JP5471654B2 - Power supply device and display device - Google Patents
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Description
本発明は、電源装置、および表示装置に関する。 The present invention relates to a power supply device and a display device.
近年、パーソナルコンピューターの動作速度の向上、ネットワークインフラの普及、データストレージの大容量化と低価格化に伴い、従来紙への印刷物で提供されたドキュメントや画像等の情報を、より簡便な電子情報として入手し、その電子情報を閲覧する機会が益々増大している。 In recent years, with the increase in the operating speed of personal computers, the spread of network infrastructure, the increase in capacity and price of data storage, information such as documents and images provided on printed paper on paper has become easier to use electronic information. The opportunity to obtain and browse the electronic information is increasing more and more.
この様な電子情報を閲覧するためには、従来からの液晶ディスプレイやCRT、また近年では有機ELディスプレイ等の発光型のディスプレイが主として用いられている。しかしながら、特に、電子情報がドキュメント情報の場合、比較的長時間にわたってこのドキュメント情報を注視する必要があり、一般的な発光型のディスプレイの欠点として、フリッカーで目が疲労する、持ち運びに不便、読む姿勢が制限される、長時間読むと消費電力が嵩む等が知られている。 In order to browse such electronic information, conventional liquid crystal displays and CRTs, and in recent years, light-emitting displays such as organic EL displays are mainly used. However, especially when the electronic information is document information, it is necessary to keep an eye on the document information for a relatively long time. As a disadvantage of a general light-emitting display, eyes flicker due to flickering, inconvenient to carry, and reading It is known that the posture is limited and the power consumption increases when reading for a long time.
これらの欠点を解消する表示方式として、電気化学表示方式が知られており、その一例として、金属または金属塩の溶解析出を利用するエレクトロデポジション方式(以下、ED方式と略す)が知られている。(例えば、特許文献1、2参照。)。
An electrochemical display method is known as a display method for solving these drawbacks, and as an example, an electrodeposition method (hereinafter abbreviated as ED method) using dissolution precipitation of a metal or a metal salt is known. Yes. (For example, refer to
ED方式の表示素子は、3V以下の低電圧で駆動が可能で、簡便なセル構成で実現でき、また、表示品位が優れている(明るいペーパーライクな白と引き締まった黒)といった特長を持っている。 The ED display element can be driven at a low voltage of 3V or less, can be realized with a simple cell configuration, and has excellent display quality (bright paper-like white and firm black). Yes.
ED方式等の電気化学表示素子を駆動するときは、電気化学表示素子の両端に閾値以上の一定の電圧をある時間印加する。その表示状態は電圧や時間で制御が可能である。 When driving an electrochemical display element such as an ED system, a constant voltage equal to or higher than a threshold value is applied to both ends of the electrochemical display element for a certain period of time. The display state can be controlled by voltage or time.
これらの電気化学表示素子をマトリクス状に複数配設した表示装置においては、表示装置の駆動を開始する際の電流は大きなものになる。特にED方式の場合は、金属または金属塩の溶解析出を利用しているため、電圧を印加した当初に数アンペア(A)の大電流が流れ、表示装置を駆動するピーク電流は非常に大きなものになってしまう。 In a display device in which a plurality of these electrochemical display elements are arranged in a matrix, the current when starting to drive the display device is large. Particularly in the case of the ED method, since a dissolution of metal or metal salt is used, a large current of several amperes (A) flows at the beginning of voltage application, and the peak current for driving the display device is very large. Become.
一方、各電気化学表示素子の金属または金属塩の溶解析出が進行すると表示装置を駆動する電流は減少し、0.1〜1A程度の小電流になる。 On the other hand, as the dissolution or precipitation of the metal or metal salt of each electrochemical display element proceeds, the current for driving the display device decreases and becomes a small current of about 0.1 to 1A.
そのため、これらの電気化学表示素子を用いる表示装置には、0.1A〜10A程度の出力電流を高いエネルギー変換効率で供給できる電源が求められる。特に、電池駆動の携帯型表示装置の場合は、電池の長寿命化と電池小型化の観点から、全ての負荷条件において高いエネルギー変換効率で電力を供給できる電源が望まれる。 For this reason, a display device using these electrochemical display elements is required to have a power source capable of supplying an output current of about 0.1 A to 10 A with high energy conversion efficiency. In particular, in the case of a battery-driven portable display device, a power source capable of supplying power with high energy conversion efficiency under all load conditions is desired from the viewpoint of extending battery life and reducing battery size.
しかしながら、従来の電源回路ではこのような広い負荷電流範囲で高エネルギー変換効率を実現することは難しい。 However, it is difficult to achieve high energy conversion efficiency in such a wide load current range in the conventional power supply circuit.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、広い負荷電流範囲でエネルギー変換効率の高い電源装置、および該電源装置を備えた表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a power supply device having high energy conversion efficiency in a wide load current range and a display device including the power supply device.
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。 The object of the present invention can be achieved by the following constitution.
1.入力電圧を制御パルスに基づいてスイッチングし、スイッチングされた電力を整流して直流電圧を出力する電源装置であって、
それぞれ異なる負荷電流でエネルギー変換効率が最大となるように構成された複数のスイッチング回路と、
前記電源装置の負荷電流を予測する情報に基づいて、前記複数のスイッチング回路のうち最もエネルギー変換効率の良いスイッチング回路に前記制御パルスを印加し所定の前記直流電圧を出力するように制御する電圧制御部と、
を有することを特徴とする電源装置。
1. A power supply device that switches an input voltage based on a control pulse, rectifies the switched power, and outputs a DC voltage,
A plurality of switching circuits configured to maximize energy conversion efficiency at different load currents,
Voltage control for controlling to apply the control pulse to a switching circuit having the highest energy conversion efficiency among the plurality of switching circuits to output a predetermined DC voltage based on information for predicting a load current of the power supply device And
A power supply device comprising:
2.前記電圧制御部は、
前記入力電圧を予測する情報に基づいて、前記制御パルスの周波数を高いエネルギー変換効率が得られるように変更することを特徴とする前記1に記載の電源装置。
2. The voltage controller is
2. The power supply device according to 1, wherein the frequency of the control pulse is changed based on information for predicting the input voltage so that high energy conversion efficiency can be obtained.
3.複数の表示素子を有し、それぞれの表示素子に電力を印加して画像を表示する表示装置であって、
前記1または2に記載の電源装置と、
前記電源装置の負荷電流を予測する電流予測部と、
を有し、
前記電圧制御部は、
前記電流予測部からの前記電源装置の負荷電流を予測する情報に基づいて、前記複数のスイッチング回路のうち最もエネルギー変換効率の良いスイッチング回路に前記制御パルスを印加し所定の前記直流電圧を出力するように制御することを特徴とする表示装置。
3. A display device having a plurality of display elements and displaying an image by applying power to each display element,
The power supply device according to 1 or 2,
A current prediction unit for predicting a load current of the power supply device;
Have
The voltage controller is
Based on the information for predicting the load current of the power supply device from the current prediction unit, the control pulse is applied to the switching circuit with the highest energy conversion efficiency among the plurality of switching circuits, and the predetermined DC voltage is output. A display device characterized by controlling as described above.
4.前記入力電圧の今後の変化を予測する電圧予測部を有し、
前記電圧制御部は、
前記電圧予測部からの前記入力電圧を予測する情報に基づいて、前記制御パルスの周波数を前記電源装置のエネルギー変換効率が高くなるように変更することを特徴とする前記3に記載の表示装置。
4). A voltage predicting unit for predicting future changes in the input voltage;
The voltage controller is
4. The display device according to 3, wherein the frequency of the control pulse is changed based on information for predicting the input voltage from the voltage predicting unit so that energy conversion efficiency of the power supply device is increased.
5.前記電流予測部は、
次に表示する画像データに基づいて前記電源装置の負荷電流が今後どのように変化するかを予測することを特徴とする前記3または4に記載の表示装置。
5. The current prediction unit
5. The display device according to 3 or 4 above, wherein how the load current of the power supply device changes in the future is predicted based on image data to be displayed next.
6.前記入力電圧を検知する入力電圧検知部を有し、
前記電圧予測部は、
前記入力電圧検知部の検知した入力電圧の情報と、前記電流予測部の予測した前記電源装置の負荷電流の情報に基づいて前記入力電圧が今後どのように変化するかを予測することを特徴とする前記3から5の何れか1項に記載の表示装置。
6). An input voltage detector for detecting the input voltage;
The voltage prediction unit
Predicting how the input voltage will change in the future based on information on the input voltage detected by the input voltage detector and information on load current of the power supply device predicted by the current predictor. The display device according to any one of 3 to 5, wherein:
7.前記表示装置の周囲の明るさを検知する明るさ検知部を有し、
前記明るさ検知部の検知した明るさの情報に基づいて前記入力電圧が今後どのように変化するかを予測することを特徴とする前記6に記載の表示装置。
7). A brightness detection unit for detecting the brightness of the surroundings of the display device;
7. The display device according to 6, wherein the input voltage is predicted to change in the future based on information on brightness detected by the brightness detection unit.
本発明の電源装置は、電源装置の負荷電流を予測する情報に基づいて、それぞれ異なる負荷電流でエネルギー変換効率が最大となるように設計された複数のスイッチング回路のうち最もエネルギー変換効率の良いスイッチング回路に制御パルスを印加し、所定の直流電圧を出力する。 The power supply device according to the present invention is a switching device having the highest energy conversion efficiency among a plurality of switching circuits designed to maximize the energy conversion efficiency at different load currents based on information predicting the load current of the power supply device. A control pulse is applied to the circuit to output a predetermined DC voltage.
したがって、広い負荷電流範囲でエネルギー変換効率の高い電源装置、および該電源装置を備えた表示装置を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a power supply device with high energy conversion efficiency in a wide load current range and a display device including the power supply device.
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る表示装置の一例を示す外観図である。 FIG. 1 is an external view showing an example of a display device according to an embodiment of the present invention.
表示装置100は、例えばタブレットPCや電子ブック、PDAであり、メモリ10(図5参照)に記憶されている画像や文字などのデータを表示画面50に表示する。表示画面50には白から黒の階調表示が可能なメモリー性表示素子である電気化学表示素子1(図2参照)が用いられている。操作部42にはメカニカルスイッチからなる順送りボタン43と逆送りボタン44が設けられている。例えば、ユーザが順送りボタン43を押すと表示画面50に表示されているデータの次のページのデータをメモリ10から読み出して表示する。同様に、ユーザが逆送りボタン44を押すと表示画面50に表示されているデータの前のページのデータをメモリ10から読み出して表示する。
The
また、図1において、表示画面50の上層はタッチパネル40になっている。ユーザは、タッチパネル40への入力操作により、手書きモードへの切換を行った後、画面上の位置または領域を指定し、手書き入力を行う。タッチパネル40への入力操作はスタイラスペンを用いても良いし、直接指などでタッチパネル40を操作しても良い。
In FIG. 1, the upper layer of the
図2は、表示装置100に用いられるED方式の電気化学表示素子1の基本的な構成を示す概略断面図である。図2(a)は電気化学表示素子1により黒を表示している状態であり、図2(b)は白を表示している状態である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a basic configuration of an ED type
図2に示すED方式の電気化学表示素子1は、透明なITO(錫ドープ酸化インジウム)電極32と、銀電極30との間に電解質31を保持している。ITO電極32と銀電極30には電源34が接続されている。なお、ユーザはITO電極32側から電気化学表示素子1を観察する。
The ED
図2(a)のように電源34から銀電極30に対しITO電極32に負の電圧を印加すると図中の矢印方向に電流が流れ、ITO電極32側で電解質31中に含まれる銀の析出反応が生じる。以降ITO電極32に印加する負の電圧を書き込み電圧と呼ぶ。
As shown in FIG. 2A, when a negative voltage is applied to the
35は析出した銀であり、析出した銀35は光を吸収するので、ITO電極32側から見た電気化学表示素子1の濃度が高くなる。36は溶解した銀を模式的に示しており、銀電極30側では析出していた銀が電解質31中に溶解する現象が生じる。
35 is precipitated silver, and the precipitated
図2(b)のように電源34から銀電極30に対しITO電極32に正の電圧を印加すると、図中の矢印方向に電流が流れ、ITO電極32側では銀の溶解反応が生じる。以降ITO電極32に印加する正の電圧を消去電圧と呼ぶ。図2(a)の状態においてITO電極32側に析出していた銀は電解質31中に溶解し、一定時間消去電圧を印加すると、電解質31に混入された光拡散物質(例えば、酸化チタン粒子)の作用によってITO電極32側から見た電気化学表示素子1は初期状態の白色になる。
When a positive voltage is applied to the
電気化学表示素子1に含まれる電解質31は、例えば銀塩水溶液より非水系銀塩溶液に銀を転相させることにより調製できる。このような銀塩水溶液は、公知の銀塩を水に溶解して調製することができる。
The
図3は、電気化学表示素子1に書き込み電圧を印加する時間と表示濃度Dとの関係を説明する図である。
FIG. 3 is a view for explaining the relationship between the time for applying the write voltage to the
図3の横軸はTxは書き込み電圧を印加する時間、縦軸の0〜10は表示濃度の値Dである。0は電気化学表示素子1の最小表示濃度(白)、10は電気化学表示素子1の最大表示濃度(黒)であり本実施形態では0から10までの11段階の階調を表示するものとする。図3に示すように本実施形態の電気化学表示素子1では所定の書き込み電圧を印加すると書き込み時間Txに応じて表示濃度Dが増していく。
In FIG. 3, the horizontal axis represents Tx, the time for applying the writing voltage, and the
図4、図5は、本実施形態における表示装置の構成を示す図である。図4では説明の簡略化のために3行×3列の画素だけの構成を示すが、表示画面50に画像表示を行うためには、より多くのn行×m列の画素が用いられる。例えば、XGAの表示画面50を構成する場合であれば、画素数は1024×768となる。
4 and 5 are diagrams showing the configuration of the display device according to this embodiment. Although FIG. 4 shows the configuration of only 3 rows × 3 columns of pixels for simplification of description, in order to display an image on the
図5は表示制御部11の内部構成と電源装置150の内部構成を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the internal configuration of the
図4では電源装置150の図示を省略しているが、図5に示すような電源装置150から表示装置100の電源VDDが供給される。また、表示制御部11などには、安定化電源(Reg.)136から電源Vaが供給される。安定化電源136と電源装置150は、バッテリ135により駆動される。
Although illustration of the
図4において、各画素は、電気化学表示素子1、駆動トランジスタ2、スイッチングトランジスタ4とを有する。図4ではn行×m列の画素の電気化学表示素子1をそれぞれPnmと表記している。例えば1行1列目の画素の電気化学表示素子1はP11、1行2列目の画素の電気化学表示素子1はP12、というように順に表記している。
In FIG. 4, each pixel includes an
符号5a、5b、5cは走査線で、行方向に並んだ画素それぞれのスイッチングトランジスタ4のゲートと、ゲートドライバ12とを互いに接続する。符号8a、8b、8cは信号線で、列方向に並んだ画素それぞれのスイッチングトランジスタ4のソースと、ソースドライバ14とを互いに接続する。ゲートドライバ12は、表示制御部11の制御に基づいて、走査線5a、5b、5cに出力電圧G1、G2、G3を選択的に出力することにより、スイッチングトランジスタ4のオン/オフの制御を行い、駆動トランジスタ2に制御電圧を印加する行を選択する。駆動トランジスタ2のドレインは各画素の電気化学表示素子1の銀電極30に接続され、ソースはGNDバス6によって接地されている。
ソースドライバ14は、信号線8a、8b、8c毎にドライバ回路を有し、表示制御部11の制御に基づいて、信号線8a、8b、8cに出力電圧S1、S2、S3を出力する。ソースドライバ14のドライバ回路はオン、オフの2値ドライバであり、表示制御部11の制御に基づいてソースドライバ14に入力された制御電圧Vsまたはオフ電圧である0Vを出力する。
The
制御電圧電源15は、表示制御部11の制御に基づいて制御電圧Vsを出力しソースドライバ14に供給する。
The control
バスライン7a、7b、7cは、それぞれ1行ごとの各画素の電気化学表示素子1のITO電極32と接続され、またその一端はコモン電源13に接続されている。コモン電源13は表示制御部11の指令により正極性または負極性の電圧であるコモン電圧VCを出力する。
The
ソースドライバ14の出力電圧S1、S2、S3がオン電圧であるVsのとき、スイッチングトランジスタ4がオンになると、駆動トランジスタ2のゲートにVsが印加され、駆動トランジスタ2はオンになり電気化学表示素子1にはコモン電圧Vcが印加される。その後、スイッチングトランジスタ4がオフになってもゲートの浮遊容量により、駆動トランジスタ2はオン状態を保持する。
When the output voltages S1, S2, and S3 of the
ソースドライバ14の出力電圧S1、S2、S3がオフ電圧である0Vのとき、スイッチングトランジスタ4がオンになると、駆動トランジスタ2のゲートに0Vが印加され、駆動トランジスタ2はオフになる。
When the output voltages S1, S2, and S3 of the
メモリ10は、ROM(Read Only Memory)やフラッシュメモリなどの記録媒体から構成されている。
The
第1フレームメモリ60、第2フレームメモリ61は、それぞれ表示画面50の画素数に対応する記憶領域を有する1画面分のフレームメモリである。第1フレームメモリ60は、電気化学表示素子1によって次回表示画面50に表示する第1の画像データとして表示濃度の値Xを記憶する。第2フレームメモリ61は、電気化学表示素子1によって現在表示画面50に表示中の第2の画像データとして表示濃度の値Yを記憶する。図面上では第1フレームメモリ60、第2フレームメモリ61をそれぞれFM1、FM2と表記する。
The
タッチパネルコントローラ41は、表示制御部11の指令によりタッチパネル40を駆動し、またタッチパネル40から読みとった入力位置情報を表示制御部11に送信する。
The
表示制御部11は、CPUなどから構成され、プログラムに基づいて表示装置100全体を制御する。
The
明るさ検知部46は、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタなどからなるセンサー回路であり、表示装置100の筐体に取り付けられ表示画面50の周囲の明るさを検知する。
The
照明部45は、例えば白色LEDなどからなり、表示画面50全体を照明する。
The
表示制御部11と電源制御部110の内部構成は図5を用いて説明する。
The internal configurations of the
表示制御部11は、CPU98(中央処理装置)とRAM97(Random Access Memory)、ROM96(Read Only Memory)等から構成され、不揮発性の記憶部であるROM96に記憶されているプログラムをRAM97に読み出し、当該プログラムに従って表示装置100の各部を制御する。
The
図5において、CPU98内に記載されている濃度別画素数算出部80、電流予測部81、電圧予測部82、電圧印加制御部83及び入力電圧検知部84は、それぞれCPU98によるプログラムの実行により実現される機能を機能ブロックとして示している。なお、本実施形態ではこれらの機能ブロックをソフトウェアにより実現するものとしたが、ハードウェアにより実現するようにしてもよい。
In FIG. 5, the density-specific pixel number calculation unit 80, the
濃度別画素数算出部80は、第1フレームメモリ60に記憶されている第1の画像データに基づいて、次回の画像表示において、表示する表示濃度毎に画素数を算出する。
Based on the first image data stored in the
電流予測部81は、濃度別画素数算出部80の算出した画素数に基づいて、今後の表示装置100の消費電流、すなわち電源装置150の負荷電流を予測する。
The
電圧予測部82は、入力電圧検知部84が検知したバッテリ135の電圧と明るさ検知部46の検知した明るさの情報から、今後のバッテリ135の電圧、すなわち電源装置150の入力電圧を予測する。
The
電圧印加制御部83は、第1の画像データに基づいてそれぞれの電気化学表示素子1に消去電圧または書き込み電圧を印加するように、ゲートドライバ12およびソースドライバ14を介して駆動トランジスタ2を制御する。この電圧印加制御部83は、それぞれの電気化学表示素子に対して表示する画像に応じた所望の回数のフレーム期間の間、電圧を印加するように制御する。
The voltage
入力電圧検知部84は、バッテリ135に接続されたA/D変換器85のデジタル出力値からバッテリ135の電圧、すなわち電源装置150の入力電圧を検知する。
The
本実施形態の電源装置150は、電源制御部110、第1スイッチング回路130、第2スイッチング回路131、A/D変換器122から構成される。
The
電源制御部110は、CPU111(中央処理装置)とRAM120(Random Access Memory)、ROM121(Read Only Memory)等から構成され、不揮発性の記憶部であるROM121に記憶されているプログラムをRAM120に読み出し、当該プログラムに従って電源装置150の各部を制御する。
The
図5において、CPU111内に記載されている電圧制御部112は、CPU111によるプログラムの実行により実現される機能を機能ブロックとして示している。なお、本実施形態ではこれらの機能ブロックをソフトウェアにより実現するものとしたが、ハードウェアにより実現するようにしてもよい。
In FIG. 5, the
通信部160は、表示制御部11の通信部161に情報から情報や指令を受信するために設けられている。通信部160と通信部161の間は通信線で結ばれ、双方向に例えばI2Cなどの同期式のシリアル通信を行う。
The
第1スイッチング回路130と第2スイッチング回路131は、それぞれ異なる負荷電流でエネルギー変換効率(以下、効率ともいう)が最大になるように構成されている。
The
電圧制御部112は、負荷電流を予測する情報に基づいて、第1スイッチング回路130または第2スイッチング回路131のうち効率の良い方に制御パルスを印加し、出力側が結線されている第1スイッチング回路130と第2スイッチング回路131の何れか一方が所定の直流電圧VDDを出力するように制御する。電圧制御部112の制御については後に詳しく説明する。
The
第1スイッチング回路130、第2スイッチング回路131の入力側はバッテリ135に結線されている。また、第1スイッチング回路130、第2スイッチング回路131の出力電圧VDDはA/D変換器122によってデジタル値に変換され電圧制御部112にフィードバックされる。
The input sides of the
A/D変換器122は、制御パルスに同期してサンプリングする。
The A /
電源装置150のさらに詳しい構成について、図6を用いて説明する。図6は、本実施形態の電源装置150の回路ブロック図である。
A more detailed configuration of the
第1スイッチング回路130と第2スイッチング回路131は、公知の降圧型同期整流式スイッチング電源に用いられるスイッチング回路であり、どちらも同じ回路構成である。図6の第1スイッチング回路130と第2スイッチング回路131は、それぞれインターフェイス(I/F)部140、141とFET(電化効果トランジスタ)142、143、144、145、コイル146、147、コンデンサ148、149から構成される。
The
第1スイッチング回路130を例に各部を説明する。
Each part will be described by taking the
インターフェイス部140は、電源制御部110の出力する制御パルスPWM1aとPWM1bをFET142とFET144のゲート端子を制御できるようレベル変換するために設けられている。
The
FET142は、レベル変換された制御パルスPWM1aによってドレイン、ソース間がオン、オフする。
The
FET144は、レベル変換された制御パルスPWM1bによってドレイン、ソース間がオン、オフする。
The
FET142とFET144は、電源制御部110によって交互にオン、オフするように制御される。
The
コイル146、コンデンサ148は平滑回路である。
The
第2スイッチング回路131も同じ構成であり、説明を省略する。
The
このように、第1スイッチング回路130と第2スイッチング回路131の回路構成は同じであるが、それぞれ異なる負荷電流で効率が最大になるように部品が選定されている。
Thus, although the circuit configurations of the
負荷電流と効率の関係を、図7に示すグラフを用いて説明する。図7(a)は、第1スイッチング回路130の負荷電流と効率の特性例であり、図7(b)は、第2スイッチング回路131の負荷電流と効率の特性例である。何れも入力電圧は8V、出力電圧は1.5Vである。
The relationship between load current and efficiency will be described using the graph shown in FIG. FIG. 7A shows an example of the load current and efficiency characteristics of the
本実施形態の表示装置100では、0.1〜10A程度まで負荷電流が変動するため、第1スイッチング回路130は負荷電流1〜10Aで高い効率に、第2スイッチング回路131は負荷電流0.1〜1Aの間で高い効率になるよう設計されている。
In the
第1スイッチング回路130は、例えば、数10〜数100μH程度の大電流出力可能なコイル146を用いて300KHz〜1MHzの周波数でPWM制御を行うことにより、図7(a)の特性例のように、負荷電流10Aで最大90%の効率が得られる。しかし、低電流域(1A以下)では自己回路損失が大きいため50%程度まで効率が落ちてしまう。
The
第2スイッチング回路131は、例えば、0.1〜数μH程度のコイル147を用いて300KHz以下の周波数でPWM制御を行うことにより、図7(b)のように負荷電流0.8Aで最大90%の効率が得られる。しかし、1A以上の大電流は出力できない。
For example, the
本実施形態では、第1スイッチング回路130と第2スイッチング回路131とを予測された負荷電流に応じて切り替えて制御するので、0.1〜1Aの広い負荷電流の範囲で80%以上の高い効率を実現できる。
In the present embodiment, since the
また、電源装置150のエネルギー変換効率は、入力電圧の変動によっても低下するのでこの点を考慮する必要がある。
In addition, since the energy conversion efficiency of the
コイルリップル電流は下記式(1)であらわされる。 The coil ripple current is expressed by the following formula (1).
ΔIL=出力電圧/(制御パルス周波数×インダクタンス)×(1−出力電圧/入力電圧)・・・・(1)
ここで入力電圧が高くなるとリップル電流ΔILが大きくなりインダクタのコア損失・コンデンサのESR損が増大し、効率が低下する。これに対しては制御パルス周波数をあげることによりリップル電流を小さくすることができ効率低下を抑制することができる。
ΔI L = output voltage / (control pulse frequency × inductance) × (1−output voltage / input voltage) (1)
Here, if the input voltage increases and ESR loss ripple current [Delta] I L increases and the core losses capacitor inductor increases, efficiency decreases. On the other hand, by increasing the control pulse frequency, the ripple current can be reduced and the efficiency reduction can be suppressed.
本実施形態の電圧制御部112は、後に詳しく説明するように負荷電流を予測する情報に基づいて高い効率が得られるように制御パルスの周波数を変更する。
The
次に、図8を用いてページ送りモードで本発明の表示装置100に画像を表示させるときの制御を説明する。
Next, control when displaying an image on the
図8は電気化学表示素子1に画像を表示させるときの各部の電圧の変化を示すタイムチャートである。図8では、電気化学表示素子1に消去電圧が印加して、全ての電気化学表示素子1の画像を消去した後、書き込みを行うページ送りモードについて説明する。
FIG. 8 is a time chart showing a change in voltage of each part when an image is displayed on the
最初に、図8のタイムチャートを用いて1列目のP11、P21、P31に印加される電圧VP11、VP21、VP31について説明する。図8のタイムチャートの横軸は時間軸であり、FW1〜FW5は第1フレーム〜第5フレームを表している。FWNと表記するときのNはフレーム番号であり、書き込みを開始してからのフレーム期間の回数を表す。ページ送りモードでは、コモン電圧VCは図8に示すようにVcbである。
First, the voltages V P11 , V P21 , and V P31 applied to P11, P21, and P31 in the first column will be described using the time chart of FIG. The horizontal axis of the time chart of FIG. 8 is a time axis, and
また、t0〜t5は第1フレーム〜第6フレームの開始タイミングである。 T 0 to t 5 are the start timings of the first to sixth frames.
なお、図8のタイムチャートでは図面を簡略化するためFW5までしか表示していない。
In the time chart of FIG. 8,
最初に、各フレームFWにおけるゲートドライバ12の出力電圧G1、G2、G3について説明する。
First, the output voltages G1, G2, and G3 of the
ゲートドライバ12の1行目の出力電圧G1がΔTの間‘H’になると、1行目のスイッチングトランジスタ4がオンになる。すると、1行目のP11、P12、P13に接続されている駆動トランジスタ2のゲート電圧は、それぞれソースドライバ14の出力S1、S2、S3に設定され図示せぬ浮遊容量に保持される。そのため、ソースドライバ14の出力がVS1のときスイッチングトランジスタ4がオンになると、駆動トランジスタ2はオンになり、次にソースドライバ14の出力が0Vのときスイッチングトランジスタ4がオンになるまで駆動トランジスタ2はオン状態を保持する。
When the output voltage G1 in the first row of the
次に、ゲートドライバ12の2行目の出力電圧G2がΔTの間‘H’になり、2行目のP21、P22、P23に接続されている駆動トランジスタ2のゲート電圧はそれぞれソースドライバ14の出力S1、S2、S3に設定され図示せぬ浮遊容量に保持される。同様に、3行目のP31、P32、P33に接続されている駆動トランジスタ2のゲート電圧もそれぞれソースドライバ14の出力S1、S2、S3に設定され図示せぬ浮遊容量に保持される。
Next, the output voltage G2 of the second row of the
ソースドライバ14の出力S1、S2、S3は、電気化学表示素子1の表示する画像の濃度である表示濃度の値Xに応じて設定される。
Outputs S1, S2, and S3 of the
図8の例について動作を説明する。 The operation of the example of FIG. 8 will be described.
フレームFW1〜FW5では、P11、P21、P31に接続されている駆動トランジスタ2がオンになり、P11、P21、P31にVcbが印加される。
In the frame F W 1~F W 5, P11, P21, the driving
なお、1列目の電気化学表示素子1について説明したが、他の列の電気化学表示素子1にも同様に電圧が印加される。
In addition, although the
このようにして、電気化学表示素子1は順次走査され、表示画像Xに応じた電圧が所定のフレーム期間の間印加される。
In this way, the
次に、図9、図10、図11を用いて、表示画面50に画像を表示する際の電源装置150の負荷電流について具体例で説明する。
Next, a specific example of the load current of the
図9は、表示画面50の全ての電気化学表示素子1を最低濃度D0の白から最高濃度D10の黒にする場合の電源装置150の負荷電流を示すグラフである。第1フレームの開始タイミングt0から急激に負荷電流は増え、t1とt2の間でピークになる。ピーク電流は10A程度である。その後負荷電流は徐々に減少し、全ての電気化学表示素子1が最高濃度の黒になる第10フレームの終了するタイミングt10ではほぼ0になる。
FIG. 9 is a graph showing the load current of the
図10は、表示画面50の全ての電気化学表示素子1を最低濃度の白から濃度D6の灰色にする場合の電源装置150の負荷電流を示すグラフである。t0からt6の間は図9と同じであり、濃度D6の灰色になる第5フレームの終了するタイミングt6で負荷電流はほぼ0になる。
FIG. 10 is a graph showing the load current of the
図11は、表示画面50の2/3の電気化学表示素子1を最低濃度の白から濃度D6の灰色に、1/3の電気化学表示素子1を最低濃度の白から濃度D10の黒に、する場合の電源装置150の負荷電流を示すグラフである。t0からt6の間は図9と同じであり、t6以降は図9の例の1/3の負荷電流になる。負荷電流はt6で1A以下でありその後徐々に減少し、タイミングt10で負荷電流はほぼ0になる。
FIG. 11 shows that the 2/3
このように、表示画面50に表示する画像データによって電源装置150の負荷電流は時間とともに大きく変動する。本発明では、表示画面50に表示する画像データから表示濃度別に画素数(電気化学表示素子1の数)を算出し、表示濃度別の画素数から負荷電流の変化を予測する情報を得ている。
Thus, the load current of the
以下、図14のタイムチャートを参照しながら図12、図13のフローチャートに沿って説明する。 Hereinafter, description will be made along the flowcharts of FIGS. 12 and 13 with reference to the time chart of FIG.
なお、画像の書き込みはフレーム期間の単位で行われ、フレーム期間をFWN(Nはフレーム番号)で表す。 Note that image writing is performed in units of frame periods, and the frame periods are represented by F W N (N is a frame number).
操作者が操作部42の順送りボタン43または逆送りボタン44を押すと、操作部42から表示制御部11に割り込み信号が送信され、表示制御部11では図12に示す操作ボタン割り込み処理ルーチンが起動される。
When the operator presses the
表示制御部11は全画面を消去し、初期化した後、ステップS101が実行されるものとする。
The
S101:メモリ10から画像データを読み出すページを指定し、当該ページの表示濃度の値Xを第1フレームメモリ60に書き込むステップである。
S 101: A step of designating a page from which image data is read from the
CPU71は、メモリ10から画像データを読み出すページを指定し、当該ページの表示濃度の値Xを第1フレームメモリ60に書き込む。
The CPU 71 designates a page from which image data is read from the
例えば、操作者が操作部42の順送りボタン43を押すと、CPU98はメモリ10から読み出すページ指定を第1ページから第2ページに更新し、第2ページに記憶されている画像データ(表示濃度の値X)を第1フレームメモリ60に書き込む。
For example, when the operator presses the
S102:第1フレームメモリ60の画像データから表示濃度別に画素数を算出するステップである。
S102: This is a step of calculating the number of pixels for each display density from the image data in the
濃度別画素数算出部80は、第1フレームメモリ60の画像データから表示濃度別に画素数を算出する。
The density-specific pixel number calculation unit 80 calculates the number of pixels for each display density from the image data in the
例えば、濃度別画素数算出部80は、表示濃度10の画素数、表示濃度9の画素数というように順に算出する。 For example, the density-specific pixel number calculation unit 80 calculates the number of pixels with a display density of 10 and the number of pixels with a display density of 9 in order.
S103:切替タイミングTYを送信するステップである。 S103: a step of transmitting the switching timing T Y.
電流予測部81は、濃度別画素数算出部80が算出した表示濃度別の画素数から、図9〜図11のように各フレームの電源装置150の負荷電流を算出し、第1スイッチング回路130から第2スイッチング回路131に切り替える切替タイミングTYを求める。本実施形態では、第1スイッチング回路130は1〜10A、第2スイッチング回路131は0.1〜1Aで高い効率が得られるので、1Aを閾値として第1スイッチング回路130または第2スイッチング回路131に切り替えることになる。
The
図14のタイムチャートを参照しながら一例を説明する。 An example will be described with reference to the time chart of FIG.
図14(a)は、図11と同じように表示画面50の2/3の電気化学表示素子1を最低濃度D0の白から濃度D6の灰色に、1/3の電気化学表示素子1を最低濃度の白から濃度D10の黒にする場合の電源装置150の負荷電流を示すグラフである。
FIG. 14A shows that the 2/3
本ステップはt0より少なくとも10ms以上前のtAのタイミングで実行され、電流予測部81は、図14(a)のような負荷電流の予測値を算出する。この例ではt0の直後に1Aを越え、t6のタイミングで再び1A以下になるので第1スイッチング回路130から第2スイッチング回路131に切り替える切替タイミングTYはt6のタイミングである。
This step is executed at a timing of t A at least 10 ms before t 0 , and the
電流予測部81は、切替タイミングTYはt6という情報を通信部161から通信部160に送信する。
なお、ほとんどの電気化学表示素子1が最低濃度D0の白の場合は、書き込み開始直後から1A以下の負荷電流なので、第1スイッチング回路130から第2スイッチング回路131に切り替える切替タイミングTY=0、すなわち最初から第2スイッチング回路131を使用する。
Note that when most of the
切替タイミングTYの情報を受信した電源制御部110は、切替タイミングTYになると制御パルスの印加を第2スイッチング回路131に切り替えて制御を行う。
Power
S104:バッテリー電圧を検知するステップである。 S104: This is a step of detecting the battery voltage.
入力電圧検知部84は、バッテリ135の電圧、すなわち電源装置150の入力電圧を検知する。
S105:明るさを検知するステップである。 S105: This is a step of detecting brightness.
明るさ検知部46は、周囲の明るさを検知する。
The
S106:所定時間後のバッテリー電圧EはETH以下かを判定するステップである。 S106: A step of determining whether the battery voltage E after a predetermined time is equal to or less than ETH .
電圧予測部82は、入力電圧検知部84の検知したバッテリー電圧E(入力電圧)と電流予測部81の予測した負荷電流の予測、および明るさ検知部46の検知した明るさの情報から所定時間後のバッテリー電圧Eを予測し、ETH以下かを判定する。
The
所定時間後のバッテリー電圧Eは、現在の入力電圧と所定時間後の負荷電流の予測値から予測することができる。また、明るさ検知部46が所定の明るさ以下になったことを検知するとCPU98は照明部45を点灯し、負荷電流が増すので電圧予測部82は、バッテリー電圧Eの予測時にこの増加分も考慮する。
The battery voltage E after a predetermined time can be predicted from the current input voltage and the predicted value of the load current after the predetermined time. When the
ETH以下の場合、(ステップS106;Yes)、ステップS107に進む。 If: E TH, (step S106; Yes), the process proceeds to step S107.
S107:E≦ETHの予測を送信するステップである。 S107: This is a step of transmitting a prediction of E ≦ ETH .
電圧予測部82は、E≦ETHの予測情報を通信部161から電源装置150の通信部160に送信する。
The
今後のバッテリー電圧がE≦ETHという予測情報を受信した電源装置150は、制御パルスの周波数を高周波数に設定する。図14は、tAのタイミングで所定時間後にE≦ETHと予測された例であり、図14(d)のように電源装置150は、制御パルスの周波数を高周波数に設定する。
The
ETHを越える場合、(ステップS106;No)、ステップS108に進む。 When it exceeds E TH, (step S106; No), the process proceeds to step S108.
S108:E>ETHの予測を送信するステップである。 S108 is a step of transmitting a prediction of E> E TH .
電圧予測部82は、E>ETHの予測情報を通信部161から電源装置150の通信部160に送信する。
The
今後のバッテリー電圧がE>ETHという予測情報を受信した電源装置150は、制御パルスの周波数を低周波数に設定する。図14は、t3のタイミングで所定時間後にE>ETHと予測された例であり、図14(d)のように電源装置150は、制御パルスの周波数を低周波数に設定する。
The
S107:画像を表示するステップである。 S107: This is a step of displaying an image.
電圧印加制御部83は、図8で説明した画像を書き込む手順で第1フレームメモリ60の画像データに基づいて所定の電気化学表示素子1に電圧を印加して画像を書き込む。
The voltage
書き込みが終了すると第1フレームメモリ60の画像データを第2フレームメモリ61に転送し処理を終了する。
When the writing is finished, the image data in the
図12のフローチャートの説明は以上である。 This is the end of the description of the flowchart of FIG.
本実施形態では、電圧予測部82は、入力電圧検知部84の検知した入力電圧と明るさ検知部46の検知した明るさの情報、および電流予測部81の予測した負荷電流の予測から今後の入力電圧を予測しているが、照明部45を備えない場合などは明るさの情報は不要である。また、明るさやバッテリー電圧の長時間後の予測は困難なので短時間の周期で入力電圧の予測を見直すことが望ましい。
In the present embodiment, the
例えば、各フレームの開始タイミング毎のタイマー割り込みにより図13のような手順でバッテリー電圧の予測を見直すようにすると良い。 For example, the prediction of the battery voltage may be reviewed by a timer interruption at each frame start timing in the procedure shown in FIG.
図13は、タイマー割り込み処理ルーチンのフローチャートである。処理の手順は図12のS104〜S108と同じであり説明を省略する。 FIG. 13 is a flowchart of the timer interrupt processing routine. The processing procedure is the same as S104 to S108 in FIG.
なお、本発明は実施形態のような降圧型同期整流式に限定されるものではなく、スイッチング電源であれば昇圧型や昇降圧型の電源装置にも適用できる。 The present invention is not limited to the step-down synchronous rectification type as in the embodiment, and can be applied to a step-up or step-up / step-down type power supply device as long as it is a switching power supply.
本実施形態では、表示制御部11と電源制御部110の2つのCPUにより制御する例を説明したが、1つのCPUで制御することもできる。
In the present embodiment, an example in which control is performed by two CPUs of the
また、画像を消去するときも図12のフローチャートで説明した手順を適用できる。 The procedure described with reference to the flowchart of FIG. 12 can also be applied when deleting an image.
すなわち、濃度別画素数算出部80が、第2フレームメモリ61の画像データから表示濃度別に画素数を算出し、電流予測部81が全画素を表示濃度D0にする間の負荷電流を予測すれば良い。電源装置150は、この画像消去時の負荷電流の予測に基づいて第1スイッチング回路130と第2スイッチング回路131とを切り替えることができる。
That is, if the density-specific pixel number calculation unit 80 calculates the number of pixels for each display density from the image data in the
以上のように、本実施形態によれば、広い負荷電流範囲でエネルギー変換効率の高い電源装置、および該電源装置を備えた表示装置を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a power supply device with high energy conversion efficiency in a wide load current range and a display device including the power supply device.
1 電気化学表示素子
2 駆動トランジスタ
4 スイッチングトランジスタ
5a、5b、5c 走査線
7a、7b、7c バスライン
8a、8b、8c 信号線
10 メモリ
11 表示制御部
12 ゲートドライバ
13 コモン電源
14 ソースドライバ
30 銀電極
31 電解質
32 ITO電極
34 電源
45 照明部
46 明るさ検知部
80 濃度別画素数算出部
81 電流予測部
82 電圧予測部
83 電圧印加制御部
84 入力電圧検知部
110 電源制御部
112 電圧制御部
135 バッテリ
136 安定化電源
150 電源装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
入力電圧を制御パルスに基づいてスイッチングし、スイッチングされた電力を整流して直流電圧を出力する電源装置と、
次に表示する画像データから表示濃度別に画素数を算出する濃度別画素数算出部と、
前記電源装置の負荷電流を予測する電流予測部と、
を有し、
前記電源装置は、
それぞれ異なる負荷電流でエネルギー変換効率が最大となるように構成された複数のスイッチング回路と、
前記電源装置の負荷電流を予測する情報に基づいて、前記複数のスイッチング回路のうち最もエネルギー変換効率の良いスイッチング回路に前記制御パルスを印加し所定の前記直流電圧を出力するように制御する電圧制御部と、
を有し、
前記電流予測部は、
前記濃度別画素数算出部が算出した表示濃度別の画素数から、前記電源装置の負荷電流が今後どのように変化するかを予測し、
前記電圧制御部は、
前記電流予測部からの前記電源装置の負荷電流を予測する情報に基づいて、前記複数のスイッチング回路のうち最もエネルギー変換効率の良いスイッチング回路に前記制御パルスを印加し所定の前記直流電圧を出力するように制御することを特徴とする表示装置。 A display device having a plurality of display elements and displaying an image by applying power to each display element,
A power supply device that switches an input voltage based on a control pulse, rectifies the switched power, and outputs a DC voltage ;
Next, a pixel number calculation unit for each density that calculates the number of pixels for each display density from image data to be displayed;
A current prediction unit for predicting a load current of the power supply device;
Have
The power supply device
A plurality of switching circuits configured to maximize energy conversion efficiency at different load currents,
Voltage control for controlling to apply the control pulse to a switching circuit having the highest energy conversion efficiency among the plurality of switching circuits to output a predetermined DC voltage based on information for predicting a load current of the power supply device And
I have a,
The current prediction unit
Predicting how the load current of the power supply device will change from the number of pixels for each display density calculated by the density-specific pixel number calculation unit,
The voltage controller is
Based on the information for predicting the load current of the power supply device from the current prediction unit, the control pulse is applied to the switching circuit with the highest energy conversion efficiency among the plurality of switching circuits, and the predetermined DC voltage is output. A display device characterized by controlling as described above .
前記入力電圧を予測する情報に基づいて、前記制御パルスの周波数を高いエネルギー変換効率が得られるように変更することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 The voltage controller is
The display device according to claim 1, wherein the frequency of the control pulse is changed based on information for predicting the input voltage so that high energy conversion efficiency can be obtained.
前記電圧制御部は、
前記電圧予測部からの前記入力電圧を予測する情報に基づいて、前記制御パルスの周波数を前記電源装置のエネルギー変換効率が高くなるように変更することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の表示装置。 A voltage predicting unit for predicting future changes in the input voltage;
The voltage controller is
Based on the information to predict the input voltage from the voltage prediction unit, the frequency of the control pulses to claim 1 or claim 2, characterized in that changing to the energy conversion efficiency increases of the power supply device The display device described.
前記電圧予測部は、
前記入力電圧検知部の検知した入力電圧の情報と、前記電流予測部の予測した前記電源装置の負荷電流の情報に基づいて前記入力電圧が今後どのように変化するかを予測することを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の表示装置。 An input voltage detector for detecting the input voltage;
The voltage prediction unit
Predicting how the input voltage will change in the future based on information on the input voltage detected by the input voltage detector and information on load current of the power supply device predicted by the current predictor. The display device according to any one of claims 1 to 3 .
前記明るさ検知部の検知した明るさの情報に基づいて前記入力電圧が今後どのように変化するかを予測することを特徴とする請求項4に記載の表示装置。 A brightness detection unit for detecting the brightness of the surroundings of the display device;
The display device according to claim 4 , wherein the input voltage is predicted to change in the future based on information on brightness detected by the brightness detection unit.
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