CN201742294U - 一种tft-lcd驱动电源的自适应电荷泵 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种TFT-LCD驱动电源的自适应电荷泵，包括第一时钟信号输出端、第二时钟信号输出端、驱动PMOS开关的模式选择模块、PMOS开关模块及电荷泵，其特征在于：所述第一时钟信号输出端和第二时钟信号输出端分别与驱动PMOS开关的模式选择模块连接，所述模式选择模块的输出端经PMOS开关模块控制电荷泵的电容充放电。本实用新型可以检测出LED光源模块的最小负极电压，通过模式选择模块控制电荷泵自动在1X、1.5X模式之间变换，从而可以稳定的输出电压，大幅度提高了电源效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种TFT-LCD驱动电源的自适应电荷泵。
背景技术
电荷泵也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(变换器).它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。为了适应实际应用，其可以工作在1倍、1.5倍等多个模式下。然而，传统驱动电路采用固定电压模式转换，存在输出电压不稳定、固定点设置不当、效率偏低等缺点。
发明内容
鉴于上述技术的不足，本实用新型的目的是提供一种TFT-LCD驱动电源的自适应电荷泵，可以检测出LED光源模块的最小负极电压，通过模式选择模块控制电荷泵自动在1X、1.5X模式之间变换，从而可以稳定的输出电压，大幅度提高了电源效率。
本实用新型是这样实现的：一种TFT-LCD驱动电源的自适应电荷泵，包括第一时钟信号输出端、第二时钟信号输出端、驱动PMOS开关的模式选择模块、PMOS开关模块及电荷泵单元，其特征在于：所述第一时钟信号输出端和第二时钟信号输出端分别与驱动PMOS开关的模式选择模块连接，所述模式选择模块的输出端经PMOS开关模块控制电荷泵单元的电容充放电。
本实用新型是一种结构简单且性能优良的电荷泵，该电荷泵能够根据输入电压的变化而自动调节其工作模式，采用PAM技术，获得了稳定的输出电压，纹波电压仅67mV；通过一些优化的高效设计，使得电荷泵的电源转化效率达到90.8%。
附图说明
图1是本实用新型电路原理框图。
图2是本实用新型具体电路连接示意图。
图3是本实用新型为提高电源转换效率而设计的电平转移电路。
图4是本实用新型为消除体效应而设计的衬底变换电路。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型提供一种TFT-LCD驱动电源的自适应电荷泵，包括第一时钟信号输出端、第二时钟信号输出端、驱动PMOS开关的模式选择模块、PMOS开关模块及电荷泵单元，其特征在于：所述第一时钟信号输出端和第二时钟信号输出端分别与驱动PMOS开关的模式选择模块连接，所述模式选择模块的输出端经PMOS开关模块控制电荷泵单元的电容充放电。所述电荷泵的输出端与LED光源模块连接，所述的LED光源模块设置有电流调节单元。
具体的说，请参照图2，电荷泵需要实现升压变化，即要传输高电平。因此，设计中考虑到ＭＯＳ管自身的传输特性，我们采用ＰＭＯＳ管作开关管，可以有效减少阀值损失和功率损耗，其工作原理如下：
当电源电压高于ＬＥＤ的正向导通电压时，电荷泵工作在1X模式下。M8导通将功率调节管M3关断，而其余开关管打开，电源直接向负载供电，除了在开关管上有略微损耗外，电荷泵的输出电压基本等于电源电压。
当电源电压低于LED的正向导通电压时，电荷泵工作在1.5X模式下，电路由两相占空比为50%的时钟信号ф1、ф2控制。ф1为低电平，ф2为高电平时，M1、M2、M8导通，电池对电荷泵充电；ф1为高电平，ф2为低电平时，M4—M7导通，电荷泵向负载放电。则1.5X模式下电荷泵的输出为（IL为负载电流，RON为开关管的导通电阻）：
VOUT=1.5VDD-ILRON.M3-ILRON.1.5X (式1)
RON.1.5X=RON.M1+M2+M4+M5+M6+M7 (式2)
M8和误差放大器实现脉冲幅度市制，即将LED负极的最小电压与基准电压的差值信号放大，进而生成不错电压的调节，从而得到一个稳定的输出电压。相比PSM、PFM控制方式，PAM结构更为简单实用。
为了说明本实用新型的实用性，下面对其相关性能进行分析：
1、输出纹波
输出纹波是由于电荷泵对输出电容周期性的充放电而引起的，其大小直接影响输出电压的稳定性。分析电荷泵的工作过程可以得到输出纹波的表达式：
VOPP=IL/2COUTf (式3)
2、电源转化效率
电源转化效率是表征电荷泵转换能量优越的特性，对大负载电荷泵尤为重要。其表达式为：
PL为负载消耗的功率；POM为电荷泵系统中基准、振荡器和模式选择比较器等模块消耗的功率；PCP为电荷泵自身消耗的功率，与电路本身结构、规模和静态电流有关。
电荷泵的高效设计
对便携式设备而言，在电压增益和输出纹波满足要求的前提条件下，电源转化效率的高低直接决定其待机时间的长短。1X/1.5X自适应模式转换本身已经是一种高效设计，下面将就如何进一步提高电荷泵的电源转化效率进行讨论并给出相应的措施。
1、提高电荷泵电源转化效率的理论分析
PCP由导通电阻功耗PON和自身动态损耗Pdy组成，其中：
其中
为电荷泵的工作频率，CG为功率管的栅电容。而功率开关工作在线性区，其导通电阻为：
由于PL、POM在给定的应用条件下一般不变，减小RON、Pdy就可以增大电源转化效率。
提高电源转换效率的措施
（1）为了使PMOS开关管能够有效地导通和截止，同时减小其导通电阻，利用如图3所示的电平转移电路，将各开关管栅极时钟控制信号的幅值转换到整个芯片的最高电压。
（2）采用衬底变换结构以消除体效应。衬底变换电路结构如图4所示。
阈值电压的表达式为：
在1X/1.5X模式下，MXA、MXB分别导通，将衬底和真正的源极相连，使VSB=0，VTH=VTH0。
（3）在不影响电路性能的前提下，适当减小电路的偏置电流，从而减小POM，降低静态功耗。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
Claims (2)
1.一种TFT-LCD驱动电源的自适应电荷泵，包括第一时钟信号输出端、第二时钟信号输出端、驱动PMOS开关的模式选择模块、PMOS开关模块及电荷泵单元，其特征在于：所述第一时钟信号输出端和第二时钟信号输出端分别与驱动PMOS开关的模式选择模块连接，所述模式选择模块的输出端经PMOS开关模块控制电荷泵单元的电容充放电。
2.根据权利要求1所述的TFT-LCD驱动电源的自适应电荷泵，其特征在于：所述电荷泵单元的输出端与LED光源模块连接，所述的LED光源模块设置有电流调节单元。
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|---|---|---|---|---|
| CN103312156A (zh) * | 2012-03-08 | 2013-09-18 | 扬州稻源微电子有限公司 | 电荷泵系统及其控制方法、和包括其的射频识别标签芯片 |
| CN105592594A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-05-18 | 北京宇环通高科技有限公司 | 一种高压、高频、泵式驱动电源的acled光源 |
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