TWI609563B

TWI609563B - Power switching circuit

Info

Publication number: TWI609563B
Application number: TW105129225A
Authority: TW
Inventors: Zhao Cheng Wu
Original assignee: Chipone Technology Beijing Co Ltd
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2017-12-21
Also published as: TW201810903A

Description

電源切換電路

本發明是有關於一種切換電路，特別是指一種用於提供電力給一負載的電源切換電路。

現今的3C產業中，許多電子產品上常搭載顯示面板用於顯示各種訊息，常見的顯示面板內具有多數呈矩陣排列的像素(pixel)，而所謂的「顯示驅動整合」(Display Driver Integration,DDI)電路常封裝於一顯示面板驅動IC內，用於驅動顯示面板，亦即提供電能給該顯示面板內的該等像素。

顯示面板的「解析度」與該等像素的數量相關，解析度愈高，代表該等像素的數量愈多，也代表該顯示面板所呈現的畫面效果愈佳，隨著科技的進步及發展，顯示面板不斷地往更高的解析度發展，然而，顯示面板的解析度愈高，更代表驅動該顯示面板所需之電能愈大，因此，如何在提升顯示面板效能的同時兼顧環保與節能，便成為設計顯示驅動整合電路時的重要課題之一。

參閱圖1，一習知的顯示面板驅動單元91會接收來自一系統單元92之一第一電源的一第一電壓IOVCC，及一第二電源的一第二電壓VCI，顯示面板驅動單元91內部具有一電壓轉換電路，該電壓轉換電路能分別將該第一電壓IOVCC及該第二電壓VCI降壓轉換成一驅動電壓VDDD，而該顯示面板驅動單元91是以該驅動電壓VDDD驅動一顯示面板93。舉例而言，若該第一電壓IOVCC為1.8伏特，該第二電壓VCI為3伏特，而該驅動電壓VDDD為1.6伏特，該顯示面板驅動單元91的電壓轉換電路是採用線性穩壓器(Linear regulator)的架構，用以將一輸入電壓降壓後再行輸出，該電壓轉換電路的降壓幅度愈大，會使降壓的轉換效率愈差，根據前述舉例之數值，將第二電壓VCI轉換為驅動電壓VDDD需降壓1.4伏特，而將第一電壓IOVCC轉換為驅動電壓VDDD僅需降壓0.2伏特，所以將該第二電壓VCI轉換為該驅動電壓VDDD的轉換效率會差於將該第一電壓IOVCC轉換為該驅動電壓VDDD的效率，然而，該第二電源所能提供的一第二最大電流I2max是大於該第一電源所能提供的一第一最大電流I1max，電源所能提供的最大電流愈大，代表能提供給負載的能量越多，因此第二電源比起第一電源具有較佳的驅動能力。也就是說，該第一電源的轉換效率佳，但驅動能力較弱，而該第二電源的轉換效率差，但驅動能力較強，而在該顯示面板93需要較大的電能時，光靠該第一電源無法提供足夠之驅動能力，因此必須讓第二電源與第一電源同時供電，而使第二電源拖累整體的轉換效率，因此仍存在明顯的缺點。

因此，本發明之目的，即在提供一種可兼顧驅動能力及轉換效率之電源切換電路。

於是，本發明電源切換電路適用於電連接於一第一電源、一第二電源，以及一負載的一輸入連接端之間，以提供一驅動電壓至該輸入連接端；該電源切換電路包含一第一控制器、一第二控制器，及一第二比較器；該第一控制器將一來自該第一電源的第一電壓轉換為該驅動電壓且輸出至該負載的該輸入連接端，並允許一來自該第一電源的第一電流經其本身流入該輸入連接端；該第二控制器包括一電連接該第二電源的第一端、一電連接該負載之該輸入連接端的第二端，以及一第二控制端，該第二控制端接收一相關於該驅動電壓的第二控制信號以控制該第一端及該第二端之間導通與否，當該第一端及該第二端之間導通時，該第一端接收一來自該第二電源的第二電壓，該第二控制器將該第二電壓轉換為該驅動電壓且輸出於該第二端，並允許一來自該第二電源的第二電流經其本身流入該負載的該輸入連接端；該第二比較器包括一電連接該第二控制器之第二控制端的第二比較輸出端，該第二比較器根據一第二臨界電壓及該驅動電壓之間的大小關係產生該第二控制信號且輸出於該第二比較輸出端。

在一些實施態樣中，當該第二比較器判斷該驅動電壓小於該第二臨界電壓，該第二控制器的該第二控制端根據該第二控制信號控制該第一端及該第二端之間導通。

在一些實施態樣中，該第一控制器包括一電連接該第一電源的第一端、一電連接該負載之輸入連接端的第二端，以及一第一控制端，該第一控制端接收一相關於該驅動電壓的第一控制信號以控制該第一控制器的該第一端及該第二端之間導通或不導通；該電源切換電路還包含一第一比較器，該第一比較器包括一電連接該第一控制器之第一控制端的第一比較輸出端，該第一比較器根據一大於該第二臨界電壓的第一臨界電壓及該驅動電壓之間的大小關係產生該第一控制信號且輸出於該第一比較輸出端；當該第一比較器判斷該驅動電壓大於該第一臨界電壓，該第一控制器的該第一控制端根據該第一控制信號控制該第一端及該第二端之間不導通。

在一些實施態樣中，該負載為一包含多個液晶電容的顯示面板，並允許一驅動電流流入該輸入連接端，以對該等液晶電容充電，且該驅動電流是該第一電流或該第一電流與該第二電流的和。

本發明之功效在於：藉由該第二比較器根據一第二臨界電壓及該驅動電壓之間的大小關係產生該第二控制信號，且該第二控制端接收該第二控制信號以控制該第二控制器的該第一端及該第二端之間導通或不導通，能使該負載需要較大電能時，該第二電源才參予供電，而有較佳的驅動能力，若該負載僅需較小電能時，則僅由該第一電源供電，而能有較佳的轉換效率。

1‧‧‧第一控制器

11‧‧‧第一端

12‧‧‧第二端

13‧‧‧第一控制端

2‧‧‧第一比較器

21‧‧‧正輸入端

22‧‧‧負輸入端

23‧‧‧第一比較輸出端

3‧‧‧第二控制器

31‧‧‧第一端

32‧‧‧第二端

33‧‧‧第二控制端

4‧‧‧第二比較器

41‧‧‧正輸入端

42‧‧‧負輸入端

43‧‧‧第二比較輸出端

5‧‧‧負載

51‧‧‧輸入連接端

52‧‧‧液晶電容

91‧‧‧顯示面板驅動單元

92‧‧‧系統單元

93‧‧‧顯示面板

IOVCC‧‧‧第一電壓

VCI‧‧‧第二電壓

VDDD‧‧‧驅動電壓

V1‧‧‧第一臨界電壓

V2‧‧‧第二臨界電壓

VG1‧‧‧第一控制信號

VG2‧‧‧第二控制信號

Iload‧‧‧驅動電流

I1max‧‧‧第一最大電流

I2max‧‧‧第二最大電流

I1‧‧‧第一電流

I2‧‧‧第二電流

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一電路方塊圖，說明一習知的顯示面板驅動單元電連接於一系統單元及一顯示面板之間；圖2是本發明電源切換電路之一實施例電連接一負載的一電路圖；及圖3是該實施例電連接於一第一電源、一第二電源及該負載之間時，相關於一負載電流的一長條圖。

參閱圖2，本發明電源切換電路之一實施例適用於電連接於一第一電源、一第二電源，以及一負載5的一輸入連接端51之間，該第一電源具有一第一電壓IOVCC且能提供一第一電流I1，該第二電源具有一第二電壓VCI且能提供一第二電流I2。在本實施例中，該負載5譬如為一顯示面板，且包含多個液晶電容52(圖2僅示出其中一者)，但並不以此為限，而該第一電源及該第二電源是透過該電源切換電路依序地對該等液晶電容52充電，以使該顯示面板顯示正確的亮度，更具體地說：該負載5的輸入連接端51接收一相關於該第一電壓IOVCC及該第二電壓VCI的驅動電壓VDDD，並允許一驅動電流Iload流入其本身，以對該等液晶電容52充電，且該驅動電流Iload是該第一電流I1或該第一電流I1與該第二電流I2的和。在本實施例中，該第一電壓IOVCC譬如為1.8伏特，該第二電壓VCI譬如為3伏特，而該驅動電壓VDDD之額定值則譬如為1.6伏特，但並不以此為限。

該電源切換電路包含一第一控制器1、一第一比較器 2、一第二控制器3及一第二比較器4。

該第一控制器1包括一電連接該第一電源的第一端 11、一電連接該負載5之該輸入連接端51的第二端12，及一第一控制端13，該第一控制端13接收一相關於該驅動電壓VDDD的第一控制信號VG1以控制該第一控制器1的該第一端11及該第二端12之間導通或不導通，當該第一端11及該第二端12之間導通時，該第一端11接收該第一電壓IOVCC，該第一控制器1將該第一電壓IOVCC轉換為該驅動電壓VDDD且輸出至該第二端12，並允許該第一電流I1經其本身流入該負載5的該輸入連接端51，以對該負載 5的液晶電容52充電。在本實施例中，該第一控制器1是一P型之增強型金屬氧化物半導體場效電晶體(Enhancement Type Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，且導通時是操作在飽和區(Saturation Region)，因此該第一端11及該第二端12之間會形成一電壓差，且該電壓差等於該第一電壓IOVCC與該驅動電壓VDDD的差值。

該第一比較器2包括一電連接該負載5的輸入連接端51 以接收該驅動電壓VDDD的正輸入端21、一接受一第一臨界電壓V1輸入的負輸入端22及一電連接該第一控制器1之該第一控制端13的第一比較輸出端23，該第一比較器2根據該第一臨界電壓V1與該驅動電壓VDDD之間的一大小關係產生該第一控制信號VG1，且將該第一控制信號VG1輸出於該第一比較輸出端23，具體而言，當該第一比較器2判斷該驅動電壓VDDD小於該第一臨界電壓V1時，該第一比較器2產生的該第一控制信號VG1使該第一控制器1的該第一控制端13控制該第一端11及該第二端12之間導通，反之，當該第一比較器2判斷該驅動電壓VDDD大於該第一臨界電壓V1時，該第一比較器2產生的該第一控制信號VG1使該第一控制器1的該第一控制端13控制該第一端11及該第二端12之間不導通。

在本實施例中，該第一臨界電壓V1譬如為1.65伏特，但並不以此為限，當該驅動電壓VDDD低於該第一臨界電壓V1時，該第一比較器2於該第一比較輸出端23輸出一低態電壓，以使該第一控制器1的該第一端11及該第二端12之間導通，而當該驅動電壓VDDD高於該第一臨界電壓V1時，該第一比較器2於該第一比較輸出端23輸出一高態電壓，以使該第一控制器1的該第一端11及該第二端12之間不導通，補充說明的是：除非該第一電源或該第一控制器1發生故障，否則該驅動電壓VDDD應恆維持在該第一臨界電壓V1以下，也就是說，該第一比較器2的功能是做為一過壓保護控制器，防止異常的過高電壓對該負載5造成損害。

該第二控制器3包括一電連接該第二電源的第一端 31、一電連接該負載5之該輸入連接端51的第二端32，以及一第二控制端33，該第二控制端33接收一相關於該驅動電壓VDDD的第二控制信號VG2以控制該第二控制器3的該第一端31及該第二端32之間導通或不導通，當該第一端31及該第二端32之間導通時，該第一端31接收該第二電壓VCI，該第二控制器3將該第二電壓VCI轉換為該驅動電壓VDDD且將該驅動電壓VDDD輸出於該第二端32，並允許該第二電流I2經其本身流入該負載5的該輸入連接端51。類似的，該第二控制器3為一P型之增強型金屬氧化物半導體場效電晶體，且導通時亦操作在飽和區，因此該第一端31及該第二端32之間會形成一等於該第二電壓VCI及該驅動電壓VDDD之差值的電壓差。

補充說明的是：以本實施例而言，第一電壓IOVCC為 1.8伏特、該第二電壓VCI為3伏特，該驅動電壓VDDD為1.6伏特，而該第一電壓IOVCC及該第二電壓VCI是分別通過該第一控制器1及該第二控制器3被降壓成該驅動電壓VDDD，因此，該第一控制器1導通時，該第一端11及該第二端12之間所跨的電壓差為0.2伏特(第一電壓IOVCC與驅動電壓VDDD的電壓差)，而該第二控制器3導通時，該第一端31及該第二端32之間所跨的電壓差則為1.4伏特(第二電壓VCI與驅動電壓VDDD的電壓差)，因此，假設該第一控制器1及該第二控制器3皆導通，且該第一電流I1及該第二電流I2相等時，該第二控制器3所消耗的功率為該第一控制器1之七倍，因此該第二電源之轉換效率差於該第一電源。

該第二比較器4包括一電連接該負載5的輸入連接端51 以接收該驅動電壓VDDD的正輸入端41、一接受一第二臨界電壓V2輸入的負輸入端42及一電連接該第二控制器3之該第二控制端33第二比較輸出端43，該第二比較器4根據該第二臨界電壓V2及該驅動電壓VDDD之間的一大小關係產生該第二控制信號VG2且將該第二控制信號VG2輸出於該第二比較輸出端43，亦即，當該第二比較器4判斷該驅動電壓VDDD小於該第二臨界電壓V2時，該第二比較器4產生的該第二控制信號VG2使該第二控制器3的該第二控制端33控制該第二控制器3的該第一端31及該第二端32之間導通，反之，當該第二比較器4判斷該驅動電壓VDDD大於該第二臨界電壓V2時，該第二比較器4產生的該第二控制信號VG2使該第二控制器3的該第二控制端33控制該第二控制器3的該第一端31及該第二端32之間不導通。

在本實施例中，該第二臨界電壓V2譬如為1.58伏特，但並不以此為限，當該驅動電壓VDDD低於該第二臨界電壓V2時，該第二比較器4於該第二比較輸出端43輸出一低態電壓，以使該第二控制器3的該第一端31及該第二端32導通，而當該驅動電壓VDDD高於該第二臨界電壓V2時，該第二比較器4於該第二比較輸出端43輸出一高態電壓，以使該第二控制器3的該第一端31及該第二端32不導通。具體而言，當該負載5消耗較大之功率而處於一重載模式時，該驅動電流Iload較大，而該驅動電壓VDDD會隨著該驅動電流Iload的增加而下降，換言之，當該驅動電壓VDDD下降至該第二臨界電壓V2以下時，即代表該負載5處於重載模式而需要較大的電能，因此，該第二比較器4使該第二控制器3導通，而使該第二電源加入與該第一電源共同供電給負載5，以提供對負載5足夠的驅動能力，而當該負載5僅消耗小功率而處於一輕載模式時，該驅動電流Iload較小，因此該驅動電壓VDDD維持在該第二臨界電壓V2以上，則該第二比較器4將使該第二控制器3不導通，因此僅有該第一電源對該負載5供電，以維持較佳的轉換效率，而達成節能的功效。

補充說明的是：以本實施例所連接的負載5為一顯示面板而言，該顯示面板所消耗的功率相關於其所顯示的畫面，舉例說明的是：該第一電源所能提供的第一電流I1最大值被設定為譬如20mA，因此代表當該驅動電流Iload超過20mA時，該驅動電壓VDDD即會下降至該第二臨界電壓V2以下，而使該第二控制器3導通。配合參閱圖3，當該顯示面板顯示一例如全白或全黑等單色畫面時，是處於輕載模式，此時該驅動電流Iload譬如為小於20mA，因此僅由該第一電源即可提供該負載5所需之電能，以獲得較佳的轉換效率。當該顯示面板顯示譬如一格狀且黑白交錯的棋盤畫面(checkerboard)時，是處於重載模式，此時該驅動電流Iload譬如為50mA，已超過該第一電源所能提供之第一電流I1的最大值，因此，在重載模式時，是由該第一電源及該第二電源共同供電，以提供對負載5足夠的驅動能力，且此時該第一電流I1為20mA，該第二電流I2則為30mA。而當該顯示面板顯示譬如一通常的風景或人像等的一般畫面時，是處於一中載模式，此時該驅動電流Iload的大小是介於輕載模式及重載模式之間，而若該驅動電流Iload是小於該第一電流I1的最大值，便僅由該第一電源供電，若該驅動電流Iload是大於該第一電流I1的最大值，則使該第二電源加入與該第一電源共同供電。

需注意的是：上述所提及之電壓或電流值，僅是為了輔助理解本實施例的運作方式，而非用於限制本發明的範圍。

綜上所述，本發明電源切換電路藉由該第二比較器4接收該驅動電壓VDDD，並根據該驅動電壓VDDD與該第二臨界電壓V2之間的大小關係控制該第二控制器3導通或不導通，能決定該第二電源參與供電至該負載5與否，因此，該負載5處於重載模式時，該第一電源及該第二電源能同時供電，以提供足夠的驅動能力，而該負載5處於輕載模式時，則僅用該第一電源供電，以獲得較佳的轉換效率，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。