TWI334684B - - Google Patents

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1334684 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種直流至直流轉換器，特別是關於一 種具有溫度補償電路之直流至直流轉換器，該直流至直流 轉換器特別適合作為液晶顯示裝置之電源供應電路。 【先前技術】 在許夕電子裝置中’為了供應電子裝置所需之穩定額 定工作電壓，都必須配置直流至直流轉換電路。直流至直 流轉換電路的主要架構主要包括電晶體開關單元（例如採用 金氧半場效電晶體）、比較器、鋸齒波信號產生電路、輸出 電壓檢測電路、回授差動放大電路、基準電壓信號產生電 路等電路組件，其工作原理主要是透過輸出電壓檢測電路 檢測直流輸出電壓的電壓準位狀態，產生回授信號經回授 差動放大電路及比較器而產生閘極控制信號控制該電晶體 開關單元的開關狀態，如此可在電壓輸出端得到一穩定的 直流輸出電壓。此一直流至直流轉換電路普遍應用在目前 的液晶顯示器中作為電源供應電路。 參閱第1圖所示，其顯示一習知液晶顯示器電源供應 電路之電路功能方塊圖。習知液晶顯示裝置1〇〇主要包括 有一液晶顯示面板〖（Display Panel)、一閘極驅動電路 ll(Gate Driver)、一資料驅動電路 12(Data DriVer)、一邏輯 控制單元13(Logic Control Unit)。這些電路組件所需之工 作電壓並不相同。典型的液晶顯示裝置1〇〇所需之工作電 6 1334684 壓包括有閘極開啟電壓VGH、閘極關閉電壓VGL、資料 驅動電壓VDD、控制邏輯電路電壓Vlogic四組工作電 壓，這些工作電壓一般都是由直流電源供應電路200所供 應。在這些工作電壓中，額定的電壓準位各為不同。例 如，資料驅動電壓VDD需要較高電壓準位的工作電壓， 故需要具有昇壓功能的直流至直流轉換電路(Boost DC To DC Converter)以供應所需之資料驅動電壓VDD。 現以提供資料驅動電壓VDD之直流至直流轉換器為 例，參閱第2圖所示，在直流至直流轉換器2之控制之 下，一直流輸入電壓Vin經一電感元件L與一順向連接之 二極體D所組成之電壓供應回路201後，由一電壓輸出端 N2送出一直流輸出電壓Vout。電壓輸出端N2 —般都連接 有作為濾波功能之電容器C。 直流至直流轉換器2中包括一電晶體開關單元21，其 為一金氧半場效電晶體(MOS FET)或其它功率電晶體所構 成之開關電路。電晶體開關單元21之汲極係連接在電感元 件L與二極體D之連接節點N1，而源極係連接至接地電 位。電晶體開關單元21之閘極係連接於一閘極驅動電路 22 ° 一比較器23具有一鋸齒波信號輸入端23a、一差動信 號輸入端23b及一輸出端23c，其中該鋸齒波信號輸入端 23a係可接收一鋸齒波信號產生電路24所產生之鋸齒波信 號Vs。比較器23之輸出端23c係連接至閘極驅動電路 22，可送出一閘極控制信號Vp至閘極驅動電路22。 7 1334684 一輸出電壓檢測電路25連接於電壓輸出端N2，可檢 測該電壓輸出端N2之直流輸出電壓Vout之電壓準位大 小，並產生一回授信號Vfeb。該輸出電壓檢測電路25係 由第一電阻R1與第二電阻R2串聯連接而組成一分壓電 路，且由第一電阻R1與第二電阻R2之回授節點N3引出 分壓信號作為回授信號Vfeb。 一回授差動放大電路26具有一回授信號輸入端26a、 一基準電壓輸入端26b、一差動信號輸出端26c，其中該回 授信號輸入端26a係接收該輸出電壓檢測電路25所產生之 回授信號Vfeb，基準電壓輸入端26b係接收一基準電壓信 號產生電路27所產生之基準電壓Vref，差動信號輸出端 26c係連接至該比較器23之差動信號輸入端23b。回授差 動放大電路26依據接收到之回授信號Vfeb與基準電壓 Vref而在差動信號輸出端26c送出一誤差信號Verr至比較 器23之差動信號輸入端23b。在前述各組件所構成之直流 至直流轉換器架構下，可在該電壓輸出端N2得到一穩定 的直流輸出電壓Vout=(l+Rl/R2)Vref。 【發明内容】 在某些應用場合中，前述之習知直流至直流轉換電路 大都能符合一般電子裝置所需之額定直流輸出電壓。但若 考慮到高精密度、高環境耐受度、高穩定性、及低溫度漂 移之要求時，該習知之電路架構即無法滿足產業的需求。 特別是對於例如液晶顯不為而言’由於液晶面板之特 8 1334684 性，環境溫度及液晶顯示面板本身的溫度變化經常會影響 到液晶顯示器的特性。例如當環境溫度上昇時，液晶顯示 面板的相移（Phase Difference)會變小，且液晶顯示面板之 充電電荷會變高而形成過充電（Overcharging)之現象，此一 現象使得液晶顯示面板之亮度（Brightness)、傳輸 (Transmittion)、伽瑪曲線(Gamma Curve)等光學特性都會受 到影響。 為了克服此一問題，習知技術中，有採用昇高資料驅 動電壓VDD或是降低閘極開啟電壓VGH之作法。但此種 作法事實上並無法精準有效地改善溫度改變時，對液晶面 板特性所造成之影響。再者，該習知技術也無法更進一步 以切換信號之方式來控制想要達到的正溫度係數或負溫度 係數之溫度補償效果。 在先前專利技術中亦有採用不同溫度補償的技術。例 如在美國公開專利2007/0085803 A1號中，其揭露一種液晶 顯示器之溫度補償電路，其係以一運算放大器及相關之電 阻、電容組成一溫度補償電路串接在液晶顯示器之閘極開 啟電壓（VGH)及資料驅動電壓（VDD)之共同回路前級。此 一作法雖然能達到相當程度的溫度補償效果，但其實際上 只是以比較器作單純的信號比較，該比較器比較偵測到之 環境溫度與資料驅動電壓（VDD)之電壓準位大小，據以產 生一補償電壓供應至閘極開啟電壓供應迴路及資料驅動電 壓供應迴路，故對於輸出電壓的調節實際上並不精準，且 其作法同時對液晶顯示器之閘極開啟電壓（VGH)及資料驅 9 1J34684 =::::==:::==: 、又如美國專利號第7G38654號專難中，其亦揭露一 種液晶顯示器之溫度補償電路，其係將—溫度感測器所感 測到之溫度信號送至—驅動控制器（Μνα〜咖㈣中， 由該驅動控制器送出控制信號控制—放大器的基準電壓， 二&昇魘電路（Step-Up Circuit)而使輸出電壓得到調 即。此一作法雖然亦能達到溫度補償之目的，但必須改變 基準電壓以及必須制數位處理之技術才能達成溫度補償 之目的，在實現時之技術難度較高。 又如美國專利號第6803899號專利案中，其亦揭露一 種液晶顯示器之溫度補償電路，其係將一溫度感測器所感 測到之溫度信號以數位控制之方式配合脈波寬度控制之技 術來達到輸出電壓調節之目的。此一作法亦係採用數位處 理之技術才能達成溫度補償之目的，在實現時之技術難度 較高且複雜。 因此，鑑於習知直流至直流轉換電路對於溫度補償技 術所存在的問題，本發明之主要目的即是提供一種結合了 電流源技術作為溫度補償電路之直流至直流轉換器，藉由 該溫度補償電路可依據環境溫度的變化狀況而調節輸出電 壓之電壓準位。 本發明之另一目的是提供一種特別適合用於供應液晶 顯示器工作電壓之直流至直流轉換器，其直流至直流轉換 1334684 器中之溫度補償電路結合在液晶顯示器之電壓供應迴路 中，以供應液晶顯示器所需之工作電壓。 相較於現有技術，本發明在直流至直流轉換器中結合 了電流源組件作為溫度補償之技術，可使直流至直流轉換 器依據環境溫度的變化狀況而供應出調節之工作電壓。本 發明用於液晶顯示器之直流至直流轉換器時，其溫度補償 電路結合在液晶顯示器之電壓供應迴路中，可使液晶顯示 器的液晶在不同溫度下得到適當的工作電壓以保持其穩定 特性。本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例 及附呈圖式作進一步之說明。 【實施方式】 第3圖顯示本發明直流至直流轉換器之控制電路圖。 為便於對照，本發明控制電路中若與習知控制電路相同之 電路組件乃以相同之參照編號予以標示。在以下之實施例 中，是以提供液晶顯示器所需之資料驅動電壓之直流至直 流轉換器控制電路作為較佳實施例說明。 本發明之直流至直流轉換器2a包括一電晶體開關單 元21，其汲極係連接在電壓供應回路201中之電感元件L 與二極體D之連接節點N1，而源極係連接至接地電位。 電晶體開關單元21之閘極係連接於一閘極驅動電路22。 比較器23具有一鋸齒波信號輸入端23a、一差動信號 輸入端23b及一輸出端23c，其中該鋸齒波信號輸入端23a 係可接收一鋸齒波信號產生電路24所產生之鋸齒波信號 11 1334684

Vs。比較器23之輸出端23c係連接至該閘極驅動電路 22，可送出一閘極控制信號Vp至閘極驅動電路22。 一輸出電壓檢測電路25連接於電壓輸出端N2，可檢 測該電壓輸出端N2所送出之直流輸出電壓v〇m之電壓準 位大小，並產生一回授信號Vfeb。該輸出電壓檢測電路25 係由第一電阻R1與第二電阻R2串聯連接而組成一分壓電 路，且由第一電阻R1與第二電阻R2之回授節點N3引出 分壓信號作為回授信號Vfeb。 一回授差動放大電路26具有一回授信號輸入端26a、 一基準電壓輸入端26b、一差動信號輸出端26c，其中該回 授信號輸入端26a係接收該輸出電壓檢測電路25所產生之 回授信號Vfeb，基準電壓輸入端26b係接收一基準電壓信 號產生電路27所產生之基準電壓Vref，差動信號輸出端 26c係連接至該比較器23之差動信號輸入端23b。回授差 動放大電路26依據接收到之回授信號vfeb與基準電壓 Vref而在差動信號輸出端26c送出一誤差信號verr至比較 器23之差動信號輸入端23b。 本發明之設計中，包括有一溫度補償電路300，其係 連接於該回授差動放大電路26之回授信號輸入端26a與輸 出電壓檢測電路25之間。溫度補償電路3〇〇中包括有一電 流源電路3及一溫度檢測電路4，其中溫度檢測電路4依 據檢測出之環境溫度信號大小而產生一電壓型態之溫度信 號Vt至該電流源電路3，故該電流源電路3即依據該溫度 檢測電路4所產生之溫度信號Vt之大小產生一電流值I， 12 1334684 並產生一比例於該電流值I之補償電壓IR1施加（相加或相 減）至該直流輸出電壓Vout。亦即該直流輸出電壓 Vout=(l+Rl/R2)Vref±IRl。如此即可調節該直流輸出電壓 Vout之電壓值。 如第3圖所示之控制電路中，電流源電路3中包括有 一第一電流源II、第一切換開關T1、第二電流源12、第二 切換開關T2。其中該第一電流源II、第一切換開關T1串 聯連接後，再連接於電源端Vcc與輸出電壓檢測電路25 中第一電阻R1與第二電阻R2之回授節點N3之間，且第 一切換開關T1之開關狀態可由第一切換信號swl所控 制。 第二電流源12、第二切換開關T2串聯連接後，再連 接於輸出電壓檢測電路25中第二電阻R2與第二電阻R2 之回授節點N3與接地點之間，且第二切換開關T2之開關 狀態可由第二切換信號sw2所控制。 假設電流源3之電流值為I，當： (1) 第一切換信號swl呈低態（第一切換開關Tlon)、而第二 切換信號sw2呈低態（第二切換開關T2off)時，可在電 壓輸出端N2得到一直流輸出電壓Vout=(l+Rl/R2)Vref-IR1。故可達到一正溫度係數補償之作用。 (2) 當第一切換信號swl呈高態（第一切換開關Tloff)、而 第二切換信號sw2呈高態（第二切換開關T2on)時，可在 電壓輸出端 Ν2 得到一直流輸出電壓 Vout=(l+Rl/R2)Vref+IRl。故可達到一負溫度係數補償 13 1334684 之作用。（3)當第一切換信號swl呈高態（第一切換開關 Tloff)、第一切換k號SW2亦呈低態（第二切換開關 T2off)時，則無溫度係數補償之功能。 基於上述所達成之功能，使用者可以依實際之需要而控制 第一切換信號swl、第二切換信號sw2之狀態，進而達到 正溫度係數補償、負溫度係數補償、或關閉溫度係數補償 之功能。 第4圖顯示第3圖中之本發明電流源3之實施例控制 電路圖。在該控制電路中，包括有一放大器31、一電阻 R3及數個電晶體所組成之電流鏡電路（Current吣⑽£ Circuit) ’而該電流源3所提供之電流值I=vt/R3。 而在溫度檢測電路4之具體實施例方面，可選用具有 正溫度係數或負溫度係數之元件作為溫度檢測元件、或是 以二極體或齊納二極體搭配電阻而得到正溫度係數或負溫 度係數之溫度檢測電路，以達到正溫度健補償或負溫卢 係數補償之效果》 & 例如在第5圖卜其係以三個二極體Dll、D12、D13 與電阻Rr串聯連接，然後再連接至電源端h與接地點 之間’故在該二極體Du、m2、m3與電阻①之連接節 點:引出之溫度信號vt即為—正溫度係數，而得到一具有 度係數特性之溫度檢測電$ 4a。該二極體〇 J j、 _ 亦可由—齊納二極體D14予以取代（如第6圖所 :)’同樣能得到一具有正溫度係數特性之溫度檢測電路 14 1334684 而為了要得到一負溫度係數之溫度信號Vt，則如第7 圖所示，其係以一電阻Rr與三個二極體du、di2、di3 串聯連接，然後再連接至電源端Vcc與接地點之間，故在 電阻Rr與三個二極體D11、Du、Dn之連接節點所引出 之溫度信號Vt即為一負溫度係數，而得到一具有負溫度係 數特性之溫度檢測電路4c。該二極體Dll、D12、D13亦 可由一齊納二極體D14予以取代（如第8圖所示），同樣能 得到一具有負溫度係數特性之溫度檢測電路4d。 本發明之設計中亦可以電路技術同時取得一正溫度係 數之溫度信號及一負溫度係數之溫度信號。第9圖中顯示 本發明中同時供應出一正溫度係數之溫度信號及一負溫度 係數之溫度信號之電路圖，其包括有三個運算放大器51、 52、53 與電阻 R51、R52、R53、R54。 以一電阻Rr與串聯之二極體Dll、D12、D13串聯連 接，然後再連接至一直流輸入電壓Vin與接地點之間，故 在電阻Rr與串聯之二極體Dll、D12、D13之連接節點所 引出之溫度信號Vt即為一負溫度係數。如前所述，該二極 體Dll、D12、D13亦可由齊納二極體予以取代。 前述取得之溫度信號Vt，會依序通過運算放大器 51、52、53 ’而在運算放大器52、53之輸出端分別得到— 具有負溫度係數特性之第一溫度信號Vtl與一具有正溫度 係數特性之第二溫度信號Vt2，其信號之電壓值分別為： Vtl=(l+R52/R51)Vt

Vt2=(l+R54/R53)Vx-(l+R52/R51)(R54/R53)Vt 15 1334684 本發明具有溫度補償電路之直流至直流轉換器在實際 應用時，可應用在各種需要溫度補償功能之電子電路中。 本發明技術特別適用於液晶顯示裝置中。本發明之直流至 直流轉換器所產生之直流輸出電壓可供應至液晶顯示器中 資料驅動電路之資料驅動電壓VDD及閘極驅動電路之閘 極開啟電壓VGH。 參閱第10圖所示，其顯示本發明作為液晶顯示器之 電源供應電路之電路功能方塊圖。以供應至液晶顯示器 100中資料驅動電路12之資料驅動電壓VDD之電源供應 回路為例，其係在資料驅動電壓VDD之電壓供應回路201 之電阻Rl、R2之回授節點N3與直流至直流轉換器2内部 回授差動放大電路間設有一溫度補償電路300，以提供一 穩定的資料驅動電壓VDD。又以供應至液晶顯示器100中 閘極驅動電路11之閘極驅動電壓VGH之電源供應回路為 例，同樣係在閘極驅動電壓VGH之電壓供應回路之回授 節點與直流至直流轉換器内部回授差動放大電路間設有一 溫度補償電路300a，以提供一穩定的閘極驅動電壓VGH。 藉由上述之本發明實施例可知，本發明確具產業上之 利用價值。惟以上之實施例說明，僅為本發明之較佳實施 例說明，凡習於此項技術者當可依據本發明之上述實施例 說明而作其它種種之改良及變化。然而這些依據本發明實 施例所作的種種改良及變化，當仍屬於本發明之發明精神 及界定之專利範圍内。 16 1334684 【圊式簡單說明】 第1圖顯示習知液晶顯示器電源供應電路之電路功能方塊 ^ 圖； 第2圖顯示習知直流至直流轉換器之控制電路圖； 第3圖顯示本發明直流至直流轉換器之控制電路圖； 第4圖顯示第3圖中之電流源之實施例控制電路圖； 第5圖顯示以三個二極體與一電阻連接構成一具有正溫度 鲁 係數特性之溫度檢測電路之實施例電路圖； 第6圖顯示以一個齊納二極體與一電阻連接構成一具有正 溫度係數特性之溫度檢測電路之實施例電路圖； 第7圖顯示以一電阻與三個二極體連接構成一具有負溫度 係數特性之溫度檢測電路之實施例電路圖； 第8圖顯示以一電阻與一個齊納二極體連接構成一具有負 溫度係數特性之溫度檢測電路之實施例電路圖； 第9圖顯示本發明中同時供應出一正溫度係數之溫度信號 • 及一負溫度係數之溫度信號之實施例電路圖； 第1〇圖顯示本發明作為液晶顯示器之電源供應電路之電路 功能方塊圖。 【主要元件符號說明】 100 200 201 300 、 300a 液晶顯示裝置 直流電源供應電路 電壓供應回路 溫度補償電路 1334684 11 12 ' 13 - 2、2a 21 22 23 • 23a 23b 23c 24 25 26 26a 26b •26c 27 3 31 4、4a、4b、4c、 5

VGH

VGL 液晶顯示面板 閘極驅動電路 資料驅動電路 邏輯控制單元 直流至直流轉換器 電晶體開關單元 閘極驅動電路 比較器 鑛齒波信號輸入端 差動信號輸入端 輸出端 鋸齒波信號產生電路 輸出電壓檢測電路 回授差動放大電路 回授信號輸入端 基準電壓輸入端 差動信號輸出端 基準電壓信號產生電路 電流源電路 放大器 4d溫度檢測電路 溫度檢測電路 閘極開啟電壓 閘極關閉電壓 1334684

VDD 資料驅動電壓 Vlogic 控制邏輯電路電壓 Vin 直流輸入電壓 Vout 直流輸出電壓 Vfeb 回授信號 Vref 基準電壓 Verr 誤差信號 Vs 錄齒波信號 Vp 閘極控制信號 Vt 溫度彳§號 Vtl 第一溫度信號 Vt2 第二溫度信號 Vcc 電源端 L 電感元件 D 二極體 C 電容器 N1 連接節點 N2 電壓輸出端 N3 回授節點 11 第一電流源 12 第—電流源 I 電流值 T1 第一切換開關 T2 第二切換開關 19 1334684

Swl

Sw2

Dll、D12、D13 D14 R1 R2 R3

Rr 第一切換信號 第二切換信號 二極體 齊納二極體 第一電阻 第二電阻 電阻 電阻

20

Claims (1)

1. 、申請專利範圍： -種具有溫度補償電路之直流至直流轉換器，用以將一 直流輸入電壓經—電壓供應回路後，由-電壓輸出端送 出一直流輸出電壓，該直流至直流轉換器包括： -電晶體開關單元’具有―源極、—汲極及—閘極，其 中該汲極係連接在該電壓供應回路，而源極係連接至 一接地電位； 一比較器，其具有一鋸齒波信號輸入端、一差動信號輸 入端及一輸出端，其中該鋸齒波信號輸入端係接收一 鋸齒波信號，該輸出端係經一閘極驅動電路連接於該 電晶體開關單元之閘極； —輸出電壓檢測電路，連接於該電壓供應回路，用以檢 測該直流輸出電壓之大小，並由一回授節點產生一回 授信號； 一回授差動放大電路，具有一基準電壓輸入端、一回授 信號輸入端、一差動信號輸出端，其中該基準電壓輸 入端係接收一基準電壓，該回授信號輸入端係接收該 輸出電壓檢測電路所產生之回授信號，該差動信號輸 出端係連接至該比較器之差動信號輸入端； 一溫度補償電路，連接於該回授差動放大電路與該輸出 電壓檢測電路之間，包括有： 一溫度檢測電路，用以檢測出環境溫度，並據以產生 一溫度信號； 1334684 -電流源電路，連接於該回授差動放大電路之回授信 號輸入端與該輸出電壓檢測電路之間，該電流源電 路依據該溫度檢測電路所產生之溫度信號大小產生 一電流值，並產生一比例於該電流值之補償電壓施 加至該直流輸出電壓，進而調節該直流輸出電壓之 電壓值。 2. ^申請專利範圍第！項之具有溫度補償電路之直流至直 流轉換器，其中該溫度補償電路中之電流源電路係連接 於一電源端與該輸出電壓檢測電路之回授節點之間。 3· ^申請專利範圍第！項之具有溫度補償電路之直流至直 机轉換0 ’其中該溫度補償電路中之電流源電路係連接 於該輸出電壓檢測電路之回授節點與一接地點之間。 4’如申請專利範圍第i項之具有溫度補償電路之直流至直 =轉換器，其中該溫度補償電路中之電流源電路包括 有： —第一電流源； 第:切換開關’與該第一電流源串聯連接後，再連接於 -電源端與該輸出檢測電路之回授節點之間，該 ，一切換開關之開關狀態可由該第一切換信號所控 制； I —第二電流源； 22 1334684 第二切換開關，與該第二電流源串聯連接後，再連接於 該輸出電壓檢測電路之回授節點與一接地點之間，該 第二切換開關之開關狀態可由該第二切換信號所控 制。 5. 如申請專利範圍第1項之具有溫度補償電路之直流至直 流轉換器，其中該溫度檢測電路所產生之溫度信號係一 具有正溫度特性之溫度信號。 6. 如申請專利範圍第1項之具有溫度補償電路之直流至直 流轉換器，其中該溫度檢測電路所產生之溫度信號係一 具有負溫度特性之溫度信號。 7. 如申請專利範圍第1項之具有溫度補償電路之直流至直 流轉換器，其中該溫度檢測電路所產生之溫度信號包括 _ 有一具有正溫度特性之第一溫度信號及一負溫度特性之 第二溫度信號。 8. 如申請專利範圍第1項之具有溫度補償電路之直流至直 流轉換器，其中該直流至直流轉換器所產生之直流輸出 電壓係供應至一液晶顯示器作為該液晶顯示器之工作電 壓。 9.如申請專利範圍第8項之具有溫度補償電路之直流至直 23 流轉換器，其中該直流至直流轉換器所產生之直流輪出 電麼係供應至該液晶顯示裝置中資料驅動電路之資料驅 動電壓。 10·^申請專利範圍第8項之具有溫度補償電路之直流至直 流轉換器’其中該直流至直流轉換器所產生之直流輪出 電壓係供應至該液晶顯示裝置中閘極驅動電路之閘極開 啟電壓》 u.如申請專利範圍第1項之具有溫度補償電路之直流至直 流轉換器，其中該電壓供應回路包括有—電感元件與一 順向連接之二極體，該直流輸入電壓經該電感元件與二 極體後，由該二極體送出該直流輸出電壓，該電晶體開 關單元之及極係連接在該電感元件與二極體之連接節 點。 24