TW201105016A - DC-DC Converter with auto-switching between PWM and PFM - Google Patents

DC-DC Converter with auto-switching between PWM and PFM Download PDF

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201105016 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於具有脈衝寬度調變（Pulse Width Modulation，以下簡稱PWM)與脈衝頻率調變（Pulse Frequency Modulation，以下簡稱PFM)自動切換的直流-直流變壓器（DC-DC Converter)，特別是關於使用於有機發 光二極體（ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE，以下簡稱 OLED)顯示器且根據其顯示資料來選擇PWM控制模式或 PFM控制模式之具有PWM/PFM自動切換的DC-DC變壓 器。 【先前技術】 OLED顯示器是利用發光的元件來產生顯示的效果。 OLED顯示器是隨著像素（Pixel)所流過電流不同產生明亮 上的差異來顯示畫面。由於各像素的電流會隨著顯示畫面 變化’也導致OLED模組（Module)之最大耗電與最小耗電 的差異非常大。如何提供OLED模組穩定之電源，例如較 小的漣波（small ripple) ’並兼顧效率（efficiency)，就成為 一大挑戰。 DC-DC變壓器有兩種驅動（調變）方式，分別為脈衝寬 度調變（P WM)與脈衝頻率調變（PFM)。以效率的觀點來 看，PWM適合使用在大電流負載（Current Loading)的情 況’而PFM適用在較輕的電流負載。大部份的DC-DC 變壓器都只使用單一調變方式，也有部分DC-DC變壓器 201105016 以電流負載的大小來做為判斷PWM / PFM的切換。但以 電流負載的大小來做為判斷PWM / PFM的切換並不是一 件容易的事。 以下說明DC-DC自動切換PWM/PFM操作模示的現 行技術。第1圖為美國專利第7,173，404號所示，該自動 切換的DC-DC變壓器10包含一啟動器（Starter) 102、一自 動 PWM/PFM 控制器（Auto PWM/PFM controller)103、一 PWM 控制器（PWM controller)106、一 PFM 控制器（PFM controller) 108、以及一電源切換單元（Power Switch Unit)110 ’其中’該圖所示的負載（L〇ad)112可以是OLED 顯示器之OLED模組。 啟動器102傳送一啟動致能（Starting-Enabling)信號給 自動PWM/PFM控制器1〇3來致能該自動PWM/PFM控制 器103。之後’ PWM控制器1〇6及PFM控制器108會分 別傳送回授信號（Feedback Signal)給自動PWM/PFM控制 器103。自動PWM/PFM控制器1〇3即根據PWM控制器 106及PFM控制器1〇8的回授信號來產生一選擇信號，並 輸出到PWM控制器1〇6及PFM控制器108。所以，自動 PWM/PFM控制器1 〇3利用選擇信號來致能（Enable) PWM 控制器106或PFM控制器1 〇8。被致能的控制器（PWM控 制器106或PFM控制器1〇8)會輸出一控制信號給電源切 換單元110。因此’該電源切換單元11〇會根據該控制信 號切換並輸出直流電源給負載112。同時，負載112也會 傳送另一回授信號給PWM控制器1〇6及PFM控制器108。 201105016 因此’該自動切換的DC-DC變壓器10是以閉迴略 (close l00p)的方式來控制電源切換。一般而言，閉迴路的 控制模式較複雜，所以成本較高。 【發明内容】 有鑑於上述問題，本發明的目的是提出一種使用於 OLED顯示器且根據顯示資料來選擇pwM或pFM控制模 式之具有PWM/PFM自動切換的DC_DC變壓器。 為達成上述目的，本發明具有PWM/PFM自動切換的 DC-DC變㈣包含一内容統計單元，係接收並統計〇led 顯示器之顯示資料後，冑出—統計值；—自動㈣控制單 疋’係接收統計值後，並根據該統計值大小輸出一切換控 制信號一脈衝寬度調變控制器，係接受該切換控㈣ 破’並在該切換控制信號為第—狀態時，輸出一 pwM電 源，一脈衝頻率調變控制器，係 你接文该切換控制信號，並 在該切換控制信號為第二狀態時， _ 輸出一 PFM電源；以及
電源產生單元，係接收PWM 電源與PFM電源，進而輸 出其中之一電源作為驅動電壓。 【實施方式】 以下參考圖式詳細說明本 換的DC-DC變塵器以及使用"厭、WM/PFM自動切 OLE W u 使用該變壓器之OLED顯示器。 OLED杈組的技術特徵是像 益
模組全黑與全白的晝面耗 素越冗越耗電’所以〇LED 推；r噃木λα n 差距很大。基於此耗電牯拇， 進仃適當的PWM/PFM切換可 牦電特性 、 改善e>c-dc變壓器的效 201105016 率，達成 OLED顯示器耗電下降的目標。一般通用的 DC-DC變壓器的產品，只能從負載端來判斷電流負載的大 小，並進行PWM/PFM切換。但由於内建DC-DC變壓器的 OLED顯示器驅動器（Display Driver)，可以知道該〇LED 顯示器目前將顯示的内容。因此，本發明具有PWM/PFM 自動切換的DC-DC變壓器利用顯示資料來判斷OLED陣 列耗電大小，進而決定PWM / PFM的切換時間點。 第2圖為内建DC_DC變壓器的OLED顯示器之第一 實施例架構圖。如該圖所示，OLED顯示器20包含一具 有PWM/PFM自動切換的DC-DC變壓器21、一時序變換 器220、一顯示器驅動單元222、以及一 OLED陣列224。 時序變換器220接收顯示資料，並調整時序後輸出資料到 顯不器驅動單元222。之後，由顯示器驅動單元222驅動 OLED陣列224。由於時序變換器22〇、顯示器驅動單元 222、以及OLED陣列224為一般的OLED顯示器架構， 其詳細内容不在此重複敘述。 本發明具有PWM/PFM自動切換的DC-DC變壓器21 包含一統計單元2 11、一自動切換控制單元2 12、一 pwM 控制器213、- PFM控制g 214、以及一電源產生單元 (Power Generating㈣柳5。統計單元叫接收該〇led 顯示器20之顯示資料，並予以統計後輸出一統計值。一 般而言，該統計單元211是統計每個顯示畫面的資料後輸 出統計值。自動切換控制單A 212㈣統計單& 2ΐι所輸 出的統計值來決定要使料控制模式，並輸出―模式控制 ㈣。當統計值較大時’代表顯示晝面偏亮，OLED顯示 201105016 器耗電較大，故採用PWM模式；反之，當統計值較小時， 代表顯不畫面偏暗’ OLED顯示器耗電較小，故將採用pfm 模式。PWM控制器213與PFM控制器214接收該模式控 制信號後，輪出PWM電源與pFM電源給電源產生單元 ^15。電源產生單元215接收PWM電源與pFM電源，並 提供其中之一給顯示器驅動單元222以及OLED陣列224。 第3圖為針對一張畫面（frame)之輸入資料的統計表。 、3圖所示；^坐彳示為輸入資料，縱座標為計數值，加總 並除以資料量後即可得到-平均值。根據該平均值的大小 即可初略預測0LED陣列的電流負載，進而選擇適當的控 制模式’例如PWM適合使用在大電流負載的情況，以及 ㈣適用在較輕的電流負載。耗在此統計表中有產生 -平均值，但實際應用上可直接採用統計值來判斷即可。 第)圖為本發明統計單元之第一實施例的架構圖。如 Γ〇3圖所二卜統計單元4〇包含—加法器401以及一暫存器 。,》器4〇1將每個顯示資料與暫存器4〇3之暫存值 2後，回存至暫存器403。而統計單元40在垂直同步作 暫時’輸出暫存器彻的暫存值作為統計值，並將 ”值广t除。因此，自動切換控制單元212即可將該 二=界值進行比較，並輸出模式控制信號。亦 :十值大於該臨界值時，該模式控制信號為高位準 ^模^採用PWM模式；而當統計值小於該臨界值時， 控制信號為低位準信號’藉以採用㈣模式。 5圖為本發明統計單元之第二實施例的架構圖。如 201105016 該圖所示’統計單元50包含一乘法器505、一查表表格 5〇7、一加法器401以及一暫存器4〇3。實務上，由於〇led 陣列的顯示資料之像素值與其實際消耗電流並非成正比 例’因此該實施例利用查表表格507記錄每個像素值之實 際’肖耗電流的權值。所以’統計單元5 〇利用乘法器5 〇 5 將顯示資料先乘上一個權值後再輸出給加法器4〇 1，使得 統計單元能反映更真實的狀態。至於加法器4〇丨與暫存器 403的架構與第—實施例統計單元4〇相同，不再重複敘述。 第6圖為本發明統計單元之第三實施例的架構圖。如 該圖所示’統計單元60包含一查表表格607、一加法器 401以及暫存器403。實務上，由於〇lED陣列的顯示 >料之像素值與其貫際消耗電流並非成正比例，因此該實 施例利用查表表格5〇7記錄不同像素值之實際消耗電流的 相對值所以，統§十單元6〇利用查表表格將顯示資 料之母個像素值轉成實際消耗電流的相對值後再輸出給 加法器4〇1。至於加法器401與暫存器403的架構盥第一 實施例統計單S4G相同，不再重複敘述。 ’、 媒。本t明之自動切換控制單元212有兩種實施態 -單—臨界值進行判斷。㈣自動切換控制單 時，就切換PWM模式1 1統计值大於（#於）該臨值 切換為簡模式。第1=之§統計值小於該臨值時，就 ^ jgj # ^ 為雙臨界值進行的判斷。為了避 免不R核式切換過於 τ . 、 I 了以採用類似史密特觸發 (Smrn Tngger)的判斷 ^ ^ ^ ^第7圖顯示此種實施態樣的示 201105016 意圖。亦即’設定二個臨界值’㈣7圖所示的第 值與第二臨界值。如果目前是PFM模式，統計值必須超過 第二臨界值才會切換至PWM模式。如果目較PWM = 式，統計值必須小於第一臨界值才會切換為pFM模式。因 此，若採用第二種雙臨界切換方式，當統計值介於第一臨 界值與第二臨界值之間時，自動切換控制單元2 12是維持 現有的模式。 . 、 另外’由於統計單元的計算必須要接收完一個圖框 (Frame)的資料後，才能輸出該圖框的統計值。因此，内建 DC-DC變壓器的〇LED顯示器之第一實施例的pWM / PFM的切換會比顯示内容晚！個圖框的時間。例如圖框 率（Frame rate)是60Hz時，則切換時間會晚1/60秒才會 作出PWM / PFM的選擇。不過，由於一般畫面都有連續 性’因此1/60秒的延遲並不會影響本發明DC-DC變壓器 切換的性能。 第8圖為内建DC-DC變壓器的OLED顯示器之第二 實施例架構圖。如該圖所示，OLED顯示器80包含一具 有PWM/PFM自動切換的DC-DC變壓器21、一時序變換 器820、一顯示器驅動單元822、一記憶體826、以及一 OLED陣列224。該實施例的DC-DC變壓器21與第一實 施例之OLED顯示器20的DC-DC變壓器21相同，所以 不再重複說明DC-DC變壓器21。只是，DC — DC變壓器21 是接收記憶體826所輸出的資料。而該實施例OLED顯示 器80主要是增加一記憶體826。記憶體826用以接收並儲 10 201105016 存顯示資料。時序變換器820輸出控制信號給記憶體826 與顯示器驅動單元822，藉以讓記憶體826輸出資料給顯 示器驅動單元822，而顯示器驅動單元822根據所接收的 資料驅動OLED陣列224。由於時序變換器820、記憶體 826、顯示器驅動單元822、以及OLED陣列224為一般的 OLD顯示器架構，其詳細内容不在此重複敘述。 第9圖為内建DC-DC變壓器的OLED顯示器之第三 實施例架構圖。如該圖所示，OLED顯示器90包含一具 有P WM/PFM自動切換的DC-DC變壓器21、一時序變換 器920、一顯示器驅動單元922、一記憶體926、以及一 OLED陣列224。該實施例的DC-DC變壓器21與第二實 施例之OLED顯示器80的DC-DC變壓器21相同，所以 不再重複說明DC-DC變壓器21。而該實施例OLED顯示 器90與第二實施例之OLED顯示器80的差異在於顯示器 驅動單元922的資料是由時序變換器920所提供。因此， DC-DC變壓器2 1是接收時序變換器920所輸出的資料。 由於時序變換器920、記憶體926、顯示器驅動單元922、 以及OLED陣列224為一般的OLD顯示器架構，其詳細 内容不在此重複敘述。 由於本發明DC-DC變壓器2 1係直接根據顯示資料來 直接控制PWM/PFM的切換，而不需將電流負載，亦即在 為OLED陣列的消耗電流，回授給DC-DC變壓器。因此 本發明的架構相較於習知技術所採用的回授方式要簡單。 以上雖以實施例說明本發明，但並不因此限定本發明 201105016 之範圍/、要不脫離本發明之要旨，該行業者可進行各種 變形或變更。例如，0LED顯示器可以再增加—組記憶體 來做為顯示資料的緩衝區，藉以讓DC-DC變屢器21先讀 取μ緩衝區的顯示資料，用以即時的調整pwM/pFM之模 式。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示習知具有PWM/PFM選擇之自動切換的 修 DC-DC變壓器的架構圖。
第2圖顯示本發明具有PWM/PFM自動切換的DC-DC 變壓器的架構圖。 第3圖為一個晝面之輸入資料統計表的示意圖。 第4圖為本發明統計單元之第一實施例的架構圖。 第5圖為本發明統計單元之第二實施例的架構圖 第ό圖為本發明統計單元之第三實施例的架構圖。 第7圖顯示此種實施態樣的示意圖。 瞻第8圖為内建DC_dc變壓器的OLED顯示器之第二 實施例架構圖。 第9圖為内建DC-DC變壓器的OLED顯示器之第三 實施例架構圖。 【主要元件符號說明】 10 DC-DC變壓器 102 啟動器（Starter) 103 自動 PWM/PFM 控制器（controller) 106、213 PWM 控制器（PWM controller) 12 201105016 108、214 PFM 控制器（PFM controller) 110' 215 電源產生單元（Power Generating Unit) 112 負載（Load) 20 OLED顯示器 21 DC-DC變壓器 211 統計單元 212 自動切換控制單元 220、820、920 時序變換器 222、822、922 顯示器驅動單元 224 OLED 陣列 40、50、60 統計單元 401 加法器 403 暫存器 505 乘法器 507、607 查表表格 826、926 記憶體

Claims (1)

  1. 201105016 七、申請專利範圍： 1 · 一種具有脈衝寬度調變/脈衝頻率調變(PWM/PFM)自動切換的 直流對直流變壓器，係用以提供有機發光二極體(OLED)顯示 器之電源電壓，該直流對直流變壓器包含： 一内容統計單元，係接收並統計前述〇 L E D顯示器之顯示資料 後，輸出一統計值； 一自動切換控制單元，係根據前述統計值輸出一切換控制信 號，其中，該切換控制信號具有一第一狀態與一第二狀態； 一脈衝寬度調變控制器，係接受前述切換控制信號，當該切換 控制信號為第一狀態時，輸出一 PWM電源； 一脈衝頻率調變控制器，係接受前述切換控制信號，當該切換 控制信號為第二狀態時，輸出一 PFM電源；以及 一電源產生單元，係用以分別接收前述PWM電源與PFM電 源，進而輸出其中之一作為前述電源電壓。 2.如申請專利範圍第1項所記載之具有脈衝寬度調變/脈衝頻率 調變自動切換的直流對直流變壓器，其中前述内容統計單元包 含： 一暫存器；以及 一加法器，係用以接收前述顯示資料的像素值，並與前述暫存 器之儲存值相加後，存回至前述暫存器； 其中，該内容統計單元還接收一垂直同步信號，當該垂直同步 信號被致能時，輸出前述暫存器之儲存值，用以作為前述統計值， 並清除該暫存器之儲存值。 14 201105016 3.如申請專利範圍第丨項所記 調變自動切換的直流對錢具有脈衝寬度調變/脈衝頻率 含： 4壓器，其中前述内容統計單元包 值 資料 一進查二=用:：每個像素值的耗電量所相對應之權 -乘衫 純輸#對應的權值； ; 祕收前軸示資科與前述權值，料輸出-權值
    •w仔器 一加法器，係用以接收前述權 值相加後，存回至前述暫存器中值讀，並與前述暫存器之儲存 芦萝被致&_ ^先计早疋還接收一垂直同步信號，當該垂直同步 1。就被致糾，輸出前述 且 該暫存器之儲存值。 財值作為前述辑值，並清除 含. 直μ ’交壓器，其中前述内容統計單元包 估，^n格係用以記錄每個像素值的耗電量所相對應之數 〇刖述顯示資料輪出其相對應的前述數值； 一暫存器；以及 去益係接收前述數值，並與前述暫存器之儲存值相加 後，存回至前述暫存器中； ▲ p 了中°亥内合統叶單元還接收一垂直同步信號，在該垂直同步 、號被致此時’輸出前述暫存器之儲存值料前述紐值，並清除 該暫存器之儲存值。 μ 201105016 5. 如申請專利範圍第1項所記載之具有脈衝寬度調變/脈衝頻率 調變自動切換的直流對直流變壓器，其中前述自動切換控制單 元包含一比較器，其中，當前述統計值高於或等於一臨界值 時，將前述切換控制信號設定為第一狀態，當前述統計值低於 該臨界值時，將前述切換控制信號設定為第二狀態。 6. 如申請專利範圍第1項所記載之具有脈衝寬度調變/脈衝頻率 調變自動切換的直流對直流變壓器，其中，當前述自動切換控 制單元在前述切換控制信號設定為第一狀態且前述統計值低 • 於一第一臨界值時，將前述切換控制信號設定為第二狀態，當 前述切換控制信號設定為該第二狀態時，且前述統計值高於一 第二臨界值時，將前述切換控制信號設定為該第一狀態。 7. 一種内建直流對直流變壓器之OLED顯示器，係包含： 一時序變換器，係用以接收顯示資料，並於調整時序後輸出前 述顯示資料與一控制信號； 一顯示器驅動單元，係與前述時序變換器連接，用以輸出驅動 信號； •一 OLED陣列，係與前述顯示器驅動單元連接，用以根據該驅 動信號顯示晝面；以及 一具有脈衝寬度調變/脈衝頻率調變自動切換的直流對直流變 壓器，用以提供一電源電壓給前述OLED陣列； 其中，前述具有脈衝寬度調變/脈衝頻率調變自動切換的直流 對直流變壓器更包含： 一内容統計單元，係接收及統計前述顯示資料，進而輸出一統 計值； 16 201105016 一自動切換控制單元，根據該統計值輸出一切換控制信號； 一脈衝寬度調變控制器，係接受前述切換控制信號，當該切換 控制信號為第一狀態時，輸出一第一電源； 一脈衝頻率調變控制器，係接受前述切換控制信號，並在該切 換控制信號為第二狀態時，輸出一第二電源；以及 一電源產生單元，係分別接收前述第一電源與第二電源，進而 輸出其中之一作為前述驅動電壓。 8. —種内建直流對直流變壓器之OLED顯示器，係包含： 一記憶體，係接收並儲存顯示資料； 一時序變換器，係與前述記憶體連接，並輸出前述顯示資料與 一控制信號； 一顯示器驅動單元，係與前述時序變換器連接，進而輸出一驅 動信號； 一 OLED陣列，係與前述顯示器驅動單元連接，用以根據該驅 動信號顯示晝面；以及 一具有脈衝寬度調變/脈衝頻率調變自動切換的直流對直流變 壓器，並提供一電源電壓給前述OLED陣列； 其中，前述具有脈衝寬度調變/脈衝頻率調變自動切換的直流 對直流變壓器更包含： 一内容統計單元，係接收前述OLED顯示器之顯示資料，並將 所接收之顯示資料統計後輸出一統計值； 一自動切換控制單元，係接收前述統計值後，並根據該統計值 輸出一切換控制信號； 一脈衝寬度調變控制器，係接受前述切換控制信號，當該切換 201105016 控制信號為第一狀態時，輸出一第一電源； 一脈衝頻率調變控制器，係接受前述切換控制信號，當該切換 控制信號為第二狀態時，輸出一第二電源；以及 一電源產生單元，係分別接收前述第一電源與第二電源，進而 輸出其中之一作為前述驅動電壓。 9. 一種内建直流對直流變壓器之OLED顯示器，係包含： 一記憶體，係接收並儲存顯示資料，並根據一控制信號輸出前 述顯示資料； • 一時序變換器，係輸出前述控制信號至前述記憶體，並輸出一 驅動單元控制信號； 一顯示器驅動單元，係接收前述記憶體之前述顯示資料與前述 驅動單元控制信號，用以輸出一驅動信號； 一 OLED陣列，係與前述顯示器驅動單元連接，用以根據該驅 動信號顯示畫面；以及 一具有脈衝寬度調變/脈衝頻率調變自動切換的直流對直流變 壓器，並提供一電源電壓給前述OLED陣列； ® 其中，前述具有脈衝寬度調變/脈衝頻率調變自動切換的直流 對直流變壓器包含： 一内容統計單元，係接收前述OLED顯示器之顯示資料，並將 所接收之顯示資料統計後輸出一統計值； 一自動切換控制單元，係接收前述統計值後，並根據該統計值 輸出一切換控制信號； 一脈衝寬度調變控制器，係接受前述切換控制信號，當該切換 控制信號為第一狀態時，輸出一第一電源； 201105016
    一脈衝頻率調變控制器，係接受前述切換控制信號，當該切換 控制信號為第二狀態時，輸出一第二電源；以及 一電源產生單元，係分別接收前述第一電源與第二電源，進而 輸出其中之一作為前述驅動電壓。 19
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