TW499632B - Switched-mode power supply and display - Google Patents

Description

A7 -：-----2Ζ----^ 五、發明說明（） ▲本發明關係、一種切換模式電源供應如申請專利豸圍第1項 目J 口所定義。本發明另外關係一種顯示系統使用該種電源 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 供應。電源供應可用於小型個人通信或資料設備，例如， 手提電話或呼叫器。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一種切換模式電源供應由美國專利5,587 683揭露。該文 中說明的電源供應係用於一液晶顯示器。切換模式電源供 應包括轉換裝置用於轉換輸入電壓成爲輸出電壓vkd。輸 出廷壓Vied爲多工驅動液晶顯示器需要的最高電壓。另 外，切換模式電源供應包括控制裝置用於根據一回饋訊號 及一 W饋訊號產生一控制訊號供給轉換器。回饋訊號係根 據輸出電壓Vied及一基準電壓。另外，提供一偏置電平發 電機及一多工電路用於自輸出電壓Vlcd產生一行及一欄訊 號及顯示該資料。行及攔訊號係用於驅動液晶顯示器。只 果選擇一新的液晶顯示行，尖峰電流由偏置電平發電機供 應及短時間内輸出電壓Vied產生一電壓下傾。爲了快速配 合不同的行與欄狀態產生的液晶顯示器負載變化，從行訊 號變化或欄訊號變化導出前饋訊號。這種前饋訊號係用來 改善液晶驅動電壓的回饋調整。不過，在液晶顯示器，玻 璃上晶片技術可用於電源供應，控制電路，偏置電平發電 機及多工電路。在這種情況下，電路之間銦錫氧化物（ITO) 導體的寄生軌道電阻可添加一額外時間常數至Vied回饋迴 路的回饋訊號。由於液晶顯示器上ITO執道的轉換特性， 在輸出電壓回到需要的電平之前需要一些時間。在這種情 況下，調整會產生一些滞後如果負載在連續行中變化，即 -4 - 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^9632 A7

五、發明說明（2 ) 會影響灰色値及液晶顯示器的顏色。 本發明的一目標爲提供一種切換模式電源供應其中輸出 私壓调整的滯後減少。此目標由根據本發明如申請專利範 圍第1項所定義之切換模式電源供應達成。如果控制裝置 具有一優先資料即各連續循環開始時何時及如何產生負載 變化，例如，一多工液晶顯示器的行周期，便可以取回相 當於根據轉換器的適當切換型式的預期負載量的前饋訊 遽本發明係基於#忍知在連續循環中的負載變化在比操作 周期長的周期内具有相同的型式。例如，液晶顯示器的某 些應用，顯示的資料内容在一比液晶_示器刷新的幀周期 長很多的周期内保持不變。變化的負載量可以預知，例 如，一顯示程序裝置。顯示程序裝置的資料可用來決定前 饋訊號。 本發明其他有利的具體實施例的定義如附件申請專利範 圍。 本發明的一特別具體實施例如申請專利範圍第2項定義。 藉由使用前饋訊號及一回饋訊號的組合，獲得一有效調 整0 根據本發明的電源供應的另外具體實施例如申請專利範 圍第3項定義。產生一前饋訊號，即小於預定控制訊號運 轉周期，確保一穩定及集中的電源供應調整。 根據本發明的電源供應的另外具體實施例如申請專利範 圍第4項定義。切換資料，例如，幀顯示周期中後續線周 期可以儲存在圓型記憶體内及由各循環增加的讀取位址取 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） --------------裝— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一5J_

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 499632 A7 B7 五、發明說明（） 回0 根據本發明的電源供應的另外具體實施例如申請專利範 圍第5項定義。藉由應用搜取裝置，變化的負載=的狀^ 資料便可以獲得’致使各後續循環可以獲得切換模式電^ 供應的一最佳切換模式。 根據本發明的電源供應的另外具體實施例如申請專利範 圍第7項定義。藉由根據幀訊號，例如一較高尖峰電：夺， 產生前饋訊號，液晶顯示器的幀轉換可獲得補償。 本發明另外關係一顯示系統。 本發明的一目標爲提供一種顯示系統用於顯示灰色度及 含高多工比的顏色。此目標由一根據本發明如申請專利範 圍第1 0項所定義的液晶顯示器達成。 本發明的這些及其他特徵從下面的說明及參考附圖會更 明顯。 曰 附圖中： 圖1顯示根據本發明的電源供應及顯示系統的一第_具體 實施例， 圖2顯示根據本發明的電源供應控制裝置的一第一例。 圖3顯示控制裝置的調整特性；及 圖4顯示根據本發明的電源供應控制裝置的一第二例。 圖1顯示根據本發明的一種顯示系統。該顯示系統包括一 切換模式電源供應1 ’例如一充電栗3。充電栗電路如美國 專利5,587,683所述。充電栗3包括一四倍電屢整流器包括電 容器6 1，固態開關6 3及緩衝器6 5及一充電栗控制電路1 $ -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 —1— 訂！ι!λ 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 499632 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 用來控制固態開關6 3及缓衝器6 5的相位。充電泵3，較理 想’包括一時序電路17用於產生一時序訊號，當控制端子 44出現一控制訊號時，即傳送該時序訊號至充電泵控制電 路15 〇 操作時，在切換模式電源供應3的輸入端子40上的輸入 電壓被轉換成輸出端子42上的輸出電壓V_lcd。另外，切 換模式電源供應1包括轉換器控制裝置5。轉換器控制裝置 5具有一基準端子56用於接收一基準電壓及一控制端子54 經一電阻電壓電阻分壓器25,27連接輸出端子42以便感應輸 出電壓V—led。另外，轉換器控制裝置5包括一比較電路21 及一輸出端子46用於供應控制訊號至時序電路17。比較電 路21的一第一輸入連接控制端子54，比較電路21的一第 二輸入經基準端子56連接基準電壓源23。比較電路21的 輸出連接一控制邏輯電路1 9的第一輸入4 5。比較電路2 J 分別根據控制端子54及基準端子56的電|產生一回馈訊 號。控制邏輯電路19,較理想，合併回饋訊號及前饋訊號 爲控制訊號經控制端子4 6供應至充電泵3的時序電路i 7。 操作時’比較電路2 1產生回饋訊號如果輸出電壓v lcd低 於一預定電壓Vop，輸出電壓可由電阻電壓電阻分壓器 2 5，2 7調整。 另外’顯示系統包括一液晶顯示器9，一偏置電平發電機 11，行及欄多工器13及液晶顯示控制裝置，例如一顯示程 序器7。顯示程序器7,充電泵3，控制裝置5，偏置電平發 電機11及行及欄多工器13可以結合成單一積體電路。不 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝

499632 A7 B7 五、發明說明（ 5 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 過，因爲體積大，充電泵輸出電容器31通常不連結，及較 理想經兩銦錫氧化物（IT 0)軌道29,33固定在玻璃外。 液晶顯示器9包括兩光學透明板（未顯示）其間放置一液晶 層。另外，提供含一雙座標像素排列的液晶板，像素由， 例如電極’驅動。偏置電平發電機1 i產生行及欄的驅動電 壓於偏置電平發電機11的一端子出現電壓Vjc(i時多工驅動液晶顯示器9。液晶顯示器9的多工驅動如美國專利 5,587,683 所述。 ΙΤ0軌道增加V—lcd調整迴路一額外寄生時間常數，因爲 實際輸入電壓Vjcd係由輸出電壓Vjcd經過該時間常數而 獲得。這種時間常數包括一 LCD電容3 1及轨道的寄生IT〇 電阻29,33。這樣會減少液晶顯示器9的對比。 另外，顯示程序器7控制循環或行周期及操作周期或頓周 期，幘周期包括多數個行周期其間液晶顯示器的負載持續 ’交化。操作時，顯示程序器7傳送欄資料及行訊號至玻璃 上晶片及攔多工電路1 3。來自顯示程序器7的行訊號按 F 一row = F —frame X η一row計算的頻率而變化，其中 F —row代表液晶顯示器9的各順序行尋址的行頻率， F 一 frame代表行資料更新的操作或幀頻率，及 n-row代表液晶顯示器9的行數。 例如，在一行動電話的顯示器中，悄頻率F frame爲 8〇Hz。行數11一1：(^爲85 及行頻率f一r〇w爲 6 8 k 。 獲得有效調整在於充電泵3於各行訊號開始時即起動，因 爲大部份的液晶顯示器電流係由偏置電平發電機丨1在夂广 -8-

I I I I---— 丨 · 1 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) irCT4·.

499632 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 訊號開始時匯集。所以，當顯示程序器7產生一新行訊 號，控制邏輯電路1 9在運轉周期T 一 run中各行訊號開始時 產生控制訊號。爲此，配置控制邏輯電路1 9由根據取回狀 態資料的前饋訊號及回饋訊號的合併以產生控制訊號。前 饋訊號係在第一間隔T 一 runff中產生。回饋訊號係在第二間 隔T — nxnfb中產生。第一間隔T一mnff的長度由一泵係數表 示並與偏置電平發電機11的負載及各行周期開始的輸出電 壓V Jed有關。 如果沒有供應前饋訊號，輸出電壓V—led在時間常數 τ 一1 c d後因液晶顯示器上執道的有限ITO電阻而下降。比 較電路21感應這種在端子54的電壓V—lcdmon及因電阻電 壓分壓器25,27引起的延遲r V-lcdmon的電壓降。電阻電 壓分壓器的電阻器標準範圍爲mega-Ohm，所以回饋訊號的 調整並非很快。調整因而滯後及充電泵3只在上述時間常 數之後開始補償輸出電| V一led。由於在第一間隔T runff 中產生如饋訊號’充電栗3準時或稍爲在行訊號開始之前 開始運轉，如此，在比較電路2 i產生回饋訊號之前調整輸 出電壓V—led。 爲了儲存及取回前饋訊號，間隔T —mnff的長度或前馈及 回饋訊號之和，間隔T一run的長度或已知行周期的負載栗 係數的狀態資料，轉換器控制裝置5包括一記憶體，例 如，一 RAM記憶體用來儲存瞬間資料如果充電泵3在各行 周期中尖峰負載之前開始運轉。 圖2顯示用於產生控制訊號的轉換器控制裝置5的控制邏 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -1裝 訂 -- - ------. -9-

499632 A7 五、發明說明（7 ) -------.— (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 輯電路19的第一例。控制邏輯電路19包括一第一正邊緣觸 發電路101，一上計數器103，一數位比較電路1〇5，一設 定-再設定觸發器107及一或閘109。第一觸發電路1〇1的— 輸出連接計數器103的一再設定輸入，計數器1〇3的一時序 輸入47連接充電泵3的時序發生器17的一輸出。計數器1〇3 的一輸出連接數位比較電路105的一第一輸入及數位比較 黾路105的一第二輸入經一端子6〇連接顯示程序器7用來儲 存泵係數於數位比較電路1〇5内。設定-再設定觸發器1〇7 的一設定輸入連接第一觸發電路101的輸出及設定-再設定 觸發器107的再設定輸入連接數位比較電路1〇5的輸出。另 外，或閘109的第一輸入連接回饋端子4 5用於接收回饋訊 號。或閘109的一輸出連接充電泵3的時序電路1 7的控制端 子44。

操作時，顯示程序器7在各行的開始產生一行訊號觸發電 路101及取回一聚係數，該係數儲存在數位比較電路i〇5的 第二輸入内。然後，第一觸發電路101產生一第一脈衝用 於計數器103的再設定。另外，行脈衝設定該設定-再設定 觸發器107致使在設定·再設定觸發器107的輸出產生前饋 訊號，或閘109產生控制訊號傳送至充電泵3的時序電路 17 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如果數位比較電路105的第一輸入値等於數位比較電路 105的第二輸入的泵係數，數位比較電路105產生一再設定 訊號並傳送至設定-再設定觸發器107的再設定輸入。然 後，設定-再設定觸發器107的輸出再設定。或閘109的第 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格mo X 297公釐） 499632 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（8 ) 一輸入’交爲零。如果，該瞬間，比較電路2 1的回饋訊號抵 達或閘109的第二輸入，或閘1〇9產生控制訊號以確保輸出 電壓V-lcd的正常回饋調整。如果輸出電壓¥_1(：(1達到理想 値’控制訊號在一運轉周期Τ-Γιιη後再設定。爲了獲得穩 足的輸出電壓V—led調整，間隔T — runff的結束必須在間隔 T一runfb結束之前。 圖3顯示根據本發明切換模式電源供應的調整裝置的調整 特性。圖3表示的各行，從頂到底各爲，行訊號，負載電 流I — Vlcdm，輸出電壓v—lc(i，前饋訊號QP — runff，回饋 訊號QP 一 runfb，及控制端子54的電壓v_lcdmon。行脈衝 48觸發設定-再設定觸發器1〇7的輸出產生前饋訊號及或閘 109產生控制訊號。在第一預定周期τ 一 run中根據行周期負 載產生前饋訊號QP-mnff。在一間隔r — LCD之後，比較 電路21的第一端子54的電壓V—lcdmon變得比基準電壓 V — ref小及比較電路21產生一回饋訊號。回饋訊號 QP一runfb係在一第二周期T — runfb中產生。然後，控制訊 號在一等於第一預定周期T — runff及第二周期T-runfb之和 的運轉周期T_run中產生。 較理想，使用兩個泵係數，第一泵係數用於液晶顯示器 的第一行，如果一幀變換發生及一比其他行的負載較高的 負載發生，及第二泵係數用於其他的行脈衝。第一栗係數 會比弟一栗係數大。實用上’並不容易估計這種栗係數， 所以必須爲可程式的軟體。另外，泵係數也述顯示資料的 内容有關。爲了改善栗係數估計，裉據本發明充電聚3的 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) · 裝-- ^^ 1111111·· 499632

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 τ!換器控制裝置5包括搜取裝置用於從控制訊號的運轉周 期丁_〇111搜取泵係數。 圖4顯示充電泵3用於搜取泵係數的控制邏輯電路i 9〇的 第二例。控制邏輯電路190包括正邊緣觸發電路1〇1，一邏 輯上計數器103，一數位比較電路1〇5，一設定·再設定觸 發器107及一或閘1〇9與圖2所示轉換器控制裝置3的控制邏 輯電路19相似。另外，控制邏輯電路19〇包括循環記憶體 裝置111，一第二觸發電路115及一數位選擇電路113。循 環記憶體裝置111的一輸出經一二進位移位器i 17連接計數 器103的輸出。另外，循環記憶體裝置lu的一輸出連接數 位選擇電路113的第一輸入。如果起動選擇訊號59，顯示 程序器7會提供一新泵係數至數位選擇電路丨13的第二輸 入。 操作時，循環記憶體裝置U1，爲各後續的行脈衝，計算 一實際讀取位址以從計算的記憶體位置取回該相當行的泵 係數，並經選擇電路113儲存泵係數至數位比較電路1〇5的 第二輸入。另外，在液晶顯示器幀周期内行脈衝的數目等 於行的數目後計算相同的讀取位址。同時，新估計泵係數 相當於行的實際負載在各行周期結束時儲存在循環記憶體 裝置111内。因爲上計數器103係在周期T —run中運轉，所 以在行周期結束後可以保持使用的泵循環數，該數代表實 際的泵係數。在行周期結束時，計數器103的實際値（移位 器177劃分後）藉由負邊緣偵測器115產生的訊號儲存在循 環記憶體裝置11丨内。因爲仍然選擇同樣的循環記憶體裝 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------裳·— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·

499632 A7 B7 10 五、發明說明（ 置111位址，先前的泵係數便由新獲得的泵係數取代。在 下一幀中，此泵係數被用來作爲前饋泵係數。 爲了獲得集中的調整，新泵係數必須比控制訊號的運轉 周期T —run小。所以，二進位移位器U7將計數器103的計 量値以2劃分並傳送至循環記憶體裝置i 1丨的輸入。二進位 移位器也可以作2以外的劃分，例如，i /4或1 /8。 如果一已知行的負載希望改變，例如，因爲新資料已經 顯示，顯示程序器7會加強新泵係數的搜取由傳送一新的 係數訊號經選擇裝置113至數位比較電路1 〇5的第一輸入。 新係數訊號6 0的値，較理想爲可程式款體，如圖2的具體 實施例。或者，爲零的係數値可以使用，意謂輸入訊號6 〇 可以省略及數位選擇電路丨13的第二輸入設定接地。 另外，爲了獲得一同步調整結構，顯示程序器7，控制電 路1 9及充電泵控制邏輯1 5必須連接同一時序。 必須明白，上述具體實施例説明並非限制本發明，而熟 悉本技藝者將能夠設計許多不悖離本發明申請專利範圍的 其他方法。 另外，切換模式電源供應可以應用於其他電子裝置顯示 一操作周期的連續循環中定期變化的負載，例如，呼叫器 及個人組合器。 ---裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · '

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 f 另有年 頁曰 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 499632 第089127363號專利申請案 中文說明書倐正百fen竿 10a

五、發明説明（ 圖式元件符號說明 1 切換模式電源供應 5 轉換器控制裝置 9 液晶顯示器 13 列及行多工器 17 時序電路 2 1 比較器電路 25 電阻電壓電阻分壓器 29 軌遒 33 軌道 42 輸出端子 45 第一輸入 47 時序輸入 54 控制端子 59 選擇信號知 61 電容器 65 緩衝器 103 上數計數器 107 設定-再設定正反器 111 循環記憶體裝置 115 第二觸發電路 177 移位器 3 充電泵 7 顯示程序器 11 偏壓位準發電機 15充電栗控制電路 1 9 控制邏輯電路 2 3 參考電壓源 27電阻電壓電阻分壓 31充電系輸出電容器 4 0 輸入端子 4 4 控制輸入端子 46 輸出端子 48 列脈衝 56 參考端子 60 端子 63固態開關 101第一正緣觸發電路 1 0 5數位比較器 109或閘 113數位選擇電路 117 —進位移位器 190控制邏輯電路

Claims (1)

1. 499632 第089127363號專利申請案 中文申請專利範圍修JE本(91年7月)

   A8 B8 C8 D8 1 · 一種用於一預定操作周期連續循環中週期性變化負載之 切換模式電源供應，該切換模式電源供應包括： •轉換裝置用於轉換一輸入電壓成為一輸出電壓， -控制裝置用於供應一控制訊號至該轉換裝置， 該控制裝置係配置以根據連續循環中負載量變化以產 生一控制訊號，其特徵為該控制裝置包括記憶體裝置用 於儲存相當操作周期中連續循環的負載量的轉換裝置切 換型式有關的狀態資料，及其中控制裝置的配置係為取 回相當一循環的負載量的狀態資料及根據取回的狀態資 料決定控制訊號。 2 ·如申請專利範圍第1項之切換模式電源供應，其特徵為控 制訊號係根據一表示負載變化的前饋訊號及一根據輸出 電壓的回饋訊號。 3·如申請專利範圍第1或2項之切換模式電源供應，其特徵 為控制裝置的配置係為在一預定第一周期中產生取回狀 態資料相當的前饋訊號，前饋訊號的預定第一周期比控 制訊號的預定操作運轉周期小。 4·如申請專利範圍第1或2項之切換模式電源供應，其特徵 為記憶體裝置包括： -圓型記憶體裝置用於儲存及取回操作周期中定期變 化負載的連續循環的狀態.資料，其中，在一預定數量的 連續循環後，必須決定與第一讀取位址相同的另一位 址。 5.如申請專利範圍第4項之切換模式電源供應，其特徵為控 C8

   制裝置包括搜取裝覃用於搜取相當各連續循環的新狀態 資料。 6-如申請專利範圍第1或2項之切換模式電源供應，其特徵 為切換模式電源供應包括時序發生裝置連接控制裝置用 來供應一時序訊號至該控制裝置。 7·如申請專利範圍第6項之切換模式電源供應，其特徵為控 制裝置的配置係根據時序訊號，取回狀態資料及一幀訊 號而決定前饋訊號，該幀訊號具有一第一值代表操作周 期的一第一循環，及一第二值代表操作周期的其他循 银0 8 ·如申請專利範圍第6項之切換模式電源供應，其特徵為控 制裝置包括一計數裝置連接圓型記憶體裝置的配置以便 计算運轉周期中的時序周期數量，控制裝置另有配置以 便從時序周期的計算量導出搜取的狀態資料。 9 ·如申請專利範圍第6項之切換模式電源供應，其特徵為轉 換器裝置包括一充電泵裝置轉合時序發生裝置。 10· —種配置切換模式電源供應之顯示系統，包括： -轉換裝置用於轉換一輸入電壓成為一輸出電壓， -控制裝置用於供應一控制訊號至該轉換裝置， 該控制裝置係配置以根據連續循環中負載量變化以產生 一控制訊號，其特徵為該控制裝置包括記憶體裝置用於 儲存相當操作周期中連續循環的負載量的轉換裝置切換 型式有關的狀態資料，及其中控制裝置的配置係為取回 相當一循環的負載量的狀態資料及根據取回的狀態資料 決定控制訊號。 -2 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)