升壓電路和使用升壓電路的液晶顯示裝置的製作方法

2023-09-22 18:32:55

專利名稱：升壓電路和使用升壓電路的液晶顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及升壓電路和用於升壓電路的操作方法。特別地，本發明涉及通過使用 電荷泵執行升壓操作的升壓電路，和用於升壓電路的操作方法。
背景技術：
電荷泵型升壓電路是用於各種裝置的基本電路之一。例如，電荷泵型升壓電路被 安裝在用於行動電話的液晶顯示面板驅動IC(集成電路)中。升壓電路升壓從諸如電池這 樣的電源提供的電壓以生成用於驅動液晶顯示面板的面板驅動電壓。即使電源電壓被很大地改變，也要求升壓電路穩定地提供所想要的輸出電壓。在 日本專利公開JP-2008-245500A中公開了滿足此要求的升壓電路的構造。根據此相關技 術，升壓電路監測當升壓電容器被充電的時段期間的升壓電容器的電壓和電源電壓的和並 且根據和控制升壓電容器的充電。根據控制，響應於電源電壓調整對升壓電容器充電的電 壓，並且因此對於廣範圍的電源電壓能夠穩定地獲得所想要的輸出電壓。

發明內容
本申請的發明人已經認識到下述要點。根據在上述日本專利申請 JP-2008-245500A中公布的各種升壓電路中的任何一個，升壓電路的升壓比率被固定。為了 擴展電源電壓的容許範圍，期待的是，升壓比率是可切換的。然而，如果切換升壓比率時的 操作是不適當的，那麼在升壓比率被切換時升壓電路的輸出電壓很大地變化。在電路特性 方面這不是優選的。例如，在被安裝在液晶顯示面板驅動IC中的升壓電路的情況下，如果 在升壓比率被切換時升壓電路的輸出電壓很大地變化，那麼在圖像中能夠引起條紋不均勻 性。因此想要提供一種升壓電路，通過該升壓電路，即使電源電壓很大地變化，也能夠 穩定地獲得所想要的輸出電壓，並且其中，當升壓比率被切換時的輸出電壓的變化小。在本發明的一個示例性實施例中，升壓電路具有電荷泵電路，該電荷泵電路被構 造為通過使用升壓時鐘信號升壓電源電壓以生成升壓輸出電壓；和控制電路單元，該控制 電路單元被構造為控制電荷泵電路。電荷泵電路具有多個升壓電容器；和充電開關，該充 電開關將電源電壓提供給升壓電容器。電荷泵電路被構造使得通過切換多個升壓電容器的 連接關係電荷泵電路的升壓比率是可變的。控制電路單元被構造為控制電荷泵電路的升壓 比率的切換並且根據基於和的電壓選擇和執行第一操作和第二操作中的任何一個，第一操 作為與升壓時鐘信號同步地導通和截止充電開關，第二操作為不管升壓時鐘信號而截止充 電開關，並且基於和的電壓是與在多個升壓電容器當中正在被充電的處於充電的升壓電容 器的電壓和電源電壓的和相對應地被生成。通過其在第一操作和第二操作之間切換充電開 關的操作的基於和的電壓的值是基準值。當將電荷泵電路的升壓比率從第一比率切換到低 於第一比率的第二比率時，控制電路單元將基準值從與第一比率相對應地被確定的第一值 切換到與第二比率相對應地被確定的第二值，並且然後切換電荷泵電路的多個升壓電容器的連接關係。在本發明的另一示例性實施例中，升壓電路具有電荷泵電路，該電荷泵電路被構 造為通過使用升壓時鐘信號升壓電源電壓以生成升壓輸出電壓；和控制電路單元，該控制 電路單元被構造為控制電荷泵電路。電荷泵電路具有多個升壓電容器；和充電開關，該充 電開關將電源電壓提供給升壓電容器；以及放電開關，該放電開關將多個升壓電容器中的 一個升壓電容器放電到接地。電荷泵電路被構造使得通過切換多個升壓電容器的連接關係 電荷泵電路的升壓比率是可變的。控制電路被構造為控制電荷泵電路的升壓比率的切換並 且根據基於和的電壓選擇和執行第一操作和第二操作中的任何一個，第一操作為與升壓時 鍾信號同步地導通和截止充電開關，第二操作為不管升壓時鐘信號而截止充電開關，並且 基於和的電壓是與在多個升壓電容器當中正在被充電的處於充電的升壓電容器的電壓和 電源電壓的和相對應地被生成。通過其在第一操作和第二操作之間切換充電開關的操作的 基於和的電壓的值是基準值。當將電荷泵電路的升壓比率從第二比率切換到高於第二比率 的第一比率時，控制電路單元將基於和的電壓的基準值從與第二比率相對應地被確定的第 二值切換到與第一比率相對應地被確定的第一值並且通過放電開關放電一個升壓電容器， 並且然後切換電荷泵電路的多個升壓電容器的連接關係。根據本發明的升壓電路，即使電源電壓很大地變化也能夠穩定地獲得所想要的輸出電壓，並且在升壓比率被切換時的輸出電壓的變化小。


結合附圖，根據某些優選實施例的以下描述，本發明的以上和其它目標、優點和特 徵將更加明顯，其中圖1是示出根據本發明的示例性實施例的液晶顯示裝置的構造的框圖；圖2A和圖2B均是示出發明人研究的升壓電路的構造的電路圖；圖3A是示出當在圖2A和圖2B中所示的升壓電路中執行二倍升壓操作時開關和 電容器的操作的表；圖3B是示出當在圖2A和圖2B中所示的升壓電路中執行三倍升壓操作時開關和 電容器的操作的表；圖4是示出當在圖2A和圖2B中所示的升壓電路中在二倍和三倍之間切換升壓比 率時輸出電源電壓的波形的圖；圖5A和圖5B均是示出根據本發明的示例性實施例的升壓電路的構造的電路圖；圖6A是示出當升壓比率被從三倍切換到二倍時圖5A和圖5B中所示的升壓電路 的操作的時序圖；圖6B是示出當升壓比率被從二倍切換到三倍時圖5A和圖5B中所示的升壓電路 的操作的時序圖；圖7是示出當在圖5A和圖5B中所示的升壓電路中在二倍和三倍之間切換升壓比 率時的輸出電源電壓的波形的圖；圖8A和圖8B均是示出根據本發明的另一示例性實施例的升壓電路的構造的電路 圖；圖9A是示出當在圖8A和圖8B中所示的升壓電路中執行二倍升壓操作時開關和電容器的操作的表；圖9B是示出當在圖8A和圖8B中所示的升壓電路中執行2. 5倍升壓操作時開關 和電容器的操作的表；圖IOA是示出當在圖8A和圖8B中所示的升壓電路中執行2. 5倍升壓操作時開關 和電容器的操作的表；圖IOB是示出當在圖8A和圖8B中所示的升壓電路中執行三倍升壓操作時開關和 電容器的操作的表；以及圖IlA和圖IlB均是根據本發明的又一示例性實施例的升壓電路的構造的電路 圖。
具體實施方式
現在在此將參考示例性實施例來描述本發明。本領域的技術人員將會理解，能夠 使用本發明的教導完成許多可替選的示例性實施例，並且本發明不限於為解釋性目的而示 出的示例性實施例。下面將會參考附圖描述本發明的升壓電路的示例性實施例。在下面的示例性實施 例中，本發明的升壓電路應用於液晶顯示裝置的電源電路。對本領域的技術人員來說顯然 的是，升壓電路能夠被用於除了液晶顯示裝置之外的各種裝置。圖1是示出具有根據本發明的示例性實施例的升壓電路的液晶顯示裝置10的構 造的框圖。液晶顯示裝置10具有液晶顯示面板1、數據線驅動電路2、掃描線驅動電路3、電 源電路4、顯示控制電路5以及電池6。液晶顯示面板1具有數據線7和掃描線8。在圖1中，數據線7被設置使得在垂 直方向中延伸並且被排列在橫向方向中，並且掃描線8被設置使得在橫向方向中延伸並且 被排列在垂直方向中。像素被形成在數據線7和掃描線8的各個交叉處。各個像素具有 TFT (薄膜電晶體)11、保持電容器12以及液晶電容器13。TFT 11的柵極被連接至掃描線 8，並且TFT 11的源極(漏極)被連接至數據線7。TFT 11的漏極(源極)被連接至保持 電容器12和液晶電容器13，並且保持電容器12和液晶電容器13的另一端被連接至公共電 極COM。液晶電容器13是具有像素電極、公共電極、以及被填充在像素電極和公共電極之間 的液晶的電容性元件。數據線驅動電路2(驅動器電路單元)響應於數字圖像信號輸出模擬信號電壓 (灰階電壓)以驅動數據線7。掃描線驅動電路3驅動掃描線8以選擇各個像素的TFT 11。 電源電路4通過使用升壓電路升壓從電池6提供的電池電壓VBAT (電源電壓)以生成電源 電壓VDD2 (升壓輸出電壓)，並且將生成的電源電壓VDD2提供給數據線驅動電路2和掃描 線驅動電路3。顯示控制電路5生成用於控制數據線驅動電路2、掃描線驅動電路3以及電 源電路4的操作的控制信號，並且控制這些電路。從顯示控制電路5提供到電源電路4的 控制信號包括升壓時鐘信號DCCLK。升壓時鐘信號DCCLK被用作用於操作被設置在電源電 路4中的升壓電路的電荷泵電路的升壓時鐘，如稍後將會加以描述。優選的是，即使電池電壓VBAT(電源電壓)的變化寬度大，被設置在電源電路4中 的升壓電路也能夠提供恆定的電源電壓VDD2。為了滿足此要求，優選的是，升壓電路被構造 使得其升壓比率是可變的。另外，對於穩定電源電壓VDD2來說優選的是，監測當升壓電容器被充電時的時段期間的升壓電容器的電壓和電源電壓的和。因此，本申請的發明人首先 研究升壓電路，該升壓電路被構造為可變地設置升壓比率並且監測當升壓電容器被充電時 的時段期間的升壓電容器的電壓和電池電壓VBAT的和。圖2A和圖2B均是示出發明人研 究的升壓電路200的構造的電路圖。首先，下面將會描述圖2A和圖2B中所示的升壓電容 器 200。圖2A和圖2B中所示的升壓電路200具有電荷泵電路21、加法器/比較電路22、 開關控制電路23和24以及比率切換電路25。電荷泵電路21升壓電池電壓VBAT (電源電壓)以生成電源電壓VDD2 (升壓輸出 電壓)並且從升壓輸出端子21a輸出輸出電源電壓VDD2。為了穩定輸出電源電壓VDD2，平 滑電容器C13被連接至升壓輸出端子21a。更加具體地，電荷泵電路21被設置有開關S111 至S119、S11D和S11E，以及升壓電容器C11和C12。在示例性實施例中，PM0S電晶體被用 作開關S111、S113、S115、S116、S117以及S119,NM0S電晶體被用作開關S112和S114，並且 傳輸門(transfer gate)被用作開關S11D和S11E。通過開關控制電路23控制開關S111 至S116、S119、S11D以及S11E,並且通過開關控制電路24控制開關S117和S118。在這裡， 開關S117和S118(充電開關)將電池電壓VBAT(電源電壓)提供給升壓電容器C11和C12 以充電這些升壓電容器。電荷泵電路21被構造使得通過切換升壓電容器C11和C12的連接關係其升壓比 率是可變的。具體地，在圖2A和圖2B的情況下，電荷泵電路21被構造為通過依靠導通/截 止控制開關S111至S119、S11D和S11E來切換升壓電容器C11和C12之間的連接關係而執 行「二倍升壓操作」和「三倍升壓操作」。在電荷泵電路21執行二倍升壓操作的情況下，如 圖2A中所示，開關S119始終被截止並且其它的開關與升壓時鐘信號DCCLK同步地被導通/ 截止。應注意的是，當電荷泵電路21執行二倍升壓操作，S卩，升壓比率是二倍(第二比率) 時，升壓電容器CI 1和C12被交替地充電和放電。另一方面，在電荷泵電路21執行三倍升 壓操作的情況下，如圖2B中所示，開關S113和S115始終被截止並且其它的開關與升壓時 鍾信號DCCLK同步地被導通/截止。應注意的是，當電荷泵電路21執行三倍升壓操作，即， 升壓比率是三倍(第一比率)時，升壓電容器C11和C12被同時充電和放電。稍後將會更 加詳細地描述電荷泵電路21的操作。加法器/比較電路22、開關控制電路23和24以及比率切換電路25組成用於控制 電荷泵電路21的「控制電路單元」。更加具體地，加法器/比較電路22 (加法器電路單元和 比較電路單元)被設置有運算放大器AMP1、比較器CMP1、電阻器元件R11至R17、開關S11B 和S11C、以及恆壓源26，該恆壓源26輸出預定的基準電壓VREF。加法器/比較電路22如 下進行操作。首先，加法器/比較電路22具有生成與升壓電容器C11的電壓VC11、升壓電 容器C12的電壓V12、電池電壓VBAT(電源電壓)以及輸出電源電壓VDD2(升壓輸出電壓) 的和對應的電壓VADD(基於和的電壓)的功能。通過其輸出被連接至它的反相輸入的運算 放大器AMP 1和電阻器元件R11至R14來實現此功能。注意，僅當升壓電容器被充電時，升 壓電容器C11的電壓VC11和升壓電容器C12的電壓VC12被提供給加法器/比較電路22。(1)在電荷泵電路21執行二倍升壓操作的情況下，在當升壓電容器C11被充電的 時段期間，加法器/比較電路22生成基於和的電壓VADD，該基於和的電壓VADD是升壓電容 器CI 1 (在充電的升壓電容器)的電壓VC11、電池電壓VBAT以及輸出電源電壓VDD2的和的三分之一。另一方面，在升壓電容器C12被充電時的時段期間，加法器/比較電路22生成 基於和的電壓VDD，該基於和的電壓VDD是升壓電容器C12(在充電的升壓電容器)的電壓 VC12、電池電壓VBAT以及輸出電源電壓VDD2的和的三分之一。(2)在電荷泵電路21執行三倍升壓操作的情況下，在當升壓電容器Cll和C12被 充電時的時段期間，加法器/比較電路22生成基於和的電壓VADD，該基於和的電壓VADD是 升壓電容器Cll (在充電的升壓電容器)的電壓VC11、升壓電容器C12 (在充電的升壓電容 器)的電壓VC12、電池電壓VBAT以及輸出電源電壓VDD2的和的四分之一。此外，加法器/比較電路22被構造為將電壓VADD分壓以生成比較電壓VCMP，以將 比較電壓VCMP與預定的基準電壓VREF進行比較，並且根據比較結果生成輸出信號VCTL。 加法器/比較電路22中的開關SllB和SllC和電阻器元件Rl5至Rl7具有將電壓VADD轉 換為比較電壓VCMP的功能。在本示例性實施例中，通過使用開關SllB和SllC可切換比 較電壓VCMP與電壓VADD的比率。響應於電壓監測器切換信號PM0DELIM控制開關SllB和 SllC0更加具體地，當如圖2A中所示開關SllB被設置為截止並且開關SllC被設置為導通 時，通過下面的等式來表示比較電壓VCMP VCMP = VADDXR17/(R15+R16+R17)
另一方面，當如圖2B中所示開關SllB被設置為導通並且開關SllC被設置為截止 時，通過下面的等式表示比較電壓VCMP VCMP = VADDX (R16+R17) / (R15+R16+R17)在比較電壓VCMP低於基準電壓VREF的情況下，肯定(assert)輸出信號VCTL (在 本示例性實施例中被設置為高電平)。在比較電壓VCMP高於基準電壓VREF的情況下，否定 (negate)輸出信號VCTL(在本實施例中被設置為低電平)。輸出信號VCTL通過其而從低電平切換到高電平或者從高電平切換到低電平的基 於和的電壓VADD的值是「基準值」。換言之，當基於和的電壓VADD變成基準值時輸出信號 VCTL轉變。需要在電荷泵電路21執行二倍升壓操作和三倍升壓操作的情況之間切換基準 值。具體地，在電荷泵電路21執行二倍升壓操作的情況中基於和的電壓VADD的基準值是 與上述第二比率相對應地被確定的「VADD1」(第二值)。另一方面，在電荷泵電路21執行 三倍升壓操作的情況中基於和的電壓VADD的基準值是與上述第一比率相對應地被確定的 「VADD2」 (第一值)。第二值VADDl需要高於第一值VADD2。上述開關SllB和SllC被用於在VADDl和VADD2之間切換基準值。更加具體地， 在第二升壓操作的情況下，電壓監測器切換信號PM0DELIM被設置為低電平，並且因此開關 SllB被截止並且開關SllC被導通，如圖2A中所示。因此，通過下面的等式來表示在二倍升 壓操作的情況下的基準值(第二值)VADDl VADDl = VREFX (R15+R16+R17)/R17... (1)另一方面，在三倍升壓操作的情況下，電壓監測器切換信號PM0DELIM被設置為高 電平，並且因此開關SllB被導通並且開關SllC被截止，如圖2B中所示。因此，通過下面的 等式來表示在三倍升壓操作的情況下的基準值(第一值)VADD2 VADD2 = VREFX (R15+R16+R17) / (R16+R17)... (1)這樣，控制電路單元通過切換比較電壓VCMP與基於和的電壓VADD的比率來在第 一值VADD2和第二值VADDl之間切換基準值。在這裡應注意的是，三倍升壓操作情況中的基準值(第一值)VADD2低於二倍升壓操作情況中的基準值(第二值)VADDl。因此通過加 法器/比較電路22生成的輸出信號VCTL被提供給開關控制電路24。開關控制電路23具有控制電荷泵電路21的開關Slll至Sl 16、Sl 19、SllD以及 SllE的功能。更加具體地，開關控制電路23與升壓時鐘信號DCCLK同步地導通/截止控制 開關Slll至S116、S119、S11D以及S11E。在這裡，開關控制電路23根據電荷泵電路21是否 執行二倍升壓操作或者三倍升壓操作來切換導通/截止控制開關Slll至S116、S119、S11D 以及SllE的方法。更加具體地，當電荷泵電路21執行二倍升壓操作時，電壓監測器切換信 號PM0DELIM被設置為低電平。響應於被設置為低電平的電壓監測器切換信號PM0DELIM，開 關控制電路23與升壓時鐘信號DCCLK同步地截止開關S119並且導通/截止其它的開關， 如圖2A中所示。另一方面，當電荷泵電路21執行三倍升壓操作時，電壓監測器切換信號 PM0DELIM被設置為高電平。響應於被設置為高電平的電壓監測器切換信號PM0DELIM，開關 控制電路23與升壓時鐘信號DCCLK同步地截止開關S113和S115並且導通/截止其它的 開關，如圖2B中所示。 開關控制電路24具有響應於來自於加法器/比較電路22的輸出信號VCTL控制 電荷泵電路21的開關S117和S118(充電開關)的功能。在比較電壓VCMP低於基準電壓 VREF(即，基於和的電壓VADD低於基準值VADDl或者VADD2)並且輸出信號VCTL被設置為 高電平的情況下，開關控制電路24與升壓時鐘信號DCCLK同步地導通/截止開關S117和 S118 (充電開關)，這是「第一操作」。另一方面，在比較電壓VCMP高於基準電壓VREF (即， 基於和的電壓VADD高於基準值VADDl或者VADD2)並且輸出信號VCTL被設置為低電平的 情況下，不管升壓時鐘信號DCCLK，開關控制電路24保持開關Sl 17和Sl 18 (充電開關)截 止，這是「第二操作」。在這樣的情況下，升壓電容器Cll和C12沒有被充電。這樣，根據加 法器/比較電路22的輸出信號VCTL，即，根據基於和的電壓VADD，開關控制電路24從第一 操作和第二操作中選擇開關Sl 17和Sl 18 (充電開關)的操作。比率切換電路25具有根據電池6的電壓(S卩，電池電壓VBAT)切換電荷泵電路21 的升壓比率的功能。更加具體地，VBAT監測器信號VBATM0N被提供給比率切換電路25。當 電池電壓VBAT高於預定值時VBAT監測器信號VBATM0N被設置為高電平，並且當電池電壓 VBAT低於預定值時VBAT監測器信號VBATM0N被設置為低電平。比率切換電路25根據VBAT 監測器信號VBATM0N確定電荷泵電路21的升壓比率。在比率切換電路25將電壓監測器切 換信號PM0DELIM設置為低電平的情況下，電荷泵電路21執行二倍升壓操作。另一方面，在 比率切換電路25將電壓監測器切換信號PM0DELIM設置為高電平的情況下，電荷泵電路25 執行三倍升壓操作。接下來，下面將會描述圖2A和圖2B中所示的升壓電路200的操作。如果比率切 換電路25基於VBAT監測器信號VBATM0N檢測到電池電壓VBAT中的增加，那麼比率切換電 路25將電壓監測器切換信號PM0DELIM設置為低電平並且因此將電荷泵電路21的升壓比 率設置為二倍。響應於被設置為低電平的電壓監測器切換信號PM0DELIM，電荷泵電路21的 開關Sl 19始終被設置為截止，加法器/比較電路22的開關SllC被設置為導通並且其開關 SllB被設置為截止，如圖2A中所示。結果，如果基於和的電壓VADD低於基準值VADDl，則 加法器/比較電路22將輸出信號VCTL設置為高電平，並且如果基於和的電壓VADD高於基 準值VADD1，則加法器/比較電路22將輸出信號VCTL設置為低電平。
圖3A示出在二倍升壓操作的情況下當升壓時鐘信號DCCLK處於高電平和低電平 時開關Slll至S119和SllB至SllE的各自的狀態。在圖3A中，應注意的是，在二倍升壓操 作的情況下，與升壓時鐘信號DCCLK同步地導通/截止電荷泵電路21的開關Slll至S118、 SllD 和 SllE0在其中來自於加法器/比較電路22的輸出信號VCTL處於高電平(當基於和的電 壓VADD低於基準值VADDl時)的「第一操作」的情況下電荷泵電路21的二倍升壓操作如 下。即，開關S112和S117以電池電壓VBAT充電升壓電容器C11。開關Slll和S115以升 壓電容器Cl 1的電壓VCl 1和電池電壓VBAT升壓升壓輸出端子21a以充電平滑電容器C13 並且生成輸出電源電壓VDD2。在升壓電容器Cll被充電的期間開關SllD獲取升壓電容器 ClK處於充電的升壓電容器)的電壓VCl 1，並且將電壓VCl 1輸出到加法器/比較電路22。 開關S114和S118以電池電壓VBAT充電升壓電容器C12。開關S113和S116以升壓電容器 C12的電壓VC12和電池電壓VBAT升壓升壓輸出端子21a以充電平滑電容器C13並且生成 輸出電源電壓VDD2。在升壓電容器C12被充電的期間開關SllE獲取升壓電容器C12(處於 充電的升壓電容器)的電壓VC12，並且將電壓VC12輸出到加法器/比較電路22。這樣，充 電和放電升壓電容器Cll和C12，並且在升壓輸出端子21a處生成輸出電源電壓VDD2。另一方面，在其中來自於加法器/比較電路22的輸出信號VCTL處於低電平(當 基於和的電壓VADD高於基準值VADDl時)的「第二操作」的情況下電荷泵電路21的二倍 升壓操作如下。不管升壓時鐘信號DCCLK，開關S117和S118(充電開關)被設置為截止， 並且因此升壓電容器Cll和C12的充電被停止。同時，升壓電容器Cll和C12的放電繼續。 因此，通過放電減少升壓電容器Cll的電壓VC11、升壓電容器C12的電壓VC12以及輸出電 源電壓VDD2。讓我們考慮用於在二倍升壓操作的情況下將輸出電源電壓VDD2設置為所想要的值VDD2*的電阻值R15至R17和基準電壓VREF的條件。為了簡單起見，升壓電容器Cll和 C12的各自的電壓VCll和VC12是相同的值VC。在這樣的情況下，能夠獲得下面的關係表 達式。VADD = (VC+VDD2+VBAT)/3— (3)VCMP = VADDXR17/(R15+R16+R17)…(4)為了將輸出電源電壓VDD2設置為所想要的值VDD2*，當「VC+VBAT = VDD2*」時需 要滿足「VCMP = VREF」。因此，能夠獲得下面的關係表達式。2XVDD2*/3 = VREFX (R15+R16+R17)/R17... (5)通過設計基準值VREF和電阻值R15至R17以滿足上述關係表達式(5)，在二倍升 壓操作的情況下能夠將輸出電源電壓VDD2設置為所想要的值VDD2*。另一方面，如果比率切換電路25基於VBAT監測器信號VBATM0N檢測到電池電壓 VBAT中的減少，那麼比率切換電路25將電壓監測器切換信號PM0DELIM設置為高電平並且 因此將電荷泵電路21的升壓比率設置為三倍。響應於被設置為高電平的電壓監測器切換 信號PM0DELIM，電荷泵電路21的開關S113和S115始終被設置為截止，加法器/比較電路 22的開關SllC被設置為截止並且其開關SllB被設置為導通，如圖2B中所示。結果，如果 基於和的電壓VADD低於基準值VADD2，則加法器/比較電路22將輸出信號VCTL設置為高 電平，並且如果基於和的電壓VADD高於基準值VADD2，則加法器/比較電路22將輸出信號VCTL設置為低電平。圖3B示出在三倍升壓操作的情況下當升壓時鐘信號DCCLK處於高電平和低電平 時開關Slll至S119和SllB至SllE的各自的狀態。在圖3B中，應注意的是，在三倍升壓 操作的情況下，與升壓時鐘信號DCCLK同步地導通/截止電荷泵電路21的開關S111、S112、 S114、S116至S119、SllD和S11E,並且開關S113和S115始終被截止。
在其中來自於加法器/比較電路22的輸出信號VCTL處於高電平(當基於和的電 壓VADD低於基準值VADD2時)的「第一操作」的情況下電荷泵電路21的三倍升壓操作如 下。即，開關S112和S117以電池電壓VBAT充電升壓電容器C11。開關是Slll以升壓電容 器Cl 1的電壓VCl 1和電池電壓VBAT升壓連接升壓電容器Cl 1和C12的連接結點。在升壓 電容器Cll被充電的期間開關SllD獲取升壓電容器Cll (處於充電的升壓電容器)的電壓 VCl 1，並且將電壓VCll輸出到加法器/比較電路22。開關S114和S118以電池電壓VBAT 充電升壓電容器C12。開關S116和S119以升壓電容器C12的電壓VC12和升壓電容器Cll 的電壓VCll以及電池電壓VBAT升壓升壓輸出端子21a以充電平滑電容器C13並且生成輸 出電源電壓VDD2。在升壓電容器C12被充電的期間開關SllE獲取升壓電容器C12 (處於充 電的升壓電容器)的電壓VC12，並且將電壓VC12輸出到加法器/比較電路22。這樣，充電 和放電升壓電容器Cll和C12，並且在升壓輸出端子21a處生成輸出電源電壓VDD2。另一方面，在其中來自於加法器/比較電路22的輸出信號VCTL處於低電平(當 基於和的電壓VADD高於基準值VADD2時)的「第二操作」的情況下電荷泵電路21的三倍 升壓操作如下。不管升壓時鐘信號DCCLK，開關S117和S118(充電開關)被設置為截止， 並且因此升壓電容器Cl 1和C12的充電被停止。同時，升壓電容器Cl 1和C12的放電繼續。 因此，通過放電減少升壓電容器Cll的電壓VC11、升壓電容器C12的電壓VC12以及輸出電 源電壓VDD2。讓我們考慮用於在三倍升壓操作的情況下將輸出電源電壓VDD2設置為所想要的 值VDD2*的電阻值R15至R17和基準電壓VREF的條件。在這樣的情況下，能夠獲得下面的 關係表達式。VADD = (VCll+VC12+VDD2+VBAT)/4— (6)VCMP = VADDX (R16+R17) / (R15+R16+R17)…(7)為了將輸出電源電壓VDD2設置為所想要的值VDD2*，當「VC11+VC12+VBAT = VDD2*」時需要滿足「VCMP = VREF」。因此，能夠獲得下面的關係表達式。2XVDD2*/4 = VREFX (R15+R16+R17) / (R16+R17)…(8)通過設計基準值VREF和電阻值R15至R17以滿足上述關係表達式(8)，在三倍升 壓操作的情況下能夠將輸出電源電壓VDD2設置為所想要的值VDD2*。通過設計基準值VREF和電阻值R15至R17以滿足上述關係表達式(5)和(8)，在二 倍升壓操作和三倍升壓操作的情況下能夠將輸出電源電壓VDD2設置為所想要的值VDD2*。圖2A和圖2B中所示的上述升壓電路200能夠根據電池電壓VBAT在二倍升壓操 作和三倍升壓操作之間切換操作，這能夠支持廣範圍的電池電壓VBAT。然而，本申請的發明 人已經發現與升壓電路200有關的下述兩個問題。第一問題是，當電荷泵電路21的操作被從三倍升壓操作切換到二倍升壓操作時， 由於升壓電容器Cll和C12的電荷的短缺，從升壓輸出端子21a引入電荷，這減小輸出電源電壓VDD2。圖4中所示的點C和D示出當電荷泵電路21的操作被從三倍升壓操作切換到 二倍升壓操作時輸出電源電壓VDD2中的變化。第二問題是，當電荷泵電路21的操作被從二倍升壓操作切換到三倍升壓操作時， 由於升壓電容器Cl 1和C12的剩餘電荷而增加了輸出電源電壓VDD2。圖4中的點E示出當 電荷泵電路21的操作被從二倍升壓操作切換到三倍升壓操作時輸出電源電壓VDD2中的變 化。圖5A和圖5B示出用於解決問題的升壓電路200A的構造。圖5A與二倍升壓操作 相關聯，並且圖5B與三倍升壓操作相關聯。圖5A和圖5B中所示的升壓電路200A在下述要 點方面不同於圖2A和圖2B中所示的升壓電路200。首先，在圖5A和圖5B中所示的升壓電 路200A的情況下，不同於被提供給加法器/比較電路22 的電壓監測器切換信號PM0DELIM 的用於切換電荷泵電路21的設置的比率切換信號RATI0SW被從比率切換電路25提供到 開關控制電路23。響應於比率切換信號RATI0SW，開關控制電路23將電荷泵電路21的操 作設置為二倍升壓操作或者三倍升壓操作。與電壓監測器切換信號PM0DELIM相分離地提 供比率切換信號RATI0SW使得能夠在切換電荷泵電路21的設置之前執行加法器/比較電 路22的設置的切換。如稍後將會加以描述，在切換電荷泵電路21的設置之前切換加法器 /比較電路22的設置對於防止輸出電源電壓VDD2的增加和減小是重要的。第二，添加開 關SllA(放電開關)以便用於放電升壓電容器C12的電荷到接地。C2放電信號DISCH被從 比率切換電路25提供到開關S11A。當升壓比率被從二倍切換到三倍時，肯定C2放電信號 DISCH以導通開關S11A，並且因此通過放電開關SllA放電升壓電容器C12。下面將會描述圖5A和圖5B中所示的升壓電路200A的操作。儘管升壓電路200A 的基本操作與圖2A和圖2B的升壓電路200的相同，但是在切換升壓比率時的操作是不同 的。下面將會詳細地描述切換升壓比率時的操作。圖6A是示出當升壓操作被從三倍升壓操作切換到二倍升壓操作時升壓電路200A 的操作的時序圖。當電池電壓VBAT被增加並且VBAT監測器信號VBATM0N被從高電平改變 成低電平時，比率切換電路25將升壓電路200A的操作從三倍升壓操作切換到二倍升壓操 作。更加具體地，比率切換電路25首先在當升壓電容器Cll和C12被從放電狀態切換到充 電狀態的時序(timing)將電壓監測器切換信號PM0DELIM從高電平切換到低電平。結果， 加法器/比較電路22的輸出信號VCTL通過其而轉變的基於和的電壓VDD的上述基準值被 從第一值VADD2切換到第二值VADDl ( > VADD2)。因此，輸出信號VCTL通過其而轉變的基 於和的電壓VDD的基準值被增加，並且因此分別對升壓電容器Cll和C12充電的電壓VCll 和VC12被增加。然後，比率切換電路25切換比率切換信號RATI0SW使得將電荷泵電路21 的操作從三倍升壓操作切換到二倍升壓操作。這樣，解決升壓電容器Cll和C12的電荷的 短缺，並且因此如圖7中的點B所示，能夠抑制輸出電源電壓VDD2中的減小。圖6B是示出當升壓操作被從二倍升壓操作切換到三倍升壓操作時升壓電路200A 的操作的時序圖。當電池電壓VBAT被減小並且VBAT監測器信號VBATM0N被從低電平改變 成高電平時，比率切換電路25將升壓電路200A的操作從二倍升壓操作切換到三倍升壓操 作。更加具體地，比率切換電路25首先在當升壓電容器Cl 1 (第二升壓電容器)的充電被完 成並且切換到升壓電容器C12(第一升壓電容器)的充電時的時序將電壓監測器切換信號 PM0DELIM從低電平切換到高電平。結果，加法器/比較電路22的輸出信號VCTL通過其而轉變的基於和的電壓VDD的上述基準值被從第二值VADD1切換到第一值VADD2( < VADD1)。 在相同時序，肯定C2放電信號DISCH並且因此通過放電開關S11A將升壓電容器C12 (第一 升壓電容器)的剩餘電荷放電到接地。換言之，在當通過升壓時鐘信號DCCLK的控制而充 電升壓電容器C12時將升壓電容器C12(第一升壓電容器)放電到接地。注意，這時將升壓 電容器C11 (第二升壓電容器)連接至升壓輸出端子21a並且因此沒有將升壓電容器C11 的電荷放電到接地。然後，比率切換電路25切換比率切換信號RATI0SW從而將電荷泵電路 21的操作從二倍升壓操作切換到三倍升壓操作。這樣，解決了升壓電容器C11和C12中過 多的電荷，並且因此如圖7中的點A所示能夠抑制輸出電源電壓VDD2中的增加。如上所述，根據圖6A和圖6B中所示的操作，如圖7中所示，能夠抑制在切換升壓 電路200A的升壓比率時輸出電源電壓VDD2中的變化。與在本示例性實施例中一樣在升壓電路被應用於液晶顯示裝置10的情況下，優 選的是，在垂直同步時段中的顯示空白時段期間執行升壓比率的切換，如圖6A和圖6B中所 示。結果，穩定顯示時段期間的輸出電源電壓VDD2(S卩，減少電源的噪聲)並且因此能夠提
高圖像質量。儘管在圖5A和圖5B中所示的升壓電路200A的情況下放電開關S11A被連接在升 壓電容器C12和接地之間，但是放電開關S11A能夠被連接在升壓電容器C11和接地之間。 在這樣的情況下，當升壓操作被從二倍升壓操作切換到三倍升壓操作時，在當升壓電容器 C12(第二升壓電容器)的充電被完成並且切換到升壓電容器C11 (第一升壓電容器)的充 電時的時序，電壓監測器切換信號PM0DELIM被從低電平切換到高電平。結果，在當通過升 壓時鐘信號DCCLK的控制充電升壓電容器C11時將升壓電容器C11的電荷放電到接地，並 且因此能夠抑制輸出電源電壓VDD2中的增加。儘管在圖5A和圖5B中所示的升壓電路200A的情況下升壓比率在二倍和三倍之 間切換，可切換的升壓比率的組合不限於此。應注意的是，本發明通常能夠應用於其中電荷 泵電路21具有多個升壓電容器並且通過切換升壓電容器之間的連接關係而切換升壓比率 的情況。例如，本發明還能夠應用於其中與在圖8A和圖8B中所示的升壓電路200B中一樣 在二倍和2. 5倍之間切換升壓比率的情況。根據圖8A和圖8B中所示的升壓電路200B，開 關S11F和S11G和升壓電容器C14被添加到圖5A和圖5B中所示的升壓電路200A。圖9A 和圖9B是分別示出在二倍升壓操作和2. 5倍升壓操作的情況下的開關的操作的表。而且 在這樣的情況下，以與上述相同的方式執行升壓比率的切換。更加具體地，當升壓操作被從2. 5倍升壓操作切換到二倍升壓操作時，電壓監 測器切換信號PM0DELIM被從高電平切換到低電平，並且加法器/比較電路22的輸出信 號VCTL通過其而轉變的電壓VADD的基準值被從基準值VADD2切換到基準值VADD1 ( > VADD2)。應注意的是，通過電阻器元件R15至R17的電阻值將基準值VADD2調整為與2. 5 倍升壓操作相對應的值。接下來，比率切換信號RATI0SW被切換並且電荷泵電路21的操作 被從2. 5倍升壓操作切換到二倍升壓操作。當升壓操作被從二倍升壓操作切換到2. 5倍升壓操作時，電壓監測器切換信號 PM0DELIM被從低電平切換到高電平，並且加法器/比較電路22的輸出信號VCTL通過其而 轉變的電壓VADD的基準值被從基準值VADD1切換到基準值VADD2 ( < VADD1)。此外，肯定C2放電信號DISCH並且將升壓電容器C12的電荷放電到接地。接下來，比率切換信號RATIOSW 被切換並且電荷泵電路21的操作被從二倍升壓操作切換到2. 5倍升壓操作。應注意的是，圖8A和圖8B中所示的升壓電路200B能夠作為其中可在2. 5倍和三 倍之間切換升壓比率的升壓電路而進行操作。圖IOA和圖IOB分別示出升壓比率是2. 5倍 和三倍的情況下的開關的操作的表。而且在這樣的情況下，以與上述相同的方式能夠切換 升壓比率，不同之處在於，通過電阻器元件R15至R17的電阻值將基準值VAADl和VAAD2調 整為與2. 5倍升壓操作和三倍升壓操作相對應的值，並且在2. 5倍升壓操作和三倍升壓操 作之間切換電荷泵電路21的操作。在上述示例性實施例中，通過切換電壓VADD和比較電壓VCMP之間的比率而切換 加法器/比較電路22的輸出信號VCTL通過其而轉變的電壓VADD的基準值。圖IlA和圖 IlB中所示的構造也是可能的，其中，通過依靠使用電壓監測器切換信號PM0DELIM來切換 基準值VREF而切換電壓VADD的基準值。圖IlA與當二倍升壓操作被執行時的升壓電路 200C的操作相關聯，並且圖IlB與當三倍升壓操作被執行時的升壓電路200C的操作相關 聯。在這樣的情況下，恆壓源26被構造為根據電壓監測器切換信號PM0DELIM而輸出基準 電壓VREFl和VREF2中的任何一個。與升壓比率中的較小的一個(在上述示例性實施例中 二倍或者2. 5倍)相對應地確定基準電壓VREF1，並且與升壓比率中的較高的一個(在上 述示例性實施例中2. 5倍或者三倍)相對應地確定基準電壓VREF2。在這裡，VREFl大於 VREF2。對本領域的技術人員來說顯然的是，此構造還能夠實現本發明所想要的目的。 顯然的是，本發明不限於上述示例性實施例並且可以在不脫離本發明的範圍和精 神的情況下進行修改和改變。
權利要求
一種升壓電路，包括電荷泵電路，所述電荷泵電路被構造為通過使用升壓時鐘信號升壓電源電壓以生成升壓輸出電壓；和控制電路單元，所述控制電路單元被構造為控制所述電荷泵電路，其中所述電荷泵電路包括多個升壓電容器；和充電開關，所述充電開關將所述電源電壓提供給所述升壓電容器，其中所述電荷泵電路被構造使得通過切換所述多個升壓電容器的連接關系所述電荷泵電路的升壓比率是可變的，其中所述控制電路單元被構造為控制所述電荷泵電路的所述升壓比率的切換並且根據基於和的電壓選擇和執行第一操作和第二操作中的任何一個，所述第一操作為與所述升壓時鐘信號同步地導通和截止所述充電開關，所述第二操作為不管所述升壓時鐘信號而截止所述充電開關，並且所述基於和的電壓是與在所述多個升壓電容器當中正在被充電的處於充電的升壓電容器的電壓和所述電源電壓的和相對應地被生成，其中通過其在所述第一操作和所述第二操作之間切換所述充電開關的操作的所述基於和的電壓的值是基準值，並且其中，當將所述電荷泵電路的所述升壓比率從第一比率切換到低於所述第一比率的第二比率時，所述控制電路單元將所述基準值從與所述第一比率相對應地被確定的第一值切換到與所述第二比率相對應地被確定的第二值，並且然後切換所述電荷泵電路的所述多個升壓電容器的所述連接關係。
2.根據權利要求1所述的升壓電路，其中所述電荷泵電路進一步包括放電開關，所述放電開關將所述多個升壓電容器的第 一升壓電容器放電到接地，並且其中當將所述電荷泵電路的所述升壓比率從所述第二比率切換到所述第一比率時，所 述控制電路單元將所述基於和的電壓的所述基準值從所述第二值切換到所述第一值並且 通過所述放電開關放電所述第一升壓電容器，並且然後切換所述電荷泵電路的所述多個升 壓電容器的所述連接關係。
3.根據權利要求1所述的升壓電路，其中所述電荷泵電路被構造為當所述升壓比率是所述第一比率時同時地充電和放電 所述多個升壓電容器，並且其中當將所述電荷泵電路的所述升壓比率從所述第一比率切換到所述第二比率時，在 當所述多個升壓電容器被從放電切換到充電時的時序所述控制電路單元將所述基於和的 電壓的所述基準值從所述第一值切換到所述第二值。
4.根據權利要求2所述的升壓電路，其中所述電荷泵電路被構造為當所述升壓比率是所述第二比率時交替地充電和放電 所述多個升壓電容器的所述第一升壓電容器和第二升壓電容器，並且其中當將所述電荷泵電路的所述升壓比率從所述第二比率切換到所述第一比率時，在 當所述第二升壓電容器的充電被完成時的時序通過所述放電開關所述控制電路單元放電 所述第一升壓電容器。
5.根據權利要求1所述的升壓電路，其中所述電源電壓是從電池提供的電池電壓，並且所述控制電路單元根據所述電池電 壓切換所述電荷泵電路的所述升壓比率。
6.根據權利要求1所述的升壓電路， 其中所述控制電路單元包括加法器電路單元，所述加法器電路單元被構造為生成與所述電源電壓和所述處於充電 的升壓電容器的所述電壓的和相對應的所述基於和的電壓；比較電路單元，所述比較電路單元被構造為將通過分壓所述基於和的電壓而生成的比 較電壓與預定的基準電壓進行比較；以及開關控制電路，所述開關控制電路被構造為根據所述比較電路單元的輸出信號從所述 第一操作和所述第二操作中選擇所述充電開關的操作，其中所述控制電路單元被構造為通過切換所述比較電壓與所述基於和的電壓的比率 來切換所述基於和的電壓的所述基準值。
7.根據權利要求1所述的升壓電路，其中與所述處於充電的升壓電容器的電壓、所述電源電壓以及所述升壓輸出電壓的和 相對應地生成所述基於和的電壓。
8.一種升壓電路，包括電荷泵電路，所述電荷泵電路被構造為通過使用升壓時鐘信號升壓電源電壓以生成升 壓輸出電壓；和控制電路單元，所述控制電路單元被構造為控制所述電荷泵電路， 其中所述電荷泵電路包括 多個升壓電容器；充電開關，所述充電開關將所述電源電壓提供給所述升壓電容器；和 放電開關，所述放電開關將所述多個升壓電容器的一個升壓電容器放電到接地， 其中所述電荷泵電路被構造使得通過切換所述多個升壓電容器的連接關系所述電荷 泵電路的升壓比率是可變的，其中所述控制電路單元被構造為控制所述電荷泵電路的所述升壓比率的切換並且根 據基於和的電壓選擇和執行第一操作和第二操作中的任何一個，所述第一操作為與所述升 壓時鐘信號同步地導通和截止所述充電開關，所述第二操作為不管所述升壓時鐘信號而截 止所述充電開關，並且所述基於和的電壓是與在所述多個升壓電容器當中正在被充電的處 於充電的升壓電容器的電壓和所述電源電壓的和相對應地被生成，其中通過其在所述第一操作和所述第二操作之間切換所述充電開關的操作的所述基 於和的電壓的值是基準值，並且其中，當將所述電荷泵電路的所述升壓比率從第二比率切換到高於所述第二比率的第 一比率時，所述控制電路單元將所述基於和的電壓的所述基準值從與所述第二比率相對應 地被確定的第二值切換到與所述第一比率相對應地被確定的第一值並且通過所述放電開 關放電所述一個升壓電容器，並且然後切換所述電荷泵電路的所述多個升壓電容器的所述 連接關係。
9.一種液晶顯示裝置，包括根據權利要求1至8中的任何一項所述的升壓電路； 液晶顯示面板；以及驅動器電路單元，所述驅動器電路單元 被構造為接收來自於所述升壓電路的所述升壓 輸出電壓並且驅動所述液晶顯示面板，其中在垂直同步時段的顯示空白時段期間執行所述電荷泵電路的所述升壓比率的切換。
全文摘要
本發明涉及升壓電路和使用升壓電路的液晶顯示裝置。電荷泵電路具有升壓電容器；和充電開關，其將電源電壓提供給升壓電容器，並且通過切換升壓電容器的連接關係其升壓比率是可變的。控制電路單元控制升壓比率的切換並且根據與電源電壓和處於充電的升壓電容器電壓的和相對應的基於和的電壓選擇第一操作或第二操作。第一操作為與升壓時鐘信號同步地導通和截止充電開關，而第二操作為不管升壓時鐘信號而截止充電開關。通過其切換第一操作和第二操作的基於和的電壓的值是基準值。當將升壓比率從第一比率切換到低於第一比率的第二比率時，控制電路單元將基準值從與第一比率相對應的第一值切換到與第二比率相對應的第二值，並且然後切換連接關係。
文檔編號H02M3/07GK101873064SQ20101016770
公開日2010年10月27日 申請日期2010年4月26日 優先權日2009年4月24日
發明者河越弘和 申請人:瑞薩電子株式會社