TWI398764B - 降低顯示器待機時之功率消耗的裝置及方法，以及低待機功率消耗之顯示器 - Google Patents

降低顯示器待機時之功率消耗的裝置及方法，以及低待機功率消耗之顯示器 Download PDF

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Description

降低顯示器待機時之功率消耗的裝置及方法，以及低待機功率消耗之顯示器
本發明係有關顯示器的電源管理，特別是關於一種降低顯示器待機時之功率消耗的裝置及方法。
近年來，為了因應能源短缺與環保意識之高漲，電源供應器的節能省電功能已越來越受到重視，其中，待機時的功率消耗亦是相當重要的一環。如圖1所示，顯示器10使用電源供應系統12供應其內部元件所需的電壓，影像縮放器(scalar)14係用來控制顯示的影像的大小。電源供應系統12使用馳返式(flyback)電壓轉換器16將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo，影像縮放器14使用的電壓Vs係利用低壓降調節器18從電壓Vo產生的。在電壓轉換器16中，變壓器Tx具有一次側線圈Lp連接在電源輸入端Vin及功率開關Qsw之間，以及二次側線圈Ls連接在二極體Do及接地端GND之間；電源控制器20從接腳GATE提供脈寬調變(PWM)信號Vgs切換功率開關Qsw，以控制變壓器Tx的電力傳遞；變壓器Tx還具有輔助線圈Laux連接在接地端GND及二極體Daux之間，供應電流Iaux對電容Cvdd充電，以提供電力給電源控制器20的電源接腳VDD；光耦合器22及穩壓器(shunt regulator)24用來產生回授信號FB，回授電壓轉換器16的輸出資訊給電源控制器20的接腳COMP；電流感測電阻Rcs串聯功率開關Qsw，感測一次側線圈Lp的電流，產生電流感測信號VCS給電源控制器20的電流感測接腳CS；電源控制器20根據回授信號FB及電流感測信號VCS調變功率開關Qsw的工作周期(duty)，使輸出電壓Vo維持在某個值，並控制電壓轉換器16的輸出功率。
圖2係電源控制器20的習知控制方法的示意圖。如波形26所示，電壓轉換器16的輸出電流Iload在正常模式時較大，在待機模式時較小。在正常模式時，為了支撐高負載，以高頻率的脈寬調變信號Vgs切換功率開關Qsw。在待機模式時，電源控制器20操作在脈衝省略(pulse skipping)模式，其脈衝數減少，因而減少功率開關Qsw的切換次數，而且當負載越輕時，越多的脈衝被略過。但是習知技術並無對影像縮放器14在待機模式時的電力使用作有效的調整，如波形28所示，不論正常模式或待機模式，影像縮放器14的電源電壓Vs都維持在固定值。當顯示器10進入待機模式後，因為影像縮放器14與電源控制器20仍然維持正常運作，所以功率消耗仍然很大；若為了省電而將影像縮放器14關閉，則顯示器10也進入關閉模式，如此一來又失去了待機的意義。
因此，一種能夠在顯示器待機時維持影像縮放器正常運作，同時亦降低功率消耗的裝置及方法，乃為所冀。
本發明的目的之一，在於提供一種降低顯示器待機時之功率消耗的裝置及方法。
本發明的目的之一，在於提供一種低待機功率消耗之顯示器。
根據本發明，一種顯示器包括電源供應系統，其具有電源控制器切換功率開關以控制電力傳遞，以及影像縮放器連接該電源供應系統，從其接受電源電壓。一種降低該顯示器待機時之功率消耗的裝置包括電源監控電路，在待機模式時，在模式信號的控制下監視該電源電壓，據以產生控制信號致能或關閉該電源控制器。一種降低該顯示器待機時之功率消耗的方法包含在待機模式時，在模式信號的控制下監視該電源電壓，根據該電源電壓的變化產生控制信號，以及藉該控制信號致能或關閉該電源控制器。
在該電源控制器被關閉期間，該功率開關停止切換，因而減少切換損失，降低功率消耗。在待機期間，藉由致能該電源控制器，維持該電源電壓足夠讓該影像縮放器正常運作。
圖3係根據本發明的實施例，顯示器30包括電源供應系統32供應其內部元件所需的電壓，以及影像縮放器34控制顯示的影像的大小。電源供應系統32包括馳返式電壓轉換器36，其使用電源控制器38切換功率開關Qsw，將輸入電壓Vin轉換成輸出電壓Vo，以及低壓降調節器18從電壓Vo產生電壓Vs供應影像縮放器34。電源供應系統32更包括裝置40，用來改善顯示器30待機時的效率，其包括電源監控電路42連接影像縮放器34，以及光耦合器44連接電源控制器38。電源監控電路42從影像縮放器34接收模式信號GPIO，並監視影像縮放器34的電源接腳Vs的電壓或電流，據以產生控制信號S1，光耦合器44將控制信號S1轉換為致能信號Sen給電源控制器38的致能接腳EN/DIS。當顯示器30在正常模式時，模式信號GPIO在第一狀態，即模式信號GPIO輸出為低準位，使得電源監控電路42保持控制信號S1在低準位，因此光耦合器44沒有電流流過發光二極體D2，電晶體Q2為截止狀態，所以致能信號Sen為高準位，電源控制器38持續切換功率開關Qsw，就像習知技術一樣。在顯示器30進入待機模式後，模式信號GPIO在第二狀態，即模式信號GPIO輸出為高準位，使得電源監控電路42根據電壓Vs決定控制信號S1的準位，進而產生高準位或低準位的致能信號Sen，因而致能或關閉電源控制器38。在電源控制器38關閉的期間，功率開關Qsw停止切換，因此減少切換損失，降低功率消耗，提高了效率。在待機模式時，藉由裝置40關閉或致能電源控制器38，電壓Vs將因為功率開關Qsw停止或恢復切換而下降或上升，其升降範圍不超過影像縮放器34的工作電壓範圍。換言之，在待機模式時，僅提供足夠的電源讓影像縮放器34能夠正常運作，電壓Vs不是一直維持在高負載的狀態。在此實施例中，模式信號GPIO係由影像縮放器34提供，但在其他實施例中，也可改由電源控制器38提供。電源監控電路42可與影像縮放器34整合於同一積體電路中。
圖4係電源監控電路42的第一實施例，其包含磁滯比較器46及邏輯電路48。高臨界值Power_High及低臨界值Power_Low輸入磁滯比較器46，決定磁滯帶的上下限，與電壓Vs比較而產生比較信號Sc。在邏輯電路48中，及閘50根據比較信號Sc及模式信號GPIO產生第一信號S2，反相器52連接及閘50，將第一信號S2反相產生第二信號S3，及閘54根據模式信號GPIO及第二信號S3產生控制信號S1。
圖5係電源監控電路42的第二實施例，磁滯比較器46和圖4的實施例相同，邏輯電路56包含及閘58根據比較信號Sc及模式信號GPIO產生第一信號S4，反相器60將模式信號GPIO反相產生第二信號S5，或閘62連接及閘58和反相器60，根據第一信號S4和第二信號S5產生第三信號S6，反相器64連接或閘62，將第三信號S6反相產生控制信號S1。圖4中的邏輯電路48和圖5中的邏輯電路56產生的運算結果是相同的。此技術領域之人士可根據這些實施例的教導設計其他不同的邏輯電路。
圖6係圖3的顯示器30使用圖4的電源監控電路42的波形圖。在正常模式時，模式信號GPIO為低準位，因此控制信號S1保持在低準位，致能信號Sen保持在高準位，電源控制器38正常運作，如同習知技術一樣。當顯示器30進入待機模式，如時間t1所示，模式信號GPIO變成高準位，此時的電壓Vs大於高臨界值Power_High，因此控制信號S1變成高準位，致能信號Sen變成低準位，因而關閉電源控制器38，功率開關Qsw停止切換，造成電壓轉換器36的輸出電壓Vo逐漸下降，影像縮放器34的電源電壓Vs也跟著下降；直到電壓Vs小於低臨界值Power_Low，如時間t2所示，比較信號Sc變成高準位，因此控制信號S1變成低準位，致能信號Sen變成高準位，因而啟動電源控制器38，恢復切換功率開關Qsw，電壓轉換器36的輸出電壓Vo逐漸上升，影像縮放器34的電源電壓Vs也跟著上升；直到電壓Vs大於高臨界值Power_High，如時間t3所示，比較信號Sc再度變成低準位，因此控制信號S1又變成高準位，致能信號Sen變成低準位，因而關閉電源控制器38，功率開關Qsw停止切換，電壓轉換器36的輸出電壓Vo又逐漸下降，影像縮放器34的電源電壓Vs也跟著下降。這些過程會反覆進行，直到顯示器30回到正常模式。如圖6所示，在待機期間，電壓Vs會保持在高臨界值Power_High及低臨界值Power_Low之間變化，脈寬調變信號Vgs有更長的時間是關閉的，因而減少切換損失，但是因為低臨界值Power_Low大於影像縮放器34的關機臨界值Power_Off，因此影像縮放器34仍然維持正常運作。在待機期間，電壓Vs下降的斜率與電壓轉換器36的負載(Iload)大小有關，負載越小，則電壓Vs下降的速度越慢，電源控制器38關閉的時間越長，功率消耗越低。
10．．．顯示器
12．．．電源供應系統
14．．．影像縮放器
16．．．馳返式電壓轉換器
18．．．低壓降調節器
20．．．電源控制器
22．．．光耦合器
24．．．穩壓器
26．．．負載電流的波形
28．．．影像縮放器的電源電壓的波形
30．．．顯示器
32．．．電源供應系統
34．．．影像縮放器
36．．．馳返式電壓轉換器
38．．．電源控制器
40．．．降低待機功率消耗的裝置
42．．．電源監控電路
44．．．光耦合器
46．．．磁滯比較器
48．．．邏輯電路
50．．．及閘
52．．．反相器
54．．．及閘
56．．．邏輯電路
58．．．及閘
60．．．反相器
62．．．或閘
64．．．反相器
66．．．負載電流的波形
68．．．模式信號的波形
70．．．影像縮放器的電源電壓的波形
72．．．控制信號的波形
74．．．致能信號的波形
圖1係習知的顯示器；
圖2係圖1的波形圖；
圖3係根據本發明的顯示器；
圖4係電源監控電路的第一實施例；
圖5係電源監控電路的第二實施例；以及
圖6係圖3的顯示器使用圖4的電源監控電路的波形圖。
18．．．低壓降調節器
22．．．光耦合器
24．．．穩壓器
30．．．顯示器
32．．．電源供應系統
34．．．影像縮放器
36．．．馳返式電壓轉換器
38．．．電源控制器
40．．．降低待機功率消耗的裝置
42．．．電源監控電路
44．．．光耦合器

Claims (20)

  1. 一種降低顯示器待機時之功率消耗的裝置，該顯示器包含電源供應系統藉電源控制器切換功率開關以控制電力傳遞，以及影像縮放器從該電源供應系統接受電源電壓，該裝置包括：電源監控電路，在待機模式時，在模式信號的控制下監視該電源電壓，據以產生控制信號；以及光耦合器連接該電源監控電路，在該待機模式時，將該控制信號轉換為致能信號給該電源控制器，以致能或關閉該電源控制器。
  2. 如請求項1之裝置，其中該電源監控電路在正常模式時使該致能信號保持致能該電源控制器。
  3. 如請求項1之裝置，其中該電源監控電路包括：磁滯比較器，具有高臨界值及低臨界值供與該電源電壓比較而產生比較信號；以及邏輯電路連接該磁滯比較器，根據該比較信號及該模式信號產生該控制信號。
  4. 如請求項3之裝置，其中該邏輯電路包括：第一及閘連接該磁滯比較器，根據該比較信號及該模式信號產生第一信號；反相器連接該第一及閘，將該第一信號反相產生第二信號；以及第二及閘連接該反相器，根據該模式信號及該第二信號產生該控制信號。
  5. 如請求項3之裝置，其中該邏輯電路包括：及閘連接該磁滯比較器，根據該比較信號及該模式信號產生第一信號；第一反相器，將該模式信號反相產生第二信號；或閘連接該及閘和該第一反相器，根據該第一信號及該第二信號產生第三信號；以及第二反相器連接該或閘，將該第三信號反相產生該控制信號。
  6. 如請求項1之裝置，其中該模式信號係由該影像縮放器提供。
  7. 如請求項1之裝置，其中該模式信號係由該電源控制器提供。
  8. 一種降低顯示器待機時之功率消耗的方法，該顯示器包含電源供應系統藉電源控制器切換功率開關以控制電力傳遞，以及影像縮放器從該電源供應系統接受電源電壓，該方法包括：(A)在待機模式時，在模式信號的控制下監視該電源電壓；(B)根據該電源電壓的變化產生控制信號；以及(C)在該待機模式時，藉該控制信號致能或關閉該電源控制器。
  9. 如請求項8之方法，其中該步驟B包括磁滯地比較該電源電壓與高臨界值及低臨界值而決定該控制信號。
  10. 如請求項9之方法，其中該控制信號在該電源電壓下降至小於該低臨界值時致能該電源控制器。
  11. 如請求項9之方法，其中該控制信號在該電源電壓上升至大於該高臨界值時關閉該電源控制器。
  12. 如請求項8之方法，更包括在進入該待機模式時將該模式信號 從第一狀態切換到第二狀態。
  13. 如請求項8之方法，更包括由該影像縮放器產生該模式信號。
  14. 如請求項8之方法，更包括由該電源控制器產生該模式信號。
  15. 一種低待機功率消耗之顯示器，包括：電源供應系統，具有電源控制器切換功率開關以控制電力傳遞；影像縮放器連接該電源供應系統，從其接受電源電壓；以及電源監控電路，在待機模式時，在模式信號的控制下監視該電源電壓，據以產生控制信號致能或關閉該電源控制器。
  16. 如請求項15之顯示器，其中該電源監控電路在正常模式時保持致能該電源控制器。
  17. 如請求項15之顯示器，更包括光耦合器連接該電源監控電路，將該控制信號轉換為致能信號給該電源控制器。
  18. 如請求項15之顯示器，其中該電源監控電路包含磁滯比較器比較該電源電壓與高臨界值及低臨界值用以決定該控制信號。
  19. 如請求項18之顯示器，其中該控制信號在該待機模式時，在該電源電壓下降至小於該低臨界值時致能該電源控制器。
  20. 如請求項18之顯示器，其中該控制信號在該待機模式時，在該電源電壓上升至大於該高臨界值時關閉該電源控制器。
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