TWI398850B - 驅動電路及其驅動方法 - Google Patents

Description

驅動電路及其驅動方法

本發明係有關於一種驅動電路，尤指一種可以減少功率消耗之驅動電路及其驅動方法。

當液晶顯示裝置的面板尺寸愈來愈大、解析度愈來愈高或者操作在更高的畫面速率(frame rate)時，閘極驅動器(gate driver)對畫素進行充電的驅動能力就會顯得不足。

請一併參照第1圖與第2圖，第1圖為習知閘極驅動器100的示意圖，而第2圖為第1圖所示之輸出電壓VOUT的電壓變化示意圖。如第1圖所示，閘極驅動器100係為一CMOS結構之閘極驅動器，並包含有一P型電晶體Q1、一N型電晶體Q2以及一負載130(例如一電容)。P型電晶體Q1之源極端係耦接於一高電壓位準VGH，其汲極端耦接於一輸出端150，用來輸出一輸出電壓VOUT，其閘極端係耦接於一控制端140，用來接收一輸入訊號SIN。而N型電晶體Q2之源極端係耦接於一低電壓位準VGL，其汲極端係耦接於P型電晶體Q1之汲極端以及輸出端150，其閘極端係耦接於控制端140。

當輸入訊號SIN具有一低邏輯位準(例如”0”)時，N型電晶體Q2會關閉，而P型電晶體Q1則會導通，此時高電壓位準VGH會持續對負載130(例如：電容)進行充電，直到輸出電壓VOUT上升至VGH為止(如第2圖所示)。同理，當輸入訊號SIN具有一高邏輯位準(例如”1”)時，P型電晶體Q1會關閉，而N型電晶體Q2則會導通，此時負載130(例如：電容)會對高位準VGH進行放電，直到輸出電壓VOUT下降至VGL為止(如第2圖所示)。因為CMOS結構之閘極驅動器為習知之技藝，熟知此項技藝人士皆可輕易了解其運作，故在此不另贅述。

如上所述，閘極驅動器100會依據輸入訊號SIN而驅動輸出電壓VOUT由VGL上升至VGH或由VGH下降至VGL，然而，當閘級驅動器之供電效率不足或負載變重時，如何有效地減少閘極驅動器的功率消耗，已成為未來所考量的要點。

因此，本發明的目的之一在於提供一種可以減少功率消耗之驅動電路及其驅動方法，以解決上述之問題。

本發明之實施例揭露了一種驅動電路，包含有一驅動器以及一第一電壓切換單元。驅動器包含有一第一電壓輸入端、一第二電壓輸入端、一輸出端以及一控制端。該第一電壓輸入端係用來接收一第一輸入電壓，該第二電壓輸入端係用來接收一第二輸入電壓，以及該控制端係用來接收一輸入訊號。該驅動器係依據該輸入訊號而選擇使用該第一輸入電壓或該第二輸入電壓來驅動該輸出端輸出一輸出電壓。第一電壓切換單元係耦接於該驅動器之該第一電壓輸入端與複數個第一預定電壓位準，用來在該驅動器依據該輸入訊號而選擇使用該第一輸入電壓來驅動該輸出端輸出該輸出電壓時，依序輸出該複數個第一預定電壓位準至該第一電壓輸入端來作為該第一輸入電壓。

本發明之實施例另揭露了一種驅動一驅動器之方法，該驅動器包含有一第一電壓輸入端、一第二電壓輸入端、一輸出端以及一控制端。該方法包含有以下步驟：利用該第一電壓輸入端來接收一第一輸入電壓；利用該第二電壓輸入端來接收一第二輸入電壓；利用該輸出端來接收一輸入訊號；依據該輸入訊號而選擇使用該第一輸入電壓或該第二輸入電壓來驅動該輸出端輸出一輸出電壓；以及在該驅動器依據該輸入訊號而選擇使用該第一輸入電壓來驅動該輸出端輸出該輸出電壓時，依序輸出複數個第一預定電壓位準至該第一電壓輸入端來作為該第一輸入電壓。

在本說明書以及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件，而所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件，本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則，在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含有」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含有但不限定於」，此外，「耦接」一詞在此係包含有任何直接及間接的電氣連接手段，因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可以直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

請參照第3圖與第4圖，第3圖為本發明驅動電路之第一實施例的示意圖，而第4圖則為第3圖所示之驅動電路之輸出電壓(包含上升緣以及下降緣)的電壓波形示意圖。如第3圖所示，驅動電路200包含有(但不侷限於)一驅動器(例如一閘極驅動器)210、一第一電壓切換單元220、一第二電壓切換單元230以及一負載240，於本實施例中，負載240係以一電容來代表，然而此僅作為範例說明，並非本發明的限制條件。驅動器210包含有一第一電壓輸入端211、一第二電壓輸入端212、一輸出端213以及一控制端214，其中，第一電壓輸入端211係用來接收一第一輸入電壓VIN1，第二電壓輸入端212係用來接收一第二輸入電壓VIN2，而控制端214則是用來接收一輸入訊號SIN。此外，驅動器210係依據輸入訊號SIN所具有的邏輯位準而選擇使用第一輸入電壓VIN1或第二輸入電壓VIN2來驅動輸出端213輸出一輸出電壓VOUT。請注意，在本實施例中，驅動器210係以一CMOS結構之閘極驅動器來作說明，然而，此並非是本發明之限制條件。於本實施例中，驅動器210包含有P型電晶體Q1以及N型電晶體Q2，其連接方式已如第1圖所述，故為說明書簡潔起見，於此不再贅述。

請繼續參照第3圖，第一電壓切換單元220係耦接於驅動器210之第一電壓輸入端211與複數個第一預定電壓位準，舉例而言，複數個第一預定電壓位準係分別由GND、Voltage High以及VGH來實作之，且三者的電壓大小關係如下：VGH＞Voltage High＞GND。在驅動器210依據輸入訊號SIN而選擇使用第一輸入電壓VIN1來驅動輸出端213輸出輸出電壓VOUT時(例如，輸入訊號SIN具有低邏輯位準”0”時)，第一電壓切換單元220會依照一特定順序來依序輸出複數個第一預定電壓位準(包含GND、Voltage High以及VGH)至第一電壓輸入端211來作為第一輸入電壓VIN1。舉例而言，於一實施例中，第一電壓切換單元220係依據電壓位準由低到高之順序來將複數個第一預定電壓位準依序輸出至第一電壓輸入端211來作為第一輸入電壓VIN1，亦即GND→Voltage High→VGH。

此外，第二電壓切換單元230係耦接於驅動器210之第二電壓輸入端212與複數個第二預定電壓位準，舉例而言，複數個第二預定電壓位準係分別由VGL、GND以及Voltage High來實作之，且三者的電壓大小關係如下：Voltage High＞GND＞VGL。在驅動器210依據輸入訊號SIN而選擇使用第二輸入電壓VIN2來驅動輸出端213輸出輸出電壓VOUT時(例如，輸入訊號SIN具有高邏輯位準”1”時)，第二電壓切換單元230會依照一特定順序來依序輸出複數個第二預定電壓位準(包含VGL、GND及Voltage High)至第二電壓輸入端212來作為第二輸入電壓VIN2。舉例而言，於一實施例中，第二電壓切換單元230係依據電壓位準由高到低之順序將複數個第二預定電壓位準依序輸出至第二電壓輸入端212來作為第二輸入電壓VIN2，亦即Voltage High→GND→VGL。

請注意，上述之複數個第一預定電壓位準係分別以GND、Voltage High以及VGH為例，但此並非是本發明之限制條件，於其他的實施例中，複數個第一預定電壓位準也可以只包含GND以及VGH或者只包含有Voltage High以及VGH，也就是說，複數個第一預定電壓位準只要包含有兩個(或兩個以上)的電壓位準皆落入本發明之範疇，其個數並不侷限，再者，複數個第一預定電壓位準的電壓值亦可依據實際上的設計需求來加以適當調整。同理，複數個第二預定電壓位準只要包含有兩個(或兩個以上)的電壓位準皆落入本發明之範疇，且複數個第二預定電壓位準的電壓值同樣可依據實際上的設計需求來加以適當調整。

如第4圖所示，當輸入訊號SIN為一上升訊號(亦即，用來將輸出電壓VOUT由VGL切換至VGH)時，N型電晶體Q2會關閉，P型電晶體Q1會導通，此時驅動器210會依據輸入訊號SIN而選擇使用第一電壓輸入端211所接收之第一輸入電壓VIN1來驅動輸出端213，第一電壓切換單元220會於時間T₁ 將一第一預定電壓位準(亦即GND)輸出至第一電壓輸入端211來作為第一輸入電壓VIN1；之後，第一電壓切換單元220於時間T₂ 再將另一第一預定電壓位準(亦即Voltage High)輸出至第一電壓輸入端211來作為第一輸入電壓VIN1；最後，第一電壓切換單元220會將最後的第一預定電壓位準(亦即VGH)輸出至第一電壓輸入端211來作為第一輸入電壓VIN1，直到輸出電壓VOUT上升至VGH為止。

當輸入訊號SIN為一下降訊號(亦即，用來將輸出電壓VOUT由VGH切換至VGL)時，P型電晶體Q1會關閉，N型電晶體Q2會導通，此時驅動器210會依據輸入訊號SIN而選擇使用第二電壓輸入端VIN2所接收之第二輸入電壓VIN2來驅動輸出端213，第二電壓切換單元230會於時間T₄ 將一第二預定電壓位準(亦即Voltage High)輸出至第二電壓輸入端212來作為第二輸入電壓VIN2；之後，第二電壓切換單元230於時間T₅ 再將另一第二預定電壓位準(亦即GND)輸出至第二電壓輸入端212來作為第二輸入電壓VIN2；最後，第二電壓切換單元230會將剩餘的第二預定電壓位準(亦即VGL)輸出至第二電壓輸入端212來作為第二輸入電壓VIN2，直到輸出電壓VOUT下降至VGL為止。

請參考第5圖，第5圖為本發明驅動一驅動器之方法的一操作範例的流程圖，其包含(但不侷限於)以下的步驟(請注意，假若可獲得實質上相同的結果，則這些步驟並不一定要遵照第5圖所示的執行次序來執行)：

步驟302：利用該驅動器之一控制端來接收一輸入訊號。

步驟304：該驅動器會依據該輸入訊號而選擇使用該驅動器利用一第一電壓輸入端所接收之一第一輸入電壓來驅動該驅動器之一輸出端輸出一輸出電壓或是選擇使用該驅動器利用一第二電壓輸入端所接收之一第二輸入電壓來驅動該輸出端輸出該輸出電壓？若該驅動器會依據該輸入訊號而選擇使用該第一輸入電壓來驅動該輸出端輸出該輸出電壓，則執行步驟306；否則的話，進行步驟308。

步驟306：當該驅動器使用該第一輸入電壓來驅動該輸出端輸出該輸出電壓時，依序輸出複數個第一預定電壓位準至該第一電壓輸入端來作為該第一輸入電壓。

步驟308：當該驅動器使用該第二輸入電壓來驅動該輸出端輸出該輸出電壓時，依序輸出複數個第二預定電壓位準至該第二電壓輸入端來作為該第二輸入電壓。

由於熟習此項技藝者可輕易地由針對第3圖所示之各元件以及第4圖所示之輸出電壓波形的說明而輕易地瞭解第5圖中各個步驟的運作及細節，故於此便不再贅述。此外，上述流程之步驟僅為本發明所舉可行的實施例，並非限制本發明的限制條件，且在不違背本發明之精神的情況下，此方法可另包含其他的中間步驟或者可將幾個步驟合併成單一步驟，以做適當之變化。

請參照第6圖，第6圖為本發明驅動電路之第二實施例的示意圖。驅動電路400與第2圖中的驅動電路200相似，唯一的差異在於驅動電路400比驅動電路200少了第二電壓切換單元230。當輸出電壓VOUT為VGL且輸入訊號SIN為一上升訊號(亦即用來將輸出電壓VOUT由VGL切換至VGH)時，驅動器210會依據第一輸入電壓VIN1來驅動輸出端213，而第一電壓切換單元220依序輸出複數個第一預定電壓位準(包含VGH、GND及Voltage High)至第一電壓輸入端211來作為第一輸入電壓VIN1，由於驅動電路400的操作原理與驅動電路200相同，故在此不再贅述；而當輸出電壓VOUT為VGH且輸入訊號SIN為一下降訊號(亦即用來將輸出電壓VOUT由VGH切換至VGL)時，請注意，此時P型電晶體Q1仍然導通，N型電晶體Q2仍然關閉，於是驅動器210會先依據第一輸入電壓VIN1來驅動輸出端213，而第一電壓切換單元220於T₄ 時會將Voltage high輸出至第一電壓輸入端211來作為第一輸入電壓VIN1；之後於T₅ 時，第一電壓切換單元220再將GND輸出至第一電壓輸入端211來作為第一輸入電壓VIN1；最後於T₆ 時，P型電晶體Q1會關閉，N型電晶體Q2會導通，此時驅動器210會切換為依據第二輸入電壓VIN2來驅動輸出端213，直到輸出電壓VOUT下降至VGL為止，驅動電路400之輸出電壓(包含上升緣以及下降緣)的電壓波形如第4圖所示。

請參照第7圖，第7圖為本發明驅動電路之第三實施例的示意圖。驅動電路500與第2圖中的驅動電路200相似，唯一的差異驅動電路500比驅動電路200少了第一電壓切換單元220。當輸出電壓VOUT為VGH且輸入訊號SIN為一下降訊號(亦即，用來將輸出電壓VOUT由VGH切換至VGL)時，驅動器210會依據第二輸入電壓VIN2來驅動輸出端213，而第二電壓切換單元230依序輸出複數個第二預定電壓位準(包含VGL、GND及Voltage High)至第二電壓輸入端212來作為第二輸入電壓VIN2，由於驅動電路500的操作原理與驅動電路200相同，在此不再贅述；而當輸出電壓VOUT為VGL且輸入訊號SIN為一上升訊號(亦即，用來將輸出電壓由VGL切換至VGH)時，請注意，此時P型電晶體Q1仍然關閉，N型電晶體Q2仍然導通，於是驅動器210會先依據第二輸入電壓VIN2來驅動輸出端213，而第二電壓切換單元230於T₁ 時會將GND輸出至第二電壓輸入端212來作為第一輸入電壓VIN2；之後於T₂ 時，第二電壓切換單元230再將Voltage high輸出至第二電壓輸入端212來作為第二輸入電壓VIN2；最後於T₃ 時，N型電晶體Q2會關閉，P型電晶體Q1會導通，此時驅動器210會切換為依據第一輸入電壓VIN1來驅動輸出端213，直到輸出電壓VOUT上升至VGH為止，驅動電路400之輸出電壓(包含上升緣以及下降緣)的電壓波形如第4圖所示。

請注意，由上述之實施例可知驅動電路200、驅動電路400以及驅動電路500的操作原理雖然相似，然而，驅動器210中的P型電晶體Q1以及N型電晶體Q2依據輸入訊號SIN而開啟或關閉之操作時機係有所差異，然而這僅用來作為本發明的範例說明，並非本發明的限制條件。

請同時參照第2圖以及第4圖，熟知此項技藝人士應可輕易了解，本發明利用分段式的來輸出輸出電壓，不用一開始即以最高電壓準位VGH或最低電壓準位VGL來供應閘極驅動器可比先前技術省電，因此，相較於習知的閘極驅動器100，本發明所揭露之驅動電路200、400、500確實具有較低的功率消耗。

由上可知，本發明提供一種可以減少功率消耗之驅動電路及其驅動方法。當輸出電壓VOUT由VGL切換至VGH時或由VGH切換至VGL時，負載240所接收的輸出電壓VOUT可以先使用比較低位準的電壓源，以達到節省消耗功率來達到省電之目的，因此，當閘級驅動器之供電效率不足或負載變重時，本發明仍可正常運作。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100．．．閘極驅動器

130、240．．．負載

150、213．．．輸出端

140、214．．．控制端

200、400、500．．．驅動電路

210．．．驅動器

211．．．第一電壓輸入端

212．．．第二電壓輸入端

220．．．第一電壓切換單元

230．．．第二電壓切換單元

Q1．．．P型電晶體

Q2．．．N型電晶體

第1圖為習知閘極驅動器的示意圖。

第2圖為第1圖所示之輸出電壓的電壓變化示意圖。

第3圖為本發明驅動電路之第一實施例的示意圖。

第4圖為第3圖所示之驅動電路之輸出電壓的的電壓波形示意圖。

第5圖為本發明驅動一驅動器之方法的一操作範例的流程圖。

第6圖為本發明驅動電路之第二實施例的示意圖。

第7圖為本發明驅動電路之第三實施例的示意圖。

200．．．閘極驅動器

240．．．負載

213．．．輸出端

214．．．控制端

210．．．驅動器

211．．．第一電壓輸入端

212．．．第二電壓輸入端

220．．．第一電壓切換單元

230．．．第二電壓切換單元

Q1．．．P型電晶體

Q2．．．N型電晶體

Claims (18)

1. 一種驅動電路，包含有：一驅動器，其包含有：一第一電壓輸入端，用來接收一第一輸入電壓；一第二電壓輸入端，用來接收一第二輸入電壓；一輸出端；以及一控制端，用來接收一輸入訊號，其中該驅動器係依據該輸入訊號而選擇使用該第一輸入電壓或該第二輸入電壓來驅動該輸出端輸出一輸出電壓；以及一第一電壓切換單元，耦接於該驅動器之該第一電壓輸入端與複數個第一預定電壓位準，用來在該驅動器依據該輸入訊號而選擇使用該第一輸入電壓來驅動該輸出端輸出該輸出電壓時，依序輸出該複數個第一預定電壓位準至該第一電壓輸入端來作為該第一輸入電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該第一輸入電壓的電壓位準係高於該第二輸入電壓的電壓位準。
3. 如申請專利範圍第2項所述之驅動電路，其中該第一電壓切換單元係依據電壓位準由低到高之順序將該複數個第一預定電壓位準依序輸出至該第一電壓輸入端來作為該第一輸入電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該第一輸入電壓的電壓位準係低於該第二輸入電壓的電壓位準。
5. 如申請專利範圍第4項所述之驅動電路，其中該第一電壓切換單元係依據電壓位準由高到低之順序將該複數個第一預定電壓位準依序輸出至該第一電壓輸入端來作為該第一輸入電壓。
6. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其另包含有：一第二電壓切換單元，耦接於該驅動器之該第二電壓輸入端與複數個第二預定電壓位準，用來在該驅動器依據該輸入訊號而選擇使用該第二輸入電壓來驅動該輸出端輸出該輸出電壓時，依序輸出該複數個第二預定電壓位準至該第二電壓輸入端來作為該第二輸入電壓。
7. 如申請專利範圍第6項所述之驅動電路，其中該第一輸入電壓的電壓位準係高於該第二輸入電壓的電壓位準。
8. 如申請專利範圍第7項所述之驅動電路，其中該第一電壓切換單元係依據電壓位準由低到高之順序將該複數個第一預定電壓位準依序輸出至該第一電壓輸入端來作為該第一輸入電壓，以及該第二電壓切換單元係依據電壓位準由高到低之順序將該複數個第二預定電壓位準依序輸出至該第二電壓輸入端來作為該第二輸入電壓。
9. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該驅動器係為一閘極驅動器。
10. 一種驅動一驅動器之方法，該驅動器包含有一第一電壓輸入端、一第二電壓輸入端、一輸出端以及一控制端，該方法包含有：利用該第一電壓輸入端來接收一第一輸入電壓；利用該第二電壓輸入端來接收一第二輸入電壓；利用該控制端來接收一輸入訊號；依據該輸入訊號而選擇使用該第一輸入電壓或該第二輸入電壓來驅動該輸出端輸出一輸出電壓；以及在該驅動器依據該輸入訊號而選擇使用該第一輸入電壓來驅動該輸出端輸出該輸出電壓時，依序輸出複數個第一預定電壓位準至該第一電壓輸入端來作為該第一輸入電壓。
11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該第一輸入電壓的電壓位準係高於該第二輸入電壓的電壓位準。
12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中依序輸出該複數個第一預定電壓位準至該第一電壓輸入端來作為該第一輸入電壓的步驟係包含：依據電壓位準由低到高之順序將該複數個第一預定電壓位準依序輸出至該第一電壓輸入端來作為該第一輸入電壓。
13. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該第一輸入電壓的電壓位準係低於該第二輸入電壓的電壓位準。
14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中依序輸出複數個該第一預定電壓位準至該第一電壓輸入端來作為該第一輸入電壓的步驟係包含：依據電壓位準由高到低之順序將該複數個第一預定電壓位準依序輸出至該第一電壓輸入端來作為該第一輸入電壓。
15. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其另包含有：在該驅動器依據該輸入訊號而選擇使用該第二輸入電壓來驅動該輸出端輸出該輸出電壓時，依序輸出複數個第二預定電壓位準至該第二電壓輸入端來作為該第二輸入電壓。
16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該第一輸入電壓的電壓位準係高於該第二輸入電壓的電壓位準。
17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中依序輸出複數個該第一預定電壓位準至該第一電壓輸入端來作為該第一輸入電壓的步驟係包含：依據電壓位準由低到高之順序將該複數個第一預定電壓位準依序輸出至該第一電壓輸入端來作為該第一輸入電壓；以及依序輸出該複數個第二預定電壓位準至該第二電壓輸入端來作為該第二輸入電壓的步驟包含有：依據電壓位準由高到低之順序將該複數個第二預定電壓位準依序輸出至該第二電壓輸入端來作為該第二輸入電壓。
18. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該驅動器係為一閘極驅動器。