DE102005019256A1 - Vorspannungs-Stromversorgung für eine LCD-Anzeige - Google Patents

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Abstract

Eine Vorspannungs-Stromversorgung für eine LCD-Anzeige umfasst einen ersten DC-DC-Wandler mit einem Eingang, der mit einem Versorgungsanschluss verbunden ist, und einem Ausgang, der ein pulsierendes DC-Ausgangssignal bereitstellt. Die Vorspannungs-Stromversorgung umfasst ferner einen zweiten DC-DC-Wandler mit einem Eingang, der mit dem Versorgungsanschluss verbunden ist, und einem Ausgang, der eine relativ niedrige Gleichspannung bereitstellt. Die Vorspannungs-Stromversorgung umfasst einen Spannungsverstärker mit mehreren Ladungspumpenstufen, wobei der Spannungsverstärker einen Eingang aufweist, der mit dem Ausgang des ersten DC-DC-Wandlers verbunden ist, und einen Ausgang, der eine relativ hohe Gleichspannung bereitstellt, wobei eine erste Ladungspumpenstufe des Spannungsverstärkers ein Referenzpotential aufweist, das auf dem Ausgangssignal des zweiten Spannungswandlers basiert. Durch Auswahl des Ausgangssignals des zweiten DC-DC-Wandlers als Referenz für den Spannungsverstärker wird der hohe Gate-Spannungsausgang tatsächlich von dem Eingang des ersten DC-DC-Wandlers (des Bus-Konverters) isoliert, wenn der Wandler deaktiviert wird. Folglich werden Probleme bei der Einschalt- und Abschaltsequenz für die verbundene LCD-Anzeige vermieden, und es wird auch vermieden, dass die TFT-MOSFETs der LCD-Anzeige durchgeschaltet werden, wobei kein Isolations-MOSFET und kein entsprechender Treiber benötigt werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine in CMOS-Technologie implementierte Vorspannungs-Stromversorgung für eine LCD-Anzeige.
  • Eine typische Vorspannungs-Stromversorgung für eine LCD-Anzeige (Flüssigkristallanzeige) hat eine Stromeinspeisung aus einer Wandsteckdose. Ein DC-DC-Wandler, auch Bus-Konverter genannt, wandelt die DC Eingangsspannung von dem AC-DC-Wandler in ein pulsierendes DC Ausgangssignal um. Der Bus-Konverter ist normalerweise ein nicht synchroner Aufwärtswandler. Das pulsierende DC Ausgangssignal des Bus-Konverters wird einem Ladekondensator über eine Diode bereitgestellt, um der LCD-Anzeige ein Ausgangssignal mit einem mittleren Spannungspegel, die als Source-Spannung bezeichnet wird, bereitzustellen. Außerdem wird Das pulsierende DC Ausgangssignal durch einen Spannungsverstärker mit mehreren Ladungspumpenstufen auf eine höhere Spannung konvertiert, um der LCD-Anzeige ein weiteres Ausgangssignal mit einem relativ hohen Spannungspegel, die als hohe Gate-(Versorgungs-)spannung bezeichnet wird, bereitzustellen. Um die Anzahl an Stufen in dem Spannungsverstärker möglichst gering zu halten, soll eine herkömmliche Methode den mittleren Spannungspegel des Source-Spannungsausgangs als Referenzpotential für den Spannungsverstärker verwenden. Mit dieser Methode wird die Eingangsspannung für den Wandler durch die Induktivität des Wandlers an den Schalterausgang übertragen, wenn der Bus-Konverter abgeschaltet ist, und der Spannungsverstärker leitet die Eingangsspannung an den hohen Gate-Spannungsausgang über eine Anzahl von in Reihe geschalteten Dioden in dem Spannungsverstärker, wodurch sich eine Restspannung ergibt, die an dem hohen Gate-Spannungsausgang auftritt. Da eine solche Restspannung an dem hohen Gate-Spannungsausgang für die LCD- Anzeige Probleme bei der Einschalt- und Abschaltsequenz verursacht, stellt die herkömmliche Methode einen Isolations-MOSFET in der Zuleitung für den hohen Gate-Spannungsausgang bereit. Immer dann, wenn der Bus-Konverter abgeschaltet wird, sperrt auch der MOSFET.
  • Die typische Vorspannungs-Stromversorgung für eine LCD-Anzeige hat auch einen separaten DC-DC-Wandler zur Bereitstellung einer relativ niedrigen Versorgungsspannung für die Logikschaltungen in der LCD-Anzeige. Der separate Wandler kann ein Abwärtswandler oder ein Spannungsregler, zum Beispiel ein LDO-(Low Dropout-)Spannungsregler, sein. Diese Art Wandler hat im Gegensatz zu einem für den Bus-Konverter verwendeten, nicht synchronen Aufwärtswandler eine Isolation zwischen Ausgang und Eingang.
    •
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorspannungs-Stromversorgung für eine LCD-Anzeige bereit, die keinen MOSFET oder eine andere Art von Schalter für die Isolation des hohen Gate-Spannungsausgangs von dem Eingang des Bus-Konverters benötigt. Die erfindungsgemäße Vorspannungs-Stromversorgung für eine LCD-Anzeige umfasst einen ersten DC-DC-Wandler mit einem Eingang, der mit einem Versorgungsanschluss verbunden ist, und einem Ausgang, der ein pulsierendes DC Ausgangssignal bereitstellt. Die Vorspannungs-Stromversorgung umfasst ferner einen zweiten DC-DC-Wandler mit einem Eingang, der mit dem Versorgungsanschluss verbunden ist, und einem Ausgang, der eine relativ niedrige Gleichspannung bereitstellt. Und die Vorspannungs-Stromversorgung umfasst einen Spannungsverstärker mit mehreren Ladungspumpenstufen, wobei der Spannungsverstärker einen Eingang aufweist, der mit dem Ausgang des ersten DC-DC-Wandlers verbunden ist, und einen Ausgang, der eine relativ hohe Gleichspannung bereitstellt, wobei eine erste Ladungspumpenstufe des Spannungsverstärkers ein Referenzpotential aufweist, das auf dem Ausgangssignal des zweiten Spannungswandlers basiert. Durch Auswahl des Ausgangssignals des zweiten DC-DC-Wandlers als Referenz für den Spannungsverstärker wird der hohe Gate-Spannungsausgang tatsächlich von dem Eingang des ersten DC-DC-Wandlers (des Bus-Konverters) isoliert, wenn der Wandler deaktiviert wird. Folglich werden Probleme bei der Einschalt- und Abschaltsequenz für die verbundene LCD-Anzeige vermieden, und es wird auch vermieden, dass die TFT-MOSFETs der LCD-Anzeige durchgeschaltet werden, wobei kein Isolations-MOSFET und kein entsprechender Treiber benötigt werden.
    •
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Die einzige Figur der Zeichnung ist ein Stromlaufplan einer Vorspannungs-Stromversorgung für eine LCD-Anzeige.
  • Unter Bezugnahme auf die einzige Figur sind Blöcke 10 und 12 DC-DC-Wandler, die in derselben integrierten CMOS-Schaltung implementiert sind. Alle anderen Bauelemente befinden sich außerhalb der integrierten Schaltung.
  • Ein Eingangsanschluss VIN erhält typischerweise eine durch einen Kondensator Cin gegen Masse GND gepufferten DC Eingangsgleichspannung von beispielsweise 12 Volt von einem mit einer Wandsteckdose verbundenen AC-DC-Wandler (nicht dargestellt). Die Eingangsspannung von dem Anschluss VIN wird parallel an Eingänge Vin beider DC-DC-Wandlerblöcke 10 und 12 angelegt.
  • Wandlerblock 10 ist ein nicht synchroner Aufwärtswandler mit einer Induktivität L1, die zwischen Anschluss Vin und einem geschalteten Ausgangsanschluss SW verbunden ist. Ein pulsierendes DC Ausgangssignal von Anschluss SW wird einem Versorgungsausgang Vs über eine Gleichrichterdiode zugeführt. Der Versorgungsausgang Vs ist durch einen Ladekondensator Cout1 gepuffert und wird hier als eine Source-Versorgungsspannung von z.B. 15 Volt für eine angeschlossene LCD-Anzeige angenommen. Ein Bruchteil der Spannung an dem Versorgungsausgang Vs, der durch einen Ohmschen Spannungsteiler aus Widerständen R1 und R2 bestimmt wird, wird an einen Rückkopplungsanschluss FB des Wandlerblocks 10 angelegt. Ein Freigabeanschluss EN wird über einen Schalter S1 wahlweise mit Anschluss VIN verbunden.
  • Wandlerblock 12 ist ein Abwärtswandler mit einer Induktivität L2, die zwischen einen Ausgangsanschluss SW und einen Versorgungsausgang Vlogic geschaltet ist, der wiederum mit einem Rückkopplungseingangsanschluss FB verbunden und durch einen Ladekondensator Cout2 gepuffert ist. Der Versorgungsausgang Vlogic wird hier als eine Versorgungsspannung von beispielsweise 3,3 Volt für Logikschaltungen einer angeschlossenen LCD-Anzeige angenommen. Ein Freigabeeingangsanschluss EN des Wandlerblocks 12 wird über einen Schalter S2 wahlweise mit Anschluss VIN verbunden.
  • Von dem pulsierenden DC Ausgangssignal an Anschluss SW des Wandlerblocks 10 wird eine hohe Gate-Versorgungsspannung an Anschluss Vgh durch einen Spannungsverstärker mit mehreren Ladungspumpenstufen abgeleitet, der einen Kondensator C1 und Dioden D1, D2 in einer ersten Stufe und Kondensator C2 mit Dioden D3, D4 in einer zweiten Stufe enthält. In dem Beispiel wird das Ausgangssignal des Spannungsverstärkers durch einen Längswiderstand Rv und eine mit Masse verbundene Zenerdiode ZD1 auf eine Spannung von 24 Volt verringert.
  • Entgegen der Erwartungen ist der Spannungsverstärker nicht auf das relativ hohe Ausgangssignal an Anschluss Vs bezogen, sondern auf das relativ niedrige Ausgangssignal bei Anschluss Vlogic, obwohl der Spannungsverstärker folglich im Vergleich zu einer Lösung, bei der die Bezugsgröße die relativ hohe Spannung an Anschluss Vs ist, eine zusätzliche Stufe (C2, D3, D4) benötigt. Wie aus dem Schaltplan ersichtlich ist, ist Diode D1 mit Anschluss Vlogic verbunden, und nicht mit Anschluss Vs. Die beiden Stufen des Spannungsverstärkers stellen eine Spannung von 15 + 15 = 30 Volt über den 3,3 Volt an Anschluss Vlogic bereit, was natürlich erheblich mehr ist, als für die hohe Gate-Versorgungsspannung der angeschlossenen LCD-Anzeige benötigt wird. Aber diese „Verschwendung" von Spannung ist unproblematisch, da der Strom niedrig ist. Der Vorteil besteht darin, dass kein schaltender MOSFET und keine zugehörigen Steuerschaltungen an dem Versorgungsanschluss Vgh benötigt werden, wie oben erläutert wurde. Wenn der Wandlerblock 10 durch Öffnen des Schalters S1 deaktiviert wird, wird die Eingangsspannung an Anschluss VIN über Induktivität L1 an den Ausgangsanschluss SW geleitet. Da diese aber von der Referenz für den Spannungsverstärker isoliert ist, ergeben sich keine Auswirkungen auf die Spannung an Versorgungsanschluss Vgh. Selbst wenn Wandlerblock 12 aktiviert bleibt, bleibt Anschluss Vgh auf einer ausreichend niedrigen Spannung, die in diesem Beispiel 3,3–4*Vd Volt beträgt, d.h. circa 1,7 Volt, wenn Vd der typische Durchschaltspannungsabfall einer Schottky-Diode ist. Mit einer derart niedrigen Restspannung an Versorgungsanschluss Vgh wird ein Durchschalten der TFT-MOSFET-Transistoren in der angeschlossenen LCD-Anzeige vermieden. Außerdem wird eine korrekte Sequenz der der LCD-Anzeige zugeführten Versorgungsspannungen sichergestellt.
  • Wie aus dem Schaltplan ersichtlich ist, wird eine zusätzliche niedrige Gate-Spannung VGL mit Hilfe eines Kopplungskondensators C3 und eines Gleichrichters ebenfalls von dem pulsierenden DC Ausgangssignal des Wandlerblocks 10 abgeleitet. In dem gezeigten Beispiel wird die gleichgerichtete Spannung durch einen Längswiderstand und eine mit Masse verbundene Zenerdiode ZD2 auf einen Wert von –5 Volt verringert.

Claims (6)

  1. Eine Stromversorgung für eine LCD-Anzeige; umfassend einen ersten DC-DC-Wandler mit einem Eingang, der mit einem Versorgungsanschluss verbunden ist, und einem Ausgang, der ein pulsierendes DC Ausgangssignal bereitstellt, ferner umfassend einen zweiten DC-DC-Wandler mit einem Eingang, der mit dem Versorgungsanschluss verbunden ist, und einem Ausgang, der eine relativ niedrige Gleichspannung bereitstellt, und umfassend einen Spannungsverstärker mit mehreren Ladungspumpenstufen, wobei der Spannungsverstärker einen Eingang aufweist, der mit dem Ausgang des ersten DC-DC-Wandlers verbunden ist, und einen Ausgang, der eine relativ hohe Gleichspannung bereitstellt, wobei eine erste Ladungspumpenstufe des Spannungsverstärkers ein Referenzpotential aufweist, das auf dem Ausgangssignal des zweiten Spannungswandlers basiert.
  2. Stromversorgung gemäß Anspruch 1, bei der die erste Ladungspumpenstufe eine mit dem Ausgang des zweiten Spannungswandlers verbundene Diode enthält.
  3. Stromversorgung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der der zweite Spannungswandler ein Spannungsregler ist.
  4. Stromversorgung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der erste Spannungswandler ein Aufwärtswandler ist.
  5. Stromversorgung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der erste Spannungswandler ein nicht synchroner Aufwärtswandler ist.
  6. Stromversorgung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der jede Stufe des Spannungsverstärkers einen Kondensator und eine Diode umfasst.
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