TWI422134B - 極低耗電之顯示控制電路與相關方法 - Google Patents

Description

極低耗電之顯示控制電路與相關方法

本發明有關於顯示控制電路之耗電，特別是有關於一種極低耗電(ultra-low power)之顯示控制電路與相關方法。

第一圖顯示習知技藝之顯示器內部的顯示電路方塊圖100，包含電源電路110、縮放控制器120以及背光模組130，電源電路110經由交流電源112供電轉換成適當電壓114、116，而分別供電給背光模組130及縮放控制器120之運作。顯示電路方塊圖100可以應用於電腦監視器(monitor)、類比電視或者數位電視當中。在節能減碳的世界潮流中，眾廠商皆致力於顯示器於待機狀態下的耗電量之節省，習知技藝利用交流/直流轉換(AC/DC conversion)之電源電路110進行省電。

因此十分殷切需要發展出一套可以低成本實現的極低耗電之顯示電路與相關方法。

本發明提出一種極低耗電顯示控制電路，包括具有一次側以及二次側之變壓器、耦接至變壓器之電容，穩壓器、顯示控制器以及電壓比例單元；變壓器用以於一次側接收高壓直流電壓以轉換成直流電壓於二次側；電容用以穩定直流電壓；穩壓器耦接至電容，用以接收直流電壓並產生直流穩壓輸出；顯示控制器耦接至穩壓器，用以接收直流穩壓輸出而運作；電壓比例單元耦接至顯示控制器以及變壓器之二次側，用以接收參考電壓並提供一電壓比例於二次側；使得顯示控制器可於省電模式藉由通用型輸入輸出腳位改變電壓比例。

本發明更提出一種極低耗電顯示控制方法，包括：顯示控制器進入省電模式；顯示控制器改變電壓比例以降低變壓器之二次側之輸出電壓位準；以及將二次側之該輸出電壓經由穩壓器穩壓以產生穩壓輸出供顯示控制器於省電模式之運作。

為了使　鈞局能更進一步瞭解本發明特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

第二圖顯示根據本發明具體實施例之極低耗電顯示控制電路300，交流電源302供應交流電壓給整流器310，例如80至220伏交流電壓；而整流器310整流輸出直流電壓給偏壓電路320與變壓器(transformer)330，例如是120至375伏直流電壓，整流器310例如是全橋式整流器；經過偏壓電路320偏壓為直流電壓訊號VDDP供電給電源轉換控制器340運作，直流電壓訊號VDDP例如是20伏直流電壓，電源轉換控制器340為類比電路晶片，通常封裝為八個腳位，由於成本考量有腳位數量之限制。變壓器330利用線圈感應將其一次側之高壓直流電壓轉換成其他適當的直流電壓於二次側輸出，供其他電路運作，例如輸出直流電壓訊號VCC14V與VCC5V，分別提供14伏與5伏直流電壓，14伏直流電壓可供應背光模組之運作，例如冷陰極燈管或者發光二極體之背光模組之運作。直流電壓訊號VCC5V經過穩壓器350，例如低壓差線性穩壓器(low drop-out regulator，簡稱LDO)，穩壓輸出直流電壓訊號VDD3V3而供電給縮放控制器360之運作。縮放控制器360根據變壓器330輸出之直流電壓訊號VCC5V上的電壓狀況控制電源轉換控制器340之運作，舉例而言，將直流電壓訊號VCC5V經過電阻R5、R6之感測訊號VCC5Vsense送進縮放控制器360之逐步逼近暫存器類比數位轉換器(successive approximation ADC，簡稱SAR ADC)偵測直流電壓訊號VCC5V上的電壓狀況，熟知此技藝人士可以了解逐步逼近暫存器類比數位轉換器是低成本可以實現的低速類比數位轉換器，或者，將感測訊號VCC5Vsense送進縮放控制器360之一比較器(未示出)與一參考電壓，例如4伏，偵測直流電壓訊號VCC5V上的電壓狀況；然後，縮放控制器360可利用通用型輸入輸出(general purpose I/O，簡稱GPIO)腳位經過光耦合元件(opto-coupler 或稱photocoupler)370控制電源轉換控制器340之補償腳位COMP，回授控制電源轉換控制器340之開啟運作時機，達到極低耗電之目的。應注意到，熟知此技藝人士可以了解電源轉換控制器340為類比電路晶片，通常封裝為八個腳位，其中補償腳位COMP於電源轉換控制器340內部提供有電流源342，例如為200微安培(Ma)之電流源。偏壓電路320包括電阻R11、R12、R13、二極體D21、D22、電晶體Q1、Q2、Q3。偏壓電路320利用電阻R11、R12、電晶體Q1路徑將高壓直流電壓偏壓為直流電壓訊號VDDP供電給電源轉換控制器340運作。

電源轉換控制器340利用電容C1所儲存的電荷，於電晶體Q1關閉而停止供電時，可以短暫供應電源轉換控制器340之運作，但是，熟知此技藝人士可以了解電容C1亦關係到電源啟動時，真正開始供應正常直流電壓運作所需要的時間，所以電容C1也不能太大，例如為22微法拉(μF)。而縮放控制器360則可以利用電容C2，於切斷電源時，可以短暫供應縮放控制器360之運作，典型地電容C2相當大，例如為2000微法拉(μF)，應注意到電容C2可提供的儲存電力遠較電容C1大。

第二圖所顯示之極低耗電顯示控制電路300，在關閉系統電源後，利用電容C2短暫供電於縮放控制器360之運作，經過穩壓器350穩壓輸出直流電壓訊號VDD3V3而供電給縮放控制器360之運作，只要直流電壓訊號VCC5V經過穩壓器350穩壓輸出之直流電壓訊號VDD3V3高於縮放控制器360之工作電壓之狀況下，皆可運作縮放控制器360，穩壓器350之耗電量極低，並使得直流電壓訊號VCC5V與直流電壓訊號VDD3V3間之電壓降LDODrop極小。假設縮放控制器360之工作電壓為3.3伏，經由電容C2之逐漸放電，只要直流電壓訊號VCC5V超過(3.3伏+LDODrop)，皆可使縮放控制器360運作。

在關閉系統電源後，縮放控制器360利用GPIO腳位送出訊號AC_OFF將縮放控制器360之電壓狀態，經由電阻R4以及光耦合元件370反應給電源轉換控制器340端以汲取電流，電源轉換控制器340則利用補償腳位COMP使電流源342經由電阻R13、二極體D21、D22與電晶體Q3供應此電流，舉例而言，光耦合元件370之電流轉換比例(current transfer ration，簡稱CTR)為1:1，則光耦合元件370兩側所汲取之電流為1:1，訊號AC_OFF之主張(assertion)期間相關於直流電壓訊號VCC5V之位準。當電源轉換控制器340於補償腳位COMP感測到縮放控制器360之電壓低於一預定位準時，短暫驅動訊號DRV以打開電晶體Q4，短暫啟動變壓器330之一次側汲取外部電源，以對電容C1充電以及對變壓器330之二次側之大電容C2充電，以供下個循環期間縮放控制器360之運作。第二圖中箭頭方向標示出幾個電路分析中的主要電流流向，使得熟知此技藝人士可以更了解本實施例之運作。

對於電源轉換控制器340，當主張訊號AC_OFF時，例如為高位準，光耦合元件370產生耦合電流，經由節點A、二極體D21、D22與光耦合元件370汲取所需之耦合電流，使得電晶體Q3之基極電壓下降，導通電晶體Q3與二極體D21、D22，使得補償腳位COMP上電壓下降，關閉電晶體Q2，使得電晶體Q1之基極電位下降而關閉電晶體Q1；電晶體Q3具有電流放大之作用，可以加速電流源342之放電速度，如果電源轉換控制器340內之電流源342之電流能力低，則可以省掉電晶體Q3，直接靠二極體D22進行放電。另一方面，當解主張訊號AC_OFF時，例如為低位準，無感應電流產生，導通電晶體Q1而對電容C1充電，然後補償腳位COMP上電壓逐漸上升，導通電晶體Q2，使得電晶體Q1之基極接地而關閉電晶體Q1，使得電源轉換控制器340使用電容C1所儲存之電力，使得電容C1放電；因此，藉由訊號AC_OFF之主張與否控制電源轉換控制器340運作與否，以控制電容C1充電、放電循環運作。

第三圖顯示關於第二圖之極低耗電顯示控制電路300之主要波形圖，包括訊號AC_OFF、電壓訊號VDDP、訊號DRV、電壓訊號VCC5V、感測訊號VCC5Vsense之間的波形關係圖。配合第二圖之極低耗電顯示控制電路300進行說明，於此實施例中，訊號AC_OFF拉高之後，透過二極體D21、D22與光耦合元件370快速地強迫電源轉換控制器340內之電流源342放電拉低電位並關閉電晶體Q1，強迫切斷外部電源對電源轉換控制器340之供電，且電壓訊號VDDP被快速的拉低，持續維持在0伏一段相當長的時間，達到省電的目的。訊號AC_OFF拉低之後，開啟電晶體Q1，對電容C1充電，使得電壓訊號VDDP快速上升，到達最高的電壓後，例如20伏，補償腳位COMP上電壓上升到預定位準，電源轉換控制器340短暫地主張訊號DRV，例如由電源轉換控制器340內之脈波寬度調變(pulse width modulatidn，簡稱PWM)控制器短暫地產生高低位準寬度調變之訊號DRV，或者由脈波頻率調變(pulse frequency modulation，簡稱PFM)控制器產生頻率不同之訊號DRV，短暫地導通電晶體Q4，使得變壓器330之一次側短暫導通對電容C1充電以及對二次側的大電容C2充電，例如將電壓訊號VCC5V快速地拉升到5伏，其可藉由與一比較器與一參考電壓比較達成，或者例如對二次側的大電容C2充電一預定期間；只要在電壓訊號VCC5V放電到預定電壓之前，縮放控制器360皆可正常運作監控感測訊號VCC5Vsense之變化，如此持續循環運作，舉例而言，只要確保整個過程當中電壓訊號VCC5V皆大於(3.3伏+電壓降LDODrop)，即可正常運作。感測訊號VCC5Vsense則顯示對應電壓訊號VCC5V的充放電變化。應注意到，電壓訊號VDDP持續維持在0伏一段相當長的時間，使得訊號DRV之驅動期間相隔很遠，可以完全隔絕外部電源之消耗，達到極低耗電之目的，經過電路模擬，總電力消耗約可達150毫瓦(mW)以下，而實際需要支出的額外成本甚低，兼顧成本與效能兩者之考量。本實施例中其他輔助元件之運作，例如熔絲F1、負溫係數電阻NTC、電阻R2、電容C4等等，可以為熟知此技藝人士所了解便不再贅述。

第四圖顯示根據本發明之另一具體實施例之極低耗電顯示控制電路400，相較於第二圖之實施例之差異在於偏壓電路420，利用電阻R18提供偏壓控制，並省略電晶體Q3，而最右端則顯示來自個人電腦的5伏訊號PC5V可以透過二極體D6耦接於電壓訊號VCC5V，對電容C2充電；而縮放控制器360也可被廣泛整合於顯示控制器(display controller)，應用於類比電視與數位電視，並不跳脫本發明之範疇。

第五圖顯示根據本發明之另一具體實施例之極低耗電顯示控制電路500，其主要係源自第二圖實施例之概念。類似的訊號亦採用前面訊號之標號，有助於了解本實施例之運作。主要差異在於電源轉換控制器540整合了第二圖中偏壓電路320之類似元件，而顯示控制器560直接偵側電壓訊號VDD3V3，節省逐步逼近暫存器類比數位轉換器或者比較器之腳位；如前面實施例所揭示，由顯示控制器560偵側電壓訊號VDD3V3之變化，舉例而言，確保偵側電壓訊號VDD3V3高於3.3伏。舉例而言，在電壓訊號VDD3V3高於3.3伏前，可由顯示控制器560利用GPIO腳位主張訊號AC_OFF，經由光耦合元件570、補償腳位COMP令電源轉換控制器540停止汲取外部電源；在電壓訊號VDD3V3快落到3.3伏前，由顯示控制器560解主張訊號AC_OFF，電源轉換控制器540藉由打開內部開關(未示出)經由高壓電源腳位HV由節點B短暫地汲取外部電源，使得電源轉換控制器540內部的受控電流源542，經由電壓訊號VDDp’對電容C1充電，短暫地驅動訊號DRV，啟動變壓器530之一次側，使得變壓器530對電容C1充電以及對二次側之大電容C2充電達一預定電壓或者充電一預定期間。電源轉換控制器540長時間地切斷外部電源，可以大幅降低秏電。箭頭方向標示出幾個電路分析中的主要電流流向，使得熟知此技藝人士可以更了解本實施例之運作。

根據以上諸多實施例之揭示，熟知此技藝人士可以做出許多可能變化，仍不跳脫本發明之範疇。舉例而言，顯示控制器560利用GPIO腳位控制訊號AC_OFF，經由電阻R4、光耦合元件570，回授控制補償腳位COMP，而控制電源轉換控制器540是否汲取外部電源，可以有其他變化之可能，舉例而言，可以修改光耦合元件570附近之電路，使得訊號AC_OFF之高低位準相對於電源轉換控制器540之運作相反；或者，搭配輔助電路使得GPIO腳位間接控制光耦合元件570汲取電流之運作；或者，以上諸多實施例係由GPIO腳位輸出控制訊號AC_OFF之位準，藉由修改光耦合元件570附近之電路，可使得GPIO腳位為輸入方式運作，如第六圖所示，光耦合元件570經由電阻R72耦接於顯示控制器560之GPIO腳位，經由電晶體Q8控制是否導通放電，當控制訊號CTRL被主張，導通電晶體Q8，於訊號COMP引發電源轉換控制器540類似前述實施例之運作。

第七圖顯示根據本發明之具體實施例之極低耗電顯示控制方法之流程圖。於步驟702，感測變壓器二次側之直流電壓位準，舉例而言，可以感測第二圖中訊號VCC5V之變化，或者直接感測訊號VDD3V3之變化，舉例而言，確保訊號VDD3V3皆高於3.3伏；於步驟704，顯示控制器藉由GPIO腳位導通光耦合元件，控制電源轉換控制器之補償腳位，而關閉電源轉換控制器之運作，舉例而言，如第五圖所示，顯示控制器560可藉由GPIO腳位主張訊號AC_OFF增加光耦合元件570之耦合電流之大小，而關閉電源轉換控制器540之運作，或者，如第六圖所示，光耦合元件570耦接於顯示控制器560之GPIO腳位，藉由電晶體Q8形成放電路徑，而關閉電源轉換控制器540之運作；於步驟706，當直流電壓位準下降到達一預定位準時，經由GPIO腳位降低光耦合元件之耦合電流之大小，控制電源轉換控制器之補償腳位，而啟動電源轉換控制器之運作；於步驟708，短暫導通變壓器之一次側，對第一電容與第二電容短暫充電，舉例而言，如第五圖所示，藉由脈波寬度調變或者脈波頻率調變控制電晶體Q4之閘極，使得變壓器530對第一電容C1與二次側之第二電容C2充電。

第八圖顯示根據本發明之一具體實施例之極低耗電電源轉換控制器800，具有HV、VDDp、DRV、CS、COMP及GND等腳位，當應用到第五圖之實施例運作，第八圖各腳位外部電路之運作如前述實施例所述。極低耗電電源轉換控制器800包含比較器810、820、遲滯比較器830、振盪器840、電流源842、電壓調節器850、正反器860、及閘870、872、緩衝器880、控制電路890、電阻R80、R82、齊鈉二極體D80。

第九圖顯示第八圖中極低耗電電源轉換控制器800運作之主要訊號波形圖，V(VDDP)、V(COMP)、I(HV)、I(VDDp)、V(DRV)、5V訊號分別代表VDDp腳位之電壓訊號、COMP腳位上之電壓訊號、HV腳位之電流大小、VDDp腳位之電流大小、DRV腳位之電壓訊號、5V電壓訊號。電源轉換控制器800剛啟動時，HV腳位經由電流源842對VDDp腳位外之電容(未示出)充電，當電位逐漸升高到遲滯比較器830之正端輸入電壓高於第一遲滯參考電壓VDDH，遲滯比較器830之輸出位準為高，使得及閘870之輸出為高，致能電壓調節器850輸出工作電壓於訊號852供電源轉換控制器800內部之運作；而且，遲滯比較器830之輸出高位準經由或閘892與反相器894，關閉電流源842，終止HV腳位從外部汲取電流，此或閘892與反相器894控制路徑保證只要遲滯比較器830之輸出高位準會關閉電流源842阻絕外部之耗電。振盪器840產生一方波訊號輸出給SR正反器860之S輸入端，而SR正反器860之R輸入端一開始為低位準，Q輸出端轉為高位準，當DRV腳位上被拉高位準，外部連接的電晶體(未示出)會被導通，電流感測(CS)腳位也會因此跟著被拉高位準，經過比較器810，SR正反器860之R輸入端會轉變為高位準，當SR正反器860下一次接受觸發時，SR正反器860之S輸入端與R輸入端分別為低位準與高位準，觸發後，Q輸出端轉為低位準，也就是說，此電路之運作，S輸入端與R輸入端之輸入位準於觸發時剛好都反相，以產生脈波寬度調變訊號於DRV腳位上。舉例而言，方波訊號為1MHz之方波訊號，降低極低耗電電源轉換控制器800於待機模式下的功耗，透過及閘872與緩衝器880將方波訊號於DRV腳位上輸出。接著，VDDp腳位外之電容(未示出)將所儲存的電力緩慢釋出，直到遲滯比較器830之正端輸入電壓到達第二遲滯參考電壓VDDL，使得遲滯比較器830之輸出位準由高轉低，使得及閘870之輸出為低，及閘872之輸出為低，DRV腳位之輸出為低，關閉連接於其上的外部電晶體(未示出)而關閉外部變壓器(未示出)之一次側，如第九圖所示，I(HV)訊號一開始汲取充電電流Icharge，於V(VDDP)從電壓VDDH到電壓VDDL，I(HV)訊號(從外部電源)消耗電流驟降為Ihv_off。I(VDDp)對應釋放出來的電流為Istartup與Iop，電流Iop供應電源轉換控制器800驅動DRV腳位上的方波訊號。

接著，外部變壓器之一次側導通過後，二次側的顯示控制器(未示出)方獲得電力而可以運作，可以控制V(COMP)訊號。藉由前述實施例揭露的COMP腳位之控制，經由控制COMP腳位上的補償訊號，可以讓產生脈波寬度調變訊號的時間間隔拉長、產生的真正時間長度也縮短，但是仍讓電源轉換控制器800完全受監控的方式下運作，不致於讓整個系統失控無法喚醒。

當V(COMP)訊號之電壓拉低，強迫關閉振盪器840之運作，或者，回應於V(COMP)訊號之電位高低而調變振盪器840之輸出頻率之高低，舉例而言，V(COMP)訊號之電位高則輸出頻率變高，V(COMP)訊號之電位低則輸出頻率變低，或反向運作，因此V(COMP)訊號之電位高低可以影響電源轉換控制器800之耗電量；而且控制比較器820將正端電壓與回授參考電壓Voff比較後，低位準輸出於回授控制訊號822，使得及閘870之輸出為低位準，禁能電壓調節器850之運作，關閉電源轉換控制器800之內部電力供應，使得電源轉換控制器800進入極低耗電模式，電流I(VDDp)瞬間降低至Ioff，較佳地電流Ioff小於電流0.1*Iop，或者更低，V(VDDP)電位的下降速度變的十分緩慢，也就是V(VDDP)電位下降斜率變小，而且藉由控制V(COMP)訊號可以大幅拉長下次開始對外部電容充電的時間，降低整個系統之耗電；應注意到，拉低V(COMP)訊號可以使得低位準輸出於回授控制訊號822經由反相器896與或閘892強迫關閉電流源842，終止HV腳位從外部汲取電流，因為此時遲滯比較器830之輸出正處於高位準，已經關閉電流源842之運作。也就是說，簡單的控制電路890包含或閘892以及反相器894、896可以適時控制電流源842啟動與關閉的時機。

再回到第八圖中，當停止拉低V(COMP)訊號之動作，也就是當控制COMP腳位上的電壓高過回授參考電壓Voff後，回授控制訊號822位準為高，電流I(VDDp)恢復為Iop，外部大電容(未示出)再次恢復供應電源轉換控制器800之運作電力，電源轉換控制器800正常運作到V(VDDP)電壓為VDDL，此時，遲滯比較器830之正端輸入電壓到達第二遲滯參考電壓VDDL，才使得遲滯比較器830之輸出位準由高轉低，使得及閘870之輸出為低，及閘872之輸出為低，DRV腳位之輸出轉為低位準。

然後，HV腳位經由電流源842對腳位VDDp外之電容(未示出)短暫充電之後，V(VDDP)電位從VDDL充電到VDDH，電流I(VDDp)開始進行放電如此循環運作。而COMP腳位可以先經過增益放大器811，例如增益1/2之增益調整，此增益調整可以依照實際電路設計而調整，進入比較器810之比較後，控制SR正反器860之R輸入端，1伏特(V)只是例示比較器810進行比較電壓的範圍，於此實施例中，比較器810將CS腳位電壓與COMP腳位電壓與1V電壓兩個位準範圍內進行比較，熟知此技術之人士當可作出可能的電路更改變化。

第十圖顯示根據本發明之一具體實施例之極低耗電之電源轉換方法流程圖，於步驟1020，導通一電流源達第一預定期間，例如充電到達電壓VDDH；於步驟1030，致能一電源轉換控制器內之電壓調節器達第二預定期間，並於第二預定期間產生驅動訊號，例如為脈波寬度調變訊號或者脈波頻率調變訊號；於步驟1040，主張(assert)回授控制訊號，例如為第八圖中之回授控制訊號822，禁能電壓調節器，使得電源轉換控制器進入一極低耗電模式，較佳地，極低耗電模式下所消耗的電流低於正常運作之電流大小之十分之一，或者更低，較佳地，主張回授控制訊號亦可強迫關閉電流源；於步驟1060，然後解主張回授控制訊號讓電源轉換控制器恢復正常運作到達外部電容放電到電壓VDDL，也就是運作達第三預定期間，控制外部電容從電壓VDDL充電到電壓VDDH。

第十一圖顯示根據本發明之一具體實施例之電源轉換控制器1100，具有HV’、VDDp’、DRV’、CS’、COMP’及GND’等腳位，電源轉換控制器1100包含比較器1110、1120、遲滯比較器1130、振盪器1140、電流源1142、電壓調節器1150、正反器1160、及閘1170、1172、緩衝器1180以及反相器1190等等。

第十二圖顯示第十一圖中電源轉換控制器1100運作之主要訊號波形圖，V(VDDP’)、V(DRV’)、5V訊號分別代表VDDp’腳位之電壓訊號、DRV’腳位之電壓訊號、5伏電壓訊號。電源轉換控制器1100剛啟動時，HV’腳位經由電流源1142對VDDp’腳位外之電容(未示出)充電，當電位逐漸升高到遲滯比較器1130之正端輸入電壓高於第一遲滯參考電壓VDDH’，遲滯比較器1130之輸出位準為高，使得及閘1170之輸出為高，致能電壓調節器1150輸出工作電壓於訊號1152供電源轉換控制器1100內部之運作；而且，遲滯比較器1130之輸出高位準經由反相器1190，關閉電流源1142，終止HV’腳位從外部汲取電流。振盪器1140產生一方波訊號輸出給SR正反器1160之S輸入端，而SR正反器1160之R輸入端一開始為低位準，Q輸出端轉為高位準，當DRV’腳位上被拉高位準，外部連接的電晶體(未示出)會被導通，電流感測(CS’)腳位也會因此跟著被拉高位準，經過比較器1110，SR正反器1160之R輸入端會轉變為高位準，當SR正反器1160下一次接受觸發時，正反器1160之S輸入端與R輸入端分別為低位準與高位準，觸發後，Q輸出端轉為低位準，也就是說，此電路之運作，S輸入端與R輸入端之輸入位準於觸發時剛好都反相，以產生脈波寬度調變訊號於DRV’腳位上。舉例而言，方波訊號為1MHz之方波訊號，降低電源轉換控制器1100於待機模式下的功耗，透過及閘1172與緩衝器1180將方波訊號於DRV’腳位上輸出。接著，VDDp’腳位外之電容(未示出)將所儲存的電力緩慢釋出，直到遲滯比較器1130之正端輸入電壓到達第二遲滯參考電壓VDDL’，使得遲滯比較器1130之輸出位準由高轉低，使得及閘1170之輸出為低，及閘1172之輸出為低，DRV’腳位之輸出為低，關閉連接於其上的外部電晶體(未示出)而關閉外部變壓器(未示出)之一次側，如第十二圖所示，VDDP’從電壓VDDH’到電壓VDDL’間來回充放電震盪。或者，如第十二圖右側波形所示，當欲產生脈波寬度調變訊號於DRV’腳位上時，VDDp’腳位之電壓仍高於電壓VDDL’，由於遲滯比較器1130之正端輸入電壓尚未到達第二遲滯參考電壓VDDL’，電流源1142保持不動作，HV’腳位不汲取外部電流；脈波寬度調變訊號產生於DRV’腳位上後，會藉由第十三圖中變壓器1330的副繞組1332對電容C1’充電，使得DRV’腳位上的電壓微幅地上升。

第十三圖顯示根據本發明之另一具體實施例之極低耗電顯示控制電路1300，電源轉換控制器1340經由高壓電源腳位HV’由節點B’短暫地汲取外部電源，使得電源轉換控制器1340內部的受控電流源，經由電壓訊號VDDp’對電容C1’充電，短暫地驅動訊號DRV’，啟動變壓器1330之一次側，使得變壓器1330對電容C1’充電以及對二次側之大電容C2’充電達一預定電壓或者充電一預定期間。舉例而言，可以將第十一圖之電源轉換控制器1100施用於第十三圖中的電源轉換控制器1340以進行運作。於此實施例中，顯示控制器1360可以藉由GPIO腳位改變在省電模式下變壓器1330之二次側之電壓比例，以大幅降低極低耗電顯示控制電路1300之整體耗電量。

請參考第十三圖，在正常模式下，顯示控制器1360藉由GPIO腳位將開關SW’關閉，顯示控制器1360經由電阻R1’提供正常的電壓比例，使得變壓器1330之二次側之輸出電壓訊號VCC5V’最高約達5伏，開關SW’可以利用電晶體開關實現；在省電模式下，顯示控制器1360降低二次側之電壓比例，使得輸出電壓訊號VCC5V’降低至一預定低電壓，例如4伏、甚至為3.5伏，只要能確保顯示控制器1360於省電模式下經由低壓差線性穩壓器1350獲得足夠的電壓供應，舉例而言，顯示控制器1360藉由GPIO腳位將開關SW’導通，使得電阻R1’與R2’並聯，亦降低了電阻R1’與R2’並聯所產生的跨壓，可經由適當的設計電阻R1’與R2’之阻值，使得輸出電壓訊號原本VCC5V’處於約5伏的電壓降低至預定低電壓，例如3.5伏。

請參考第十三圖，舉例而言，可以利用一分流調節器Z’(shunt regulator)於節點X提供2.5伏的參考電壓，電阻R1’與R2’可以選擇使用5K歐姆。正常模式下，將開關SW’關閉，經由電阻R1’提供正常的電壓比例，使得變壓器1330之二次側之輸出電壓訊號VCC5V’為5伏，流經電阻R1’之電流I’為0.5毫安培(mA)；進入省電模式後，將開關SW’導通，使得電阻R1’與R2’並聯使得並聯電阻值為2.5K歐姆，節點X所提供之2.5伏的參考電壓與電流0.5mA，使得電壓從5伏降低到3.75伏，另一方面，變壓器1330之二次側主要耗電在於低壓差線性穩壓器1350與顯示控制器1360，假設低壓差線性穩壓器1350與顯示控制器1360於省電模式所需要耗電的電流Is約為1mA，可以了解到省電模式下的功率消耗可從原先的5毫瓦(mW)(=5V*1mA)大幅降低為3.75mW(=3.75V*1mA)。也就是說，電壓比例單元1370耦接於變壓器1330之二次側之輸出以及顯示控制器1360，電壓比例單元1370包含電阻R1’、R2’、RX以及開關SW’，電壓比例單元1370接收來自分流調節器Z’於節點X提供的參考電壓，並受控於顯示控制器1360，例如利用GPIO腳位，使得當顯示控制器1360進入省電模式時，可以改變電壓比例單元1370所提供之電壓比例，進而降低整體之耗電量。箭頭方向標示出幾個電路分析中的主要電流流向，使得熟知此技藝人士可以更了解本實施例之運作。

第十四圖顯示根據本發明之具體實施例之輸出電壓訊號VCC5V’的信號波形圖，配合參考第十三圖之運作，顯示控制器1360在正常模式時，將GPIO的輸出拉低，關閉開關SW’，經由電阻R1’提供正常的電壓比例，使得電壓訊號VCC5V’正常輸出為5伏位準。當顯示控制器1360進入省電模式，將GPIO的輸出拉高，將開關SW’導通，使得電阻R1’與R2’並聯，以降低電壓比例，使得電壓訊號VCC5V’於省電模式之輸出降低為3.75伏位準，當顯示控制器1360預計要回到正常模式時，將GPIO的輸出拉低，關閉開關SW’，經由電阻R1’提供正常的電壓比例，使得電壓訊號VCC5V’正常輸出為5伏位準，並令顯示控制器1360進入正常模式。熟知此技藝人士可以了解適當地修改所揭露之電路，可以進一步將電壓訊號VCC5V’之輸出降得更低，而可以維持顯示控制器1360之運作。

第十五圖顯示根據本發明之具體實施例之極低耗電顯示控制方法之流程圖，於步驟1520，顯示控制器進入一省電模式，啟動極低耗電之機制；於步驟1530，顯示控制器經由GPIO腳位改變電壓比例，以降低變壓器之二次側之輸出電壓位準，舉例而言，可以降低為3.5伏；於步驟1540，將二次側之輸出電壓經由低壓差線性穩壓器穩壓以產生一穩壓輸出供顯示控制器之運作。當顯示控制器離開省電模式時，即經由GPIO腳位回復電壓比例以及輸出5伏電壓位準。

綜上所述，本發明揭示一種極低耗電顯示控制電路，包括具有一次側以及二次側之變壓器、耦接至變壓器之二次側之電容，穩壓器、顯示控制器以及電壓比例單元；變壓器用以於一次側接收高壓直流電壓以轉換成直流電壓於二次側；電容用以穩定直流電壓；穩壓器耦接至電容，用以接收直流電壓並產生直流穩壓輸出；顯示控制器耦接至穩壓器，用以接收直流穩壓輸出而運作；電壓比例單元耦接至顯示控制器以及變壓器之二次側，用以接收參考電壓並提供一電壓比例於二次側；使得顯示控制器可於省電模式藉由通用型輸入輸出腳位改變電壓比例。

本發明更揭示一種極低耗電顯示控制方法，包括：顯示控制器進入省電模式；顯示控制器改變電壓比例以降低變壓器之二次側之輸出電壓位準；以及將二次側之該輸出電壓經由穩壓器穩壓以產生穩壓輸出供顯示控制器於省電模式之運作。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

本案圖式中所包含之各元件列示如下：

100．．．顯示電路方塊圖

112．．．交流電源

110．．．電源電路

114、116．．．電壓訊號

120．．．縮放控制器

130．．．背光模組

300、400、500、1300．．．顯示控制電路

302．．．交流電源

310．．．整流器

320、420．．．偏壓電路

330、530、1330．．．變壓器

340、540、800、1100、1340．．．電源轉換控制器

342、542、842、1142．．．電流源

350．．．穩壓器

360．．．縮放控制器

370、570．．．光耦合元件

560、1360．．．顯示控制器

550、1350．．．低壓差線性穩壓器

810、820、1110、1120．．．比較器

812、822、852、1152．．．訊號

830、1130．．．遲滯比較器

1332．．．副繞組

811．．．增益放大器

840、1140．．．振盪器

850、1150．．．電壓調節器

860、1160．．．正反器

870、872、1170、1172．．．及閘

880、1180．．．緩衝器

890．．．控制電路

892．．．或閘

894、896、1190．．．反相器

1370．．．電壓比例單元

F1．．．熔絲

A、B、B’、X．．．節點

NTC．．．電阻

SW’．．．開關

VDDP、VDDP’、VCC14V、VCC14V’、VDD3V3、VDD3V3’．．．訊號

COMP、COMP’、HV、HV’、VCC5Vsense、AC_OFF．．．訊號

DRV、DRV’、VCC5V、VCC5V’．．．訊號

R11、R12、R13、R2、R4、R5、R6、R72、R80、R82、R1’、R2’、R18、RX．．．電阻

D1、D21、D22、D3、D4、D5、D6、D80．．．二極體

Q1、Q2、Q3、Q4、Q8．．．電晶體

C1、C2、C3、C4、C1’、C2’．．．電容

Z’．．．分流調節器

本案得藉由下列圖式及說明，俾得更深入之了解：

第一圖顯示習知技藝之顯示器內部的顯示電路方塊圖。

第二圖顯示根據本發明具體實施例之極低耗電顯示控制電路。

第三圖顯示相關於第二圖實施例之主要波形圖。

第四圖顯示根據本發明另一具體實施例之極低耗電顯示控制電路。

第五圖顯示根據本發明另一具體實施例之極低耗電顯示控制電路。

第六圖顯示根據本發明另一具體實施例之極低耗電顯示控制電路。

第七圖顯示根據本發明之具體實施例之極低耗電顯示控制方法之流程圖。

第八圖顯示根據本發明之一具體實施例之極低耗電電源轉換控制器。

第九圖顯示第八圖中極低耗電電源轉換控制器運作之主要訊號波形圖。

第十圖顯示根據本發明之一具體實施例之極低耗電之電源轉換方法流程圖。

第十一圖顯示根據本發明之一具體實施例之電源轉換控制器。

第十二圖顯示第十一圖中電源轉換控制器運作之主要訊號波形圖。

第十三圖顯示根據本發明之另一具體實施例之極低耗電顯示控制電路。

第十四圖顯示第十三圖中輸出電壓訊號VCC5V’的信號波形圖。

第十五圖顯示根據本發明之具體實施例之極低耗電顯示控制方法之流程圖。

1300．．．顯示控制電路

1330．．．變壓器

1332．．．副繞組

1340．．．電源轉換控制器

1350．．．低壓差線性穩壓器

1360．．．顯示控制器

1370．．．電壓比例單元

Claims (20)

1. 一種極低耗電顯示控制電路，包括：一變壓器，具有一一次側以及一二次側，用以於該一次側接收一高壓直流電壓以轉換成一直流電壓於該二次側；一電容，耦接至該變壓器之該二次側，用以穩定該直流電壓；一穩壓器，耦接至該電容，用以接收該直流電壓並產生一直流穩壓輸出；一顯示控制器，耦接至該穩壓器，用以接收該直流穩壓輸出而運作；以及一電壓比例單元，耦接至該顯示控制器以及該變壓器之該二次側，用以接收一參考電壓並提供一電壓比例於該二次側；其中，該顯示控制器於一省電模式改變該電壓比例。
2. 如申請專利範圍第1項所述的極低耗電顯示控制電路，其中該顯示控制器於該省電模式藉由一通用型輸入輸出腳位改變該電壓比例。
3. 如申請專利範圍第1項所述的極低耗電顯示控制電路，其中該顯示控制器於該省電模式降低該電壓比例。
4. 如申請專利範圍第1項所述的極低耗電顯示控制電路，其中該穩壓器為一低壓差線性穩壓器。
5. 如申請專利範圍第1項所述的極低耗電顯示控制電路，其中該電壓比例單元係由一分流調節器接收該參考電壓。
6. 如申請專利範圍第1項所述的極低耗電顯示控制電路，其中該電壓比例單元包含一第一電阻、一第二電阻、一第三電阻以及一開關。
7. 如申請專利範圍第6項所述的極低耗電顯示控制電路，其中該顯示控制器藉由一通用型輸入輸出腳位控制該開關之導通與否以改變該電壓比例。
8. 如申請專利範圍第1項所述的極低耗電顯示控制電路，其中該顯示控制器改變該電壓比例以降低該變壓器於該二次側所產生的該直流電壓之一輸出位準。
9. 如申請專利範圍第8項所述的極低耗電顯示控制電路，其中該直流電壓之該輸出位準係高於一預定位準以運作該顯示控制器。
10. 如申請專利範圍第9項所述的極低耗電顯示控制電路，其中該預定位準係為3.3伏。
11. 一種極低耗電顯示控制方法，包括：一顯示控制器進入一省電模式；該顯示控制器改變一電壓比例以降低一變壓器之二次側之一輸出電壓位準；以及將該二次側之該輸出電壓經由一穩壓器穩壓以產生一穩壓輸出供該顯示控制器於該省電模式之運作。
12. 如申請專利範圍第11項所述的極低耗電顯示控制方法，其中該顯示控制器於該省電模式藉由一通用型輸入輸出腳位改變該電壓比例。
13. 如申請專利範圍第11項所述的極低耗電顯示控制方法，其中該顯示控制器於該省電模式降低該電壓比例以降低該變壓器之該二次側之該輸出電壓位準。
14. 如申請專利範圍第11項所述的極低耗電顯示控制方法，其中該穩壓器為一低壓差線性穩壓器。
15. 如申請專利範圍第11項所述的極低耗電顯示控制方法，其中該顯示控制器改變該電壓比例以降低該變壓器於該二次側所產生的該直流電壓之一輸出位準。
16. 如申請專利範圍第15項所述的極低耗電顯示控制方法，其中該直流電壓之該輸出位準係高於一預定位準以運作該顯示控制器。
17. 如申請專利範圍第16項所述的極低耗電顯示控制方法，其中該預定位準係為3.3伏。
18. 如申請專利範圍第11項所述的極低耗電顯示控制方法，更包含：該顯示控制器離開該省電模式以回復該電壓比例以及該輸出電壓位準之步驟。
19. 如申請專利範圍第13項所述的極低耗電顯示控制方法，其中該顯示控制器係導通一開關以降低該電壓比例。
20. 如申請專利範圍第13項所述的極低耗電顯示控制方法，其中該顯示控制器係關閉一開關以回復該電壓比例。