電容性負載驅動電路與液晶顯示裝置的製作方法
2024-02-13 21:39:15
專利名稱：電容性負載驅動電路與液晶顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用以由充放電電流來驅動電容性負載的電容性負載驅動電路，例如用以驅動液晶面板的共用電極的電容性負載驅動電路。另外，本發明還涉及使用電容性負載驅動電路的液晶顯示裝置。
背景技術：
在日本專利申請特開2000-174601號公報等中，記載了用以驅動例如由液晶面板的共用電極構成的電容性負載的電容性負載驅動電路。
圖3是表示本發明人在先前所提出的電容性負載驅動電路的概略電路圖。如圖3所示，在該電容性負載驅動電路中，輸出電路21具有與電源線(Vcc線)連接的電源端子17，與接地線連接的接地端子18，以及與例如由液晶面板的共用電極構成的電容性負載CL連接的輸出端子16。
輸出電路21有選擇地進行從輸出端子16向電容性負載CL提供充電電流的充電電流提供動作和從電容性負載CL向輸出端子16抽出放電電流的放電電流抽出動作。充電電流的提供和放電電流的抽出，其狀態(高電平或低電平)周期性地變化，也就是根據反相的負載控制輸入信號S1的狀態有選擇地進行。到輸出端子16的電壓達到振幅上限值為止，進行上述的充電電流提供動作。到輸出端子16的電壓達到振幅下限值為止，進行放電電流抽出動作。上述的輸出端子16、電源端子17以及接地端子18，就是將電容性負載驅動電路集成電路化時成為外部連接用的端子引腳的部分。
圖4是表示圖3所示的電容性負載驅動電路的具體結構的電路圖。
但是，在上述的電容性負載驅動電路中，發生輸出端子16接地(與接地端子18之間的短路)時，輸出端子16的電壓通常低于振幅上限值。因此，在負載控制輸入信號S1的高電平期間，大電流通常以電源端子17→充電用的輸出電晶體Q1→輸出端子16→接地端子18的路徑連續地流動。
同樣地，發生輸出端子16接源(與電源端子17之間的短路)時，輸出端子16的電壓通常高于振幅下限值。因此，在負載控制輸入信號S1的低電平期間，大電流通常以電源端子17→輸出端子16→放電用的輸出電晶體Q2→接地端子18的路徑連續地流動。
如上說明，在發生接地或接源時，輸出電路21中過量或過大的電流連續地流動。結果，就產生如下問題構成輸出電路21的輸出電晶體Q1、Q2過熱，將例如包含輸出電晶體Q1、Q2的電容性負載驅動電路集成的集成電路等也過熱。
另外，接地或接源，是由於在例如將電容性負載驅動電路集成的集成電路的封裝外殼上設置的端子引腳之間的短路而發生。該端子引腳相當於輸出端子和電源端子以及接地端子。端子引腳之間的短路，是由於製造時的失誤或者由於例如在使用中導電性的塵垢等附著在上述的端子引腳而發生。
發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠防止，在輸出端子與電源端子或接地端子之間發生短路時過量的電流在輸出電路中連續地流動和輸出電路的過熱的電容性負載驅動電路與液晶顯示裝置。
本發明第一方面的電容性負載驅動電路，是一種向電容性負載提供充電電流，從所述電容性負載抽出放電電流的電容性負載驅動電路，其中設有輸出電路和過量電流保護電路。
輸出電路具有電源端子、接地端子以及與電容性負載連接的輸出端子，並按照負載控制輸入信號的狀態，進行從電源端子向電容性負載提供充電電流的充電電流提供動作和從電容性負載向接地端子抽出放電電流的放電電流抽出動作。
過量電流保護電路檢測輸出端子與接地端子之間的短路來停止或抑制充電電流提供動作，檢測輸出端子與電源端子之間的短路來停止或抑制放電電流抽出動作。
而且，輸出電路根據控制輸入信號的狀態，在充電電流提供動作和放電電流抽出動作中選擇一方。
依據該結構，通過設置過量電流保護電路，能夠在輸出端子與接地端子之間短路時停止或抑制充電電流提供動作，在輸出端子與電源端子之間短路時停止或抑制放電電流抽出動作。結果，能夠防止輸出端子與電源端子或接地端子之間發生短路時過量的電流連續地流入輸出電路，防止輸出電路的過熱。
在上述本發明第一方面的電容性負載驅動電路中，最好具有這樣的結構輸出電路，通過充電電流提供動作，直到電容性負載的電位達到比電源端子的電位低的預定的振幅上限值為止，對電容性負載進行充電，通過放電電流抽出動作，直到電容性負載的電位達到比接地端子的電位高的預定的振幅下限值為止，對電容性負載進行放電。
依據該結構，在充電時，能夠在電容性負載的電位達到振幅上限值時停止充電電流提供動作，在放電時，能夠在電容性負載的電位達到振幅下限值時停止放電電流抽出動作。結果，能夠使電容性負載的充電時和放電時的電位分別恆定在振幅上限值和振幅下限值。
在上述本發明第一方面的電容性負載驅動電路中輸出電路設有，例如有集電極與電源端子連接、發射極與輸出端子連接的第一NPN電晶體，以及集電極與接地端子連接、發射極與輸出端子連接的第一PNP電晶體。
另外，過量電流保護電路中設有，例如第二NPN電晶體和第二PNP電晶體。第二NPN電晶體的集電極與第一NPN電晶體的基極連接，發射極與輸出端子連接，基極與生成比接地端子的電位高的預定電位的第一電壓源連接。第二PNP電晶體的集電極與第一PNP電晶體的基極連接，發射極與輸出端子連接，基極與生成比電源端子的電位低的預定電位的第二電壓源連接。
上述第一電壓源最好生成比接地端子的電位高且不大于振幅下限值的預定電位。第二電壓源最好生成基極比電源端子的電位低且不小于振幅上限值的預定電位。
依據該結構，過量電流保護電路可以由第二NPN電晶體和第二PNP電晶體以及第一、第二電壓源構成，且結構簡單。
在上述本發明第一方面的電容性負載驅動電路中，例如具有控制輸入信號的狀態周期性地切換的結構。
本發明第二方面的電容性負載驅動電路，是一種向電容性負載提供充電電流，從電容性負載抽出放電電流的電容性負載驅動電路，其中設有輸出電路、電流生成電路、充放電控制電路以及過量電流保護電路。
輸出電路具有電源端子、接地端子以及與電容性負載連接的輸出端子，進行從電源端子向電容性負載提供充電電流的充電電流提供動作和從電容性負載向接地端子抽出放電電流的放電電流抽出動作。
電流生成電路根據控制輸入信號的狀態，在向輸出電路提供第一電流以使輸出電路選擇充電電流提供動作的第一狀態和向輸出電路提供第二電流以使輸出電路選擇放電電流抽出動作的第二狀態中選擇一種狀態。
充放電控制電路檢測電容性負載的電位，並控制輸出電路，以使直到電容性負載的電位達到預定的振幅上限值為止執行充電電流提供動作，在達到預定的振幅上限值時停止充電電流提供動作，以使直到電容性負載的電位達到預定的振幅下限值為止執行放電電流抽出動作，在達到預定的振幅下限值時停止放電電流抽出動作。
過量電流保護電路檢測輸出端子與接地端子之間的短路來停止或抑制充電電流提供動作，檢測輸出端子與電源端子之間的短路來停止或抑制放電電流抽出動作。
依據該結構，通過設置過量電流保護電路，能夠在輸出端子與接地端子之間短路時停止或抑制充電電流提供動作，在輸出端子與電源端子之間短路時停止或抑制放電電流抽出動作。結果，能夠防止輸出端子與電源端子或接地端子之間發生短路時過量的電流連續地流入輸出電路，防止輸出電路的過熱。
在上述本發明第二方面的電容性負載驅動電路中輸出電路設有，例如集電極與電源端子連接、發射極與輸出端子連接的第一NPN電晶體，以及集電極與接地端子連接、發射極與輸出端子連接的第一PNP電晶體。
另外，過量電流保護電路設有第二NPN電晶體和第2PNP電晶體。第二NPN電晶體的集電極與第一NPN電晶體的基極連接，發射極與輸出端子連接，基極與生成比接地端子的電位高且不大于振幅下限值的預定電位的第一電壓源連接。第二PNP電晶體的集電極與第一PNP電晶體的基極連接，發射極與輸出端子連接，基極與生成比電源端子的電位低且不小于振幅上限值的預定電位的第二電壓源連接。另外，充放電控制電路通過控制第一NPN電晶體和第一PNP電晶體的基極電流，控制充電電流提供動作和放電電流抽出動作的執行和停止。
依據該結構，過量電流保護電路可以由第二NPN電晶體和第二PNP電晶體以及第一與第二電壓源構成，且結構簡單。
在上述本發明第二方面的電容性負載驅動電路中充放電控制電路設有，例如生成與振幅上限值相等的電位的第三電壓源，生成與振幅下限值相等的電位的第四電壓源，在一個輸入端子輸入電容性負載的電位、另一輸入端子輸入第三電壓源的電位的充電控制差動開關電路，以及在一個輸入端子輸入電容性負載的電位、另一輸入端子輸入第四電壓源的電位的放電控制差動開關電路。
充電控制差動開關電路根據電容性負載的電位與第三電壓源的電位之間的比較結果，斷續地控制向第一NPN電晶體的基極電流。另外，放電控制差動開關電路根據電容性負載的電位與第四電壓源的電位之間的比較結果，斷續地控制第一PNP電晶體的基極電流。
依據該結構，通過用以控制充放電電流的充電控制差動開關電路和放電控制差動開關電路，能夠完全斷開提供給輸出電路的充放電電流，因此，能夠實現低電力損失。另外，由差動開關電路規定在輸出端子出現的電壓振幅，由於差動開關電路具有優越的溫度特性，因此，能夠避免輸出端子的電壓振幅隨溫度波動的問題。
在上述的結構中，最好這樣將第三和第四電壓源的電位設為可變，使第一電壓源的電位與第四電壓源的電位聯動變化，使第二電壓源的電位與第三電壓源的電位聯動變化。
依據該結構，第一電壓源的電位與第四電壓源的電位聯動變化，第二電壓源的電位與第三電壓源的電位聯動變化，因此，能夠防止在使第三或第四電壓源的電位變化來調整電容性負載的振幅上限值或振幅化下限值時，與過量電流保護電路使充電電流提供動作或放電電流抽出動作停止的電位之間產生不匹配。結果，能夠防止充電控制差動開關電路和放電控制差動開關電路的控制動作中發生異常。
在上述的結構中，最好這樣進一步使第一電位與第四電位相等，使第二電位與第三電位相等。
在上述本發明第二方面的電容性負載驅動電路中，最好這樣通過在電流生成電路與輸出電路之間設置頻率相關阻抗元件，並將輸出電路的輸出電流的一部分經由頻率相關阻抗元件反饋到電流生成電路，抑制電流生成電路的輸出狀態的切換時的通過速率。
依據該結構，即使在負載控制輸入信號的通過速率高的場合，也能夠通過頻率相關阻抗元件限制通過速率，並平滑地進行充放電電流的切換。因此，能夠防止充放電電流的切換時的上衝和下衝的發生。由此，能夠得到不發生上衝和下衝的穩定的輸出波形，防止充放電電流的陡峭變化。
在上述本發明第二方面的電容性負載驅動電路中，例如具有控制輸入信號的狀態周期性地切換的結構。
本發明第三方面的液晶顯示裝置，其中設有液晶面板共用電極、輸出電路以及過量電流保護電路。
輸出電路具有電源端子、接地端子以及與液晶面板共用電極連接的輸出端子，進行從電源端子向液晶面板共用電極提供充電電流的充電電流提供動作和從液晶面板共用電極向接地端子抽出放電電流的放電電流抽出動作。
過量電流保護電路檢測輸出端子與接地端子之間的短路來停止或抑制充電電流提供動作，檢測輸出端子與電源端子之間的短路來停止或抑制放電電流抽出動作。
而且，輸出電路根據控制輸入信號的狀態，在充電電流提供動作和放電電流抽出動作中選擇一方。
依據該結構，通過設置過量電流保護電路，能夠在輸出端子與接地端子之間短路時停止或抑制充電電流提供動作，在輸出端子與電源端子之間短路時停止或抑制放電電流抽出動作。結果，能夠防止輸出端子與電源端子或接地端子之間發生短路時過量的電流連續地流入輸出電路，防止輸出電路的過熱。
另外，例如將輸出電路和過量電流保護電路進行集成電路(IC)化並安裝在液晶面板上時，不用另外設置該IC與液晶面板共用電極之間的保護電路，能夠減少部件數量。另外，由於能夠防止輸出電路的過熱，因此，提高了液晶驅動系統的安全性。
本發明第四方面的液晶顯示裝置中設有液晶面板共用電極、輸出電路、電流生成電路、充放電控制電路以及過量電流保護電路。
輸出電路具有電源端子、接地端子以及與液晶面板共用電極連接的輸出端子，進行從電源端子向液晶面板共用電極提供充電電流的充電電流提供動作和從液晶面板共用電極向接地端子抽出放電電流的放電電流抽出動作。
電流生成電路根據控制輸入信號的狀態，在向輸出電路提供第一電流以使輸出電路選擇充電電流提供動作的第一狀態和向輸出電路提供第二電流以使輸出電路選擇放電電流抽出動作的第二狀態中選擇一種狀態。
充放電控制電路檢測液晶面板共用電極的電位，並控制輸出電路，以使直到液晶面板共用電極的電位達到預定的振幅上限值為止執行充電電流提供動作，在達到預定的振幅上限值時停止充電電流提供動作，以使直到液晶面板共用電極的電位達到預定的振幅下限值為止執行放電電流抽出動作，在達到預定的振幅下限值時停止放電電流抽出動作。
過量電流保護電路檢測輸出端子與接地端子之間的短路來停止或抑制充電電流提供動作，檢測輸出端子與電源端子之間的短路來停止或抑制放電電流抽出動作。
依據該結構，通過設置過量電流保護電路，能夠在輸出端子與接地端子之間短路時停止或抑制充電電流提供動作，在輸出端子與電源端子之間短路時停止或抑制放電電流抽出動作。結果，能夠防止輸出端子與電源端子或接地端子之間發生短路時過量的電流連續地流入輸出電路，防止輸出電路的過熱。
另外，與本發明第三方面相同，不僅能夠減少部件數量，提高液晶驅動系統的安全性，而且能夠降低耗電。
圖1是表示根據本發明實施例的電容性負載驅動電路的概略結構的電路圖。
圖2是表示圖1中所示的電容性負載驅動電路的具體結構的電路圖。
圖3是表示先有技術的電容性負載驅動電路的概略結構的電路圖。
圖4是表示圖3中所示的電容性負載驅動電路的具體結構的電路圖。
圖5是用以說明圖2中所示的電容性負載驅動電路的動作的波形圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖，就本發明的實施例進行說明。
圖1是表示本發明實施例的電容性負載驅動電路的概略結構的電路圖。該電容性負載驅動電路是在圖3中所示的結構上附加過量電流保護電路23而構成，其它結構與圖3中所示的電容性負載驅動電路相同。
過量電流保護電路23檢測輸出端子16與接地端子18之間的短路(接地)來停止或抑制充放電控制電路22的充電電流開關電路41的充電電流提供動作。再有，該過量電流保護電路23檢測輸出端子16與電源端子17之間的短路(接源)來停止或抑制充放電控制電路22的放電電流開關電路31的放電電流抽出動作。
以下，就該電容性負載驅動電路進行詳細的說明。
如圖1所示，在該電容性負載驅動電路中，輸出電路21具有與電源線(Vcc線)連接的電源端子17，與接地線連接的接地端子18以及與例如由液晶面板的共用電極構成的電容性負載CL連接的輸出端子16。
輸出電路21有選擇地進行從輸出端子16向電容性負載CL提供充電電流的充電電流提供動作和從電容性負載CL向輸出端子16抽出放電電流的放電電流抽出動作。充電電流的提供和放電電流的抽出，根據其狀態(高電平或低電平)周期性地變化，也就是反相變化的負載控制輸入信號S1的狀態有選擇地進行。到輸出端子16的電壓達到振幅上限值為止，進行上述的充電電流提供動作。再有，到輸出端子16的電壓達到振幅下限值為止，進行放電電流抽出動作。上述的輸出端子16、電源端子17以及接地端子18，就是將電容性負載驅動電路集成電路化時成為外部連接用的端子引腳的部分。
為了進行如上述的動作，輸出電路21由兩個串聯連接的輸出電晶體Q1、Q2構成。輸出電晶體Q1為NPN電晶體，其集電極與電源端子17連接，發射極與輸出端子16連接。再有，輸出電晶體Q2為PNP電晶體，其集電極與接地端子18連接，發射極與輸出端子16連接。
集電極與電源端子17連接的輸出電晶體Q1，使充電電流從VCC電源線流入電容性負載CL。再有，集電極與接地端子18連接的輸出電晶體Q2，使放電電流從電容性負載CL抽出到接地線。
在輸出電晶體Q1，其基極電流經充電電流開關電路41流入。與此相對照地，在輸出電晶體Q2，其基極電流經放電電流開關電路31抽出。在這些放電電流開關電路31和充電電流開關電路41上連接了充放電電流生成電路51。
該充放電電流生成電路51輸出用以生成充電電流的第一電流I2和用以生成放電電流的第二電流I7。第一電流I2作為基極電流提供給輸出電晶體Q1，第二電流I7作為基極電流從輸出電晶體Q2抽出。
另外，在該充放電電流生成電路51中，其狀態在高電平和低電平之間周期性變化的脈衝狀負載控制輸入信號S1提供給輸入端子15。
上述的充放電電流生成電路51，根據負載控制輸入信號S1的狀態，選擇向輸出電路21提供第一電流I2以便輸出電路21選擇充電電流提供動作的第一狀態和向輸出電路21提供第二電流I7以便輸出電路21選擇放電電流抽出動作的第二狀態中的任一狀態。
上述的充電電流開關電路41和放電電流開關電路31構成充放電控制電路22。該充放電控制電路22監視即檢測電容性負載CL的電位，並如以下所述地控制輸出電路21。也就是說，控制輸出電路21，以使直到電容性負載CL的電位達到預定的振幅上限值V2為止用輸出電路21執行充電電流提供動作，在達到預定的振幅上限值V2時停止充電電流提供動作。並且，控制輸出電路21，以使直到電容性負載CL的電位達到預定的振幅下限值V1為止用輸出電路21執行放電電流抽出動作，在達到預定的振幅下限值V1時停止放電電流抽出動作。
具體地說，通過由充放電控制電路22控制輸出電晶體Q1、Q2的基極電流，控制充電電流提供動作和放電電流抽出動作的執行和停止。
如前面說明，由放電電流開關電路31和充電電流開關電路41監視輸出端子16的電位。充電電流開關電路41斷開輸出電晶體Q1的充電電流，以使輸出端子16的電位VOUT不高於預先確定的振幅上限值V2。放電電流開關電路31斷開輸出電晶體Q2的放電電流，以使輸出端子16的電位VOUT不低於預先確定的振幅下限值V1。
過量電流保護電路23由過充電電流防止開關電路61和過放電電流防止開關電路71構成。過充電電流防止開關電路61檢測輸出端子16與接地端子18之間的短路(接地)，來停止或抑制充放電控制電路22的充電電流開關電路41的充電電流提供動作，過放電電流防止開關電路71檢測輸出端子16與電源端子17之間的短路(接源)，來停止或抑制充放電控制電路22的放電電流開關電路31的放電電流抽出動作。
在該過量電流保護電路23中，輸出端子16與電源端子17短路(接源)時，通過由過放電電流防止開關電路71斷開或限制放電用的輸出電晶體Q2的基極電流即電流I7，防止過量的放電電流連續地流入輸出電晶體Q2。另一方面，輸出端子16與接地端子18短路(接地)時，通過由過充電電流防止開關電路61斷開或限制充電用的輸出電晶體Q1的基極電流即電流I2，防止過量的充電電流連續地流入輸出電晶體Q1。因此，能夠防止輸出電路的過熱。
圖2是表示圖1中的電容性負載驅動電路的具體結構的電路圖，與圖4中的結構不同之處在於，附加了過充電電流防止開關電路61和過放電電流防止開關電路71，而此外的結構與圖4相同。
在圖2中，與圖1對應的部分用相同的符號表示。充電電流開關電路41由電晶體Q9、Q10、Q11、Q12、Q13和生成規定上述的振幅上限值V2的電位的恆定電壓源12構成。具體地說，恆定電壓源12生成與振幅上限值V2相等的電位。施加在電源端子17的電壓例如為12V時，振幅上限值V2例如被設定為10V左右。再有，例如電容性負載CL為液晶面板的共用電極時，有時為了調整液晶面板的視認度，使振幅上限值V2能夠改變。也就是說，有時將恆定電壓源12變更為可變電壓源。
這裡，電流I3為電晶體Q9的集電極電流，被設定為電流I2的2倍，流入到由電晶體Q10和電晶體Q11構成的充電控制差動開關電路。電流I4為電晶體Q13的集電極電流，相對於電流I3有I3＝2×I4的關係。另外，由電晶體Q12和電晶體Q13形成電流鏡電路。
在上述的充電控制差動開關電路中，在一個輸入端子輸入電容性負載CL的電位即輸出端子16的電位VOUT，在另一輸入端子輸入恆定電壓源12的電位。而且，該充電控制差動開關電路根據電容性負載CL的電位與恆定電壓源12的電位之間的比較結果，斷續地控制流入輸出電晶體Q1的基極電流即第一電流I2。
放電電流開關電路31由電晶體Q4、Q5、Q6、Q7、Q8和生成規定上述的振幅下限值V1的電位的恆定電壓源11構成。具體地說，恆定電壓源11生成與振幅下限值V1相等的電位。施加在電源端子17的電壓例如為12V時，振幅下限值V1例如被設定為2V左右。再有，例如電容性負載CL為液晶面板的共用電極時，有時為了調整液晶面板的視認度，使振幅下限值V1不固定而可變。也就是說，有時將恆定電壓源11變更為可變電壓源。
這裡，電流I5為電晶體Q7的集電極電流，被設定為電流I7的2倍，從由電晶體Q6和電晶體Q8構成的放電控制差動開關電路流出。電流I8為電晶體Q4的集電極電流，相對於電流I5有I5＝2×I8的關係。另外，由電晶體Q4和電晶體Q5形成電流鏡電路。
在上述的放電控制差動開關電路中，在一個輸入端子輸入電容性負載CL的電位即輸出端子16的電位VOUT，在另一輸入端子輸入恆定電壓源11的電位。而且，該放電控制差動開關電路根據電容性負載CL的電位與恆定電壓源11的電位之間的比較結果，斷續地控制流入輸出電晶體Q2的基極電流即第一電流I7。
充放電電流生成電路51由以下構成電晶體Q14、Q15、Q16、Q17、Q18、Q19、Q20、Q21，頻率相關阻抗元件或作為電容性阻抗元件的電容C1、C2，恆定電壓源1 3以及恆定電流源14。這裡，電晶體Q14與電晶體Q15、電晶體Q16與電晶體Q17以及電晶體Q18與電晶體Q19，各自形成電流鏡電路。
另外，電晶體Q20、Q21構成差動開關電路。在該差動開關電路中，在一個輸入端子提供負載控制輸入信號S1的電位，在另一輸入端子提供恆定電壓源13的電位V3。在上述的電晶體Q20、Q21的發射極，連接恆定電流源14。而且，該差動開關電路通過比較負載控制輸入信號S1的電位與恆定電壓源13的電位V3，判別負載控制輸入信號S1的狀態(高電平或低電平)，並根據該判別結果切換恆定電流源14的電流I1流過的路徑。
圖5表示圖1和圖2中所示的電容性負載驅動電路的輸出波形。圖5表示在負載控制輸入信號S1和輸出端子16上出現的電壓VOUT的波形圖。將充電電流開關電路41的導通(ON)/截止(OFF)被切換的閾電壓設為V2，放電電流開關電路31的導通(ON)/截止(OFF)被切換的閾電壓設為V1時，相對輸入到輸入端子15的負載控制輸入信號S1，從輸出端子16得到電位VOUT。
接著，參照圖5，就圖2中所示的電路的動作進行具體的說明。以下，就施加在輸入端子15上的負載控制輸入信號S1從低電平切換到高電平時的充電期間進行說明。
對輸入端子15的施加電壓即負載控制輸入信號S1的電位高於恆定電壓源13的電位V3時，電晶體Q21導通(ON)。此時，恆定電流源14的電流I1全部流入電晶體Q21。在電晶體Q21連接由電晶體Q17和電晶體Q16構成的電流鏡電路。通過該電流鏡電路，電晶體Q16能夠流出作為集電極電流的電流I2。該電流I2和電流I1在穩定狀態時電流量相同。
在電晶體Q16的集電極，連接了充電用的輸出電晶體Q1的基極和電晶體Q13的集電極。通常，施加在輸入端子15的負載控制輸入信號S1從低電平切換到高電平時的輸出端子16的電位低於恆定電壓源12的電位V2，所以，在由電晶體Q10和電晶體Q11構成的充電控制差動開關電路中，電晶體Q10側導通(ON)。因此，電流不流過電晶體Q11。因為電晶體Q13經由電流鏡電路與該電晶體Q11連接，所以不能使電流流過。因此，電晶體Q13的集電極電流I4成為0。
通過以上所述，電流I2全部成為充電用的輸出電晶體Q1的基極電流。
電流I2作為基極電流流入，從而充電用的輸出電晶體Q1將基極電流的hfe倍的發射極電流流入電容性負載CL。這裡，由於在放電用的輸出電晶體Q2沒有基極電流的提供，因此，輸出電晶體Q1的發射極電流全部流入到電容性負載CL。如圖5所示，由於該電流，輸出端子16的電位VOUT上升。
當輸出端子16的電位VOUT變成與恆定電壓源12的電位V2相等時，在電晶體Q10和電晶體Q11中流過相同的電流。該電流值成為電晶體Q9的集電極電流I3電流值的一半。由於在本電路中將電流I3設定為電流I2的2倍，結果在電晶體Q11中流過與電流I2相同電流值的電流。
流過電晶體Q11的電流，經由由電晶體Q12和電晶體Q13構成的電流鏡電路成為電晶體Q13的集電極電流I4。由於電流I4與電流I2電流值相同，因此，電晶體Q16所提供的集電極電流I2全部流入到電晶體Q13，停止向輸出電晶體Q1提供基極電流。通過停止提供基極電流，輸出電晶體Q1停止向電容性負載CL提供充電電流。因此，輸出端子16的電位VOUT被設定在恆定電壓源12的電位V2上。
接著，就施加在輸入端子15上的圖5中的負載控制輸入信號S1從高電平切換到低電平時的放電期間進行說明。
對輸入端子15的施加電壓，即負載控制輸入信號S1的電位低於恆定電壓源13的電位V3時，電晶體Q20導通(ON)。此時，恆定電流源14的電流I1全部流入電晶體Q20。在電晶體Q20上連接了由電晶體Q18和電晶體Q19構成的電流鏡電路。通過該電流鏡電路，電晶體Q18能夠流出集電極電流I6。該集電極電流I6和恆定電流源14的電流I1電流量相同。在電晶體Q18上連接了由電晶體Q14、Q15構成的電流鏡電路，通過該電流鏡電路，電晶體Q14中流過集電極電流I7。電流I6和電流I7在穩定狀態時電流值相同。
在電晶體Q14的集電極，連接了放電用的輸出電晶體Q2的基極和電晶體Q4的集電極。通常，施加在輸入端子15的負載控制輸入信號S1從高電平切換到低電平時的輸出端子16的電位高於恆定電壓源11的電壓V1，因此，由電晶體Q6和電晶體Q8構成的放電控制差動開關電路中電晶體Q8側導通(ON)。因此，電流不流過電晶體Q6。由於電晶體Q4經由電流鏡電路與該電晶體Q6連接，因此不能使電流流過。因此，電晶體Q4的集電極電流I8成為0。
通過以上所述，電流I7全部成為放電用的輸出電晶體Q2的基極電流。
通過使電流I7作為基極電流流出，放電用的輸出電晶體Q2將基極電流的hfe倍的發射極電流從電容性負載CL流出。這裡，由於在充電用的輸出電晶體Q1沒有基極電流的提供，因此，電容性負載CL提供全部的輸出電晶體Q2的發射極電流。如圖5所示，由於該電流，輸出端子16的電位VOUT下降。
當輸出端子16的電壓VOUT變成與恆定電壓源11的電壓V1相等時，在電晶體Q6和電晶體Q8流過相同的電流。該電流值成為電晶體Q7的集電極電流I5電流值的一半。由於在本電路中將電流I5設定為電流I7的2倍，結果在電晶體Q6流過與電流I7相同電流值的電流。
流過電晶體Q6的電流，經由由電晶體Q4和電晶體Q5構成的電流鏡電路成為電晶體Q4的集電極電流I8。由於電流I8與電流I7電流值相同，因此，電晶體Q14所提供的集電極電流I7全部從電晶體Q4流出，停止向輸出電晶體Q2提供基極電流。通過停止提供基極電流，輸出電晶體Q2停止從電容性負載CL抽出放電電流。因此，輸出端子16的電位VOUT被設定在恆定電壓源11的電壓值V1上。
如以上說明，充放電控制電路22由充電電流開關電路41和放電電流開關電路31構成，因此，能夠完全斷開提供給輸出電路21的充放電電流，實現低電力損失。因此，能夠容易地將電容性負載驅動電路內設在驅動液晶面板的驅動用集成電路中。
另外，輸出電路21的輸出電壓振幅由充電電流開關電路41和放電電流開關電路31規定，而充電電流開關電路41和放電電流開關電路31，分別用充電電流控制用差動開關電路和放電電流控制用差動開關電路構成，具有優越的溫度特性，因此，能夠避免輸出電路21的輸出電壓振幅隨溫度波動的問題。
接著，就在充放電電流生成電路51設置的電容C1、C2的動作進行說明。通過設置這些電容C1、C2，即使在負載控制輸入信號S1為高通過速率的信號的場合，通過與電容C1的頻率成分成比例的阻抗，基極電流I2的陡峭波動被緩和。同樣地，通過與電容C2的頻率成分成比例的阻抗，基極電流I7的陡峭波動緩和。其結果，能夠防止充放電電流的陡峭變化，因此，形成輸出波形中不發生上衝和下衝的穩定的波形。
以下，就這一點進行詳細的說明。如果假設沒有設置電容C1、C2，動作如下。
當施加在輸入端子15的負載控制輸入信號S1作為高通過速率的脈衝被提供時，充放電用的輸出電晶體Q1、Q2的基極電流就陡峭變化。因此，在充電側，如果輸出端子16的電位VOUT達到恆定電壓源12的電位V2之後停止向輸出電晶體Q1提供基極電流為止產生時間差，則電容性負載CL被提供過量的充電電流。另外，在放電側，如果輸出端子16的電位VOUT達到恆定電壓源11的電位V1之後停止向輸出電晶體Q2提供基極電流為止產生時間差，則從電容性負載CL抽出了過量的放電電流。結果，就產生了輸出端子16的電位VOUT的振幅從分別由恆定電壓源11、12設定的振幅下限值V1和振幅上限值V2偏離的下衝和上衝。
圖1、圖2所示的電路具有以下功能通過將輸出電路21的輸出電流的一部分，經由在充放電電流生成電路51與輸出電路21之間設置的頻率相關阻抗元件即電容C1、C2，反饋到充放電電流生成電路51，抑制充放電電流生成電路51的輸出狀態切換時的通過速率，防止過量的充電電流和放電電流被提供。
首先就充電時的動作進行說明。在向充電用的輸出電晶體Q1急劇地提供作為基極電流的電流I2時，輸出電晶體Q1就要向電容性負載CL急劇地提供充電電流。這裡，該電流也向電容C1作為電流I12流入。由於該電容C1與成為提供電流I2的源的電晶體Q21的集電極連接，因此，電流I12成為電晶體Q21的集電極電流的一部分。
流過輸出電晶體Q1的充電電流的急劇變化中，包含許多高頻率成分的電流，因此，電容C1的電抗相對電流I12變小，變化越急劇電流I12的電流值就越大。由於電晶體Q17的集電極電流的電流值成為I1-I12，因此，如果電流I12的值變大電晶體Q17的集電極電流就變小。電晶體Q17與電晶體Q16共同形成電流鏡電路，向輸出電晶體Q1提供基極電流I2，因此，如果電晶體Q17的集電極電流減少，作為輸出電晶體Q1的基極電流流動的電流I2減少，充電電流的值變小。因此，不發生充電電流的陡峭變化。
接著說明放電側的動作。在放電用的輸出電晶體Q2上急劇地提供作為基極電流的電流I7時，輸出電晶體Q2就要從電容性負載CL急劇抽出放電電流。這裡，該電流也向電容C2作為電流I13流入。由於該電容C2與成為提供電流I7的源的電晶體Q18的集電極連接，因此，電流I13成為電晶體Q18的集電極電流的一部分。
流過輸出電晶體Q2的放電電流的急劇變化中，包含許多高頻率成分的電流，因此，電容C2的電抗相對電流I13變小，變化越急劇電流I13的電流值就越大。由於電晶體Q15的集電極電流的電流值為I6-I13，因此，如果電流I13的值變大電晶體Q15的集電極電流就變小。電晶體Q15與電晶體Q14共同形成電流鏡電路，向輸出電晶體Q2提供基極電流I7，因此，如果電晶體Q15的集電極電流減少，輸出電晶體Q2的基極電流I7減少，放電電流的值變小。因此，不發生放電電流的陡峭變化。
通過以上動作，即使施加在輸入端子15的負載控制輸入信號S1為高通過速率的脈衝，也不會向電容性負載CL提供過量的充電電流和放電電流。
如以上說明，在該電容性負載驅動電路中，即使是在負載控制輸入信號S1的通過速率高的場合，能夠通過頻率相關阻抗元件即電容C1、C2限制通過速率，並平滑地進行充放電電流的切換。結果，能夠防止充放電電流的切換時的上衝和下衝的產生。由此，能夠得到不發生上衝和下衝的穩定的輸出波形，防止充放電電流的陡峭變化。
再有，在上述的說明中作為恆定電壓源11、12表示的電位V1、V2，例如或者由將電源電壓進行分壓的電阻分壓電路生成或者為從外部電極輸入的任意電壓值。在使該值可變的場合，例如可通過將電阻分壓電路的分壓電阻作成可變電阻來實現。
如圖2所示，過充電電流防止開關電路61由NPN電晶體Q25構成，該NPN電晶體Q25的集電極與輸出電晶體Q1的基極連接，發射極與輸出端子16連接，基極與恆定電壓源19連接。恆定電壓源19生成比接地端子17的電位高且不大于振幅下限值V1的預定電位，在此例中生成與振幅下限值V1相等的電位。
過放電電流防止開關電路71由PNP電晶體Q26構成，該PNP電晶體Q26的集電極與輸出電晶體Q2的基極連接，發射極與輸出端子16連接，基極與恆定電壓源20連接。恆定電壓源20生成比電源端子17的電位低且不小于振幅上限值V2的預定電位，在此例中生成與振幅上限值V2相等的電位。
在該場合，也可以取代恆定電壓源19、20而使用使所生成的電位可變的可變電壓源，並使之與取代恆定電壓源11、12所被使用的可變電壓源的電位變化聯動。
在這樣的結構中，能夠防止在使恆定電壓源11、12所生成的電位變化來調整電容性負載CL電位的振幅上限值V1或振幅下限值V2時，與過量電流保護電路23使充電電流提供動作或放電電流抽出動作停止的電位之間產生不匹配，從而能夠防止充電控制差動開關電路和放電控制差動開關電路的控制動作中發生異常。
這裡對上述的異常進行具體說明。在恆定電壓源20的電壓比振幅上限值V2低PNP電晶體Q26的發射極-基極之間電壓Veb以上時，PNP電晶體Q26成為電壓限幅電路，輸出端子16的電壓達不到預定的振幅上限值V2，變成(V20+Vbe)電壓。其中，V20為恆定電壓源20的電壓。
在恆定電壓源19的電壓比振幅下限值V1高出NPN電晶體Q25的發射極-基極之間電壓Veb以上時，NPN電晶體Q25成為電壓限幅電路，輸出端子16的電壓達不到預定的振幅下限值V1，變成(V19-Vbe)電壓。其中，V19為恆定電壓源19的電壓。
以下，參照圖2，就過充電電流防止開關電路61和過放電電流防止開關電路71的動作進行詳細的說明。
在輸入端子15的電位為高電平時，電流I1全部流入到電晶體Q21。電流I1經由由電晶體Q16和電晶體Q17構成的電流鏡電路成為電流I2即輸出電晶體Q1的基極電流，流入輸出電晶體Q1的基極。輸出電晶體Q1通過基極電流的流入，從發射極向電容性負載CL流入充電電流。該充電電流，直到輸出端子16的電位VOUT達到振幅上限值V2，由充電電流開關電路41斷開基極電流為止持續流入。在輸入端子15的電位為高電平時，不向放電用的輸出電晶體Q2提供基極電流，因此，放電用的輸出電晶體Q2不工作。
這時，如果發生輸出端子16與接地端子18之間的短路(接地)，輸出端子16的電位VOUT就變成比振幅下限值V1充分低的電位，因此，NPN電晶體Q25導通(ON)，集電極電流I9流入。這裡，上述電流I2全部成為電流I9，因此，輸出電晶體Q1的基極電流被斷開，停止向輸出端子16提供充電電流。因此，在發生輸出端子16接地的場合，能夠防止過量的充電電流持續流入輸出電晶體Q1。
再有，在圖2的電路中，形成流過NPN電晶體Q25的電流I9流入電容性負載CL的結構，但該電流I9相當於輸出電晶體Q1的基極電流，其值十分小，可被忽略。另外，如果不是由一個NPN電晶體而是採用差動電晶體構成過充電電流防止開關電路61，則也可以採用不使與電流I9相當的電流流入到電容性負載CL的結構。
另一方面，在輸入端子15的電位為低電平時，電流I1全部流入到電晶體Q20。電流I1經由由電晶體Q18與電晶體Q19構成的電流鏡電路和由電晶體Q14與電晶體Q15構成的電流鏡電路，成為電流I7即輸出電晶體Q2的基極電流，從輸出電晶體Q2的基極抽出。輸出電晶體Q2由於其基極電流被抽出，從發射極抽出電容性負載CL的放電電流。該放電電流，直到輸出端子16的電位VOUT達到振幅下限值V1，由放電電流開關電路31斷開基極電流為止持續流出。在輸入端子15的電位為低電平時，不向充電用輸出電晶體Q1提供基極電流，因此，充電用輸出電晶體Q1不工作。
這時，如果發生輸出端子16與電源端子17之間的短路(接源)，輸出端子16的電位VOUT就變成比振幅上限值V2充分高的電位，因此，PNP電晶體Q26導通(ON)，有集電極電流I10流過。這裡，上述電流I7全部成為電流I10，因此，輸出電晶體Q2的基極電流被斷開，停止從輸出端子16抽出放電電流。因此，在發生輸出端子16接源的場合，能夠防止過量的放電電流持續流入輸出電晶體Q2。
將本發明的電容性負載驅動電路用於液晶面板共用電極的驅動的場合，驅動能力高，並內設了防止過量電流的電路，因此，能夠減少本來外設的與之對應的緩衝電路和保護電路，從而能夠減少部件數量。
另外，在本發明的結構中，在達到預定的振幅上限值和振幅下限值時斷開充放電電流，因此，能夠實現低耗電。
權利要求
1.一種向電容性負載提供充電電流，從所述電容性負載抽出放電電流的電容性負載驅動電路，其中設有輸出電路和過量電流保護電路，所述輸出電路具有電源端子、接地端子以及與所述電容性負載連接的輸出端子，進行從所述電源端子向所述電容性負載提供充電電流的充電電流提供動作和從所述電容性負載向所述接地端子抽出放電電流的放電電流抽出動作，所述過量電流保護電路檢測所述輸出端子與所述接地端子之間的短路來停止或抑制所述充電電流提供動作，檢測所述輸出端子與所述電源端子之間的短路來停止或抑制所述放電電流抽出動作；所述輸出電路根據控制輸入信號的狀態，在所述充電電流提供動作和所述放電電流抽出動作中選擇一方。
2.如權利要求1所述的電容性負載驅動電路，其特徵在於所述輸出電路，通過所述充電電流提供動作，直到所述電容性負載的電位達到比所述電源端子的電位低的預定的振幅上限值為止，對所述電容性負載進行充電，通過所述放電電流抽出動作，直到所述電容性負載的電位達到比所述接地端子的電位高的預定的振幅下限值為止，對所述電容性負載進行放電。
3.如權利要求1所述的電容性負載驅動電路，其特徵在於所述輸出電路設有，集電極與所述電源端子連接、發射極與所述輸出端子連接的第一NPN電晶體，以及集電極與所述接地端子連接、發射極與所述輸出端子連接的第一PNP電晶體；所述過量電流保護電路設有，集電極與所述第一NPN電晶體的基極連接、發射極與所述輸出端子連接、基極與生成比所述接地端子的電位高的預定電位的第一電壓源連接的第二NPN電晶體，以及集電極與所述第一PNP電晶體的基極連接、發射極與所述輸出端子連接、基極與生成比所述電源端子的電位低的預定電位的第二電壓源連接的第二PNP電晶體。
4.如權利要求2所述的電容性負載驅動電路，其特徵在於所述輸出電路設有，集電極與所述電源端子連接、發射極與所述輸出端子連接的第一NPN電晶體，以及集電極與所述接地端子連接、發射極與所述輸出端子連接的第一PNP電晶體；所述過量電流保護電路設有，集電極與所述第一NPN電晶體的基極連接、發射極與所述輸出端子連接、基極與生成比所述接地端子的電位高且不大於所述振幅下限值的預定電位的第一電壓源連接的第二NPN電晶體，以及集電極與所述第一PNP電晶體的基極連接、發射極與所述輸出端子連接、基極與生成比所述電源端子的電位低且不小於所述振幅上限值的預定電位的第二電壓源連接的第二PNP電晶體。
5.如權利要求1所述的電容性負載驅動電路，其特徵在於所述控制輸入信號的狀態周期性地切換。
6.一種向電容性負載提供充電電流，從所述電容性負載抽出放電電流的電容性負載驅動電路，其中設有輸出電路，該輸出電路具有電源端子、接地端子以及與所述電容性負載連接的輸出端子，進行從所述電源端子向所述電容性負載提供充電電流的充電電流提供動作和從所述電容性負載向所述接地端子抽出放電電流的放電電流抽出動作；電流生成電路，該電流生成電路根據控制輸入信號的狀態，在向所述輸出電路提供第一電流以使所述輸出電路選擇充電電流提供動作的第一狀態和向所述輸出電路提供第二電流以使所述輸出電路選擇放電電流抽出動作的第二狀態中選擇一種狀態；充放電控制電路，該充放電控制電路檢測所述電容性負載的電位，並控制所述輸出電路，以使直到所述電容性負載的電位達到預定的振幅上限值為止執行所述充電電流提供動作，在達到所述預定的振幅上限值時停止所述充電電流提供動作，以使直到所述電容性負載的電位達到預定的振幅下限值為止執行所述放電電流抽出動作，在達到所述預定的振幅下限值時停止所述放電電流抽出動作；以及過量電流保護電路，該過量電流保護電路檢測所述輸出端子與所述接地端子之間的短路來停止或抑制所述充電電流提供動作，並檢測所述輸出端子與所述電源端子之間的短路來停止或抑制所述放電電流抽出動作。
7.如權利要求6所述的電容性負載驅動電路，其特徵在於所述輸出電路設有，集電極與所述電源端子連接、發射極與所述輸出端子連接的第一NPN電晶體，以及集電極與所述接地端子連接、發射極與所述輸出端子連接的第一PNP電晶體；所述過量電流保護電路設有，集電極與所述第一NPN電晶體的基極連接、發射極與所述輸出端子連接、基極與生成比所述接地端子的電位高且不大於所述振幅下限值的預定電位的第一電壓源連接的第二NPN電晶體，以及集電極與所述第一PNP電晶體的基極連接、發射極與所述輸出端子連接、基極與生成比所述電源端子的電位低且不小於所述振幅上限值的預定電位的第二電壓源連接的第二PNP電晶體；所述充放電控制電路，通過控制所述第一NPN電晶體和所述第一PNP電晶體的基極電流，控制所述充電電流提供動作和所述放電電流抽出動作的執行和停止。
8.如權利要求7所述的電容性負載驅動電路，其特徵在於所述充放電控制電路設有，生成與所述振幅上限值相等的電位的第三電壓源，生成與所述振幅下限值相等的電位的第四電壓源，在一個輸入端子輸入所述電容性負載的電位、另一輸入端子輸入所述第三電壓源的電位的充電控制差動開關電路，以及在一個輸入端子輸入所述電容性負載的電位、另一輸入端子輸入所述第四電壓源的電位的放電控制差動開關電路；所述充電控制差動開關電路根據所述電容性負載的電位與所述第三電壓源的電位之間的比較結果，斷續地控制向所述第一NPN電晶體的基極電流，所述放電控制差動開關電路根據所述電容性負載的電位與所述第四電壓源的電位之間的比較結果，斷續地控制所述第一PNP電晶體的基極電流。
9.如權利要求8所述的電容性負載驅動電路，其特徵在於所述第三和第四電壓源的電位為可變，所述第一電壓源的電位與所述第四電壓源的電位聯動變化，所述第二電壓源的電位與所述第三電壓源的電位聯動變化。
10.如權利要求8所述的電容性負載驅動電路，其特徵在於所述第一電位與所述第四電位相等，且所述第二電位與所述第三電位相等。
11.如權利要求6所述的電容性負載驅動電路，其特徵在於通過在所述電流生成電路與所述輸出電路之間設置頻率相關阻抗元件，並將所述輸出電路的輸出電流的一部分經由所述頻率相關阻抗元件反饋到所述電流生成電路，抑制所述電流生成電路的輸出狀態的切換時的通過速率。
12.如權利要求6所述的電容性負載驅動電路，其特徵在於所述控制輸入信號的狀態周期性地切換。
13.一種液晶顯示裝置，其中設有液晶面板共用電極、輸出電路以及過量電流保護電路，所述輸出電路具有電源端子、接地端子以及與所述液晶面板共用電極連接的輸出端子，進行從所述電源端子向所述液晶面板共用電極提供充電電流的充電電流提供動作和從所述液晶面板共用電極向所述接地端子抽出放電電流的放電電流抽出動作，所述過量電流保護電路檢測所述輸出端子與所述接地端子之間的短路來停止或抑制所述充電電流提供動作，並檢測所述輸出端子與所述電源端子之間的短路來停止或抑制所述放電電流抽出動作；所述輸出電路根據控制輸入信號的狀態，在所述充電電流提供動作和所述放電電流抽出動作中選擇一方。
14.一種液晶顯示裝置，其中設有液晶面板共用電極；輸出電路，該輸出電路具有電源端子、接地端子以及與所述液晶面板共用電極連接的輸出端子，進行從所述電源端子向所述液晶面板共用電極提供充電電流的充電電流提供動作和從所述液晶面板共用電極向所述接地端子抽出放電電流的放電電流抽出動作；電流生成電路，該電流生成電路根據控制輸入信號的狀態，在向所述輸出電路提供第一電流以使所述輸出電路選擇充電電流提供動作的第一狀態和向所述輸出電路提供第二電流以使所述輸出電路選擇放電電流抽出動作的第二狀態中選擇一種狀態；充放電控制電路，該充放電控制電路檢測所述液晶面板共用電極的電位，並控制所述輸出電路，以使直到所述液晶面板共用電極的電位達到預定的振幅上限值為止執行所述充電電流提供動作，在達到所述預定的振幅上限值時停止所述充電電流提供動作，以使直到所述液晶面板共用電極的電位達到預定的振幅下限值為止執行所述放電電流抽出動作，在達到所述預定的振幅下限值時停止所述放電電流抽出動作；以及過量電流保護電路，該過量電流保護電路檢測所述輸出端子與所述接地端子之間的短路來停止或抑制所述充電電流提供動作，並檢測所述輸出端子與所述電源端子之間的短路來停止或抑制所述放電電流抽出動作。
全文摘要
在輸出端子與電源端子或接地端子之間發生短路時，防止過量的電流流過輸出電路。為此，設置了具有電源端子、接地端子以及與電容性負載連接的輸出端子的輸出電路。輸出電路按照負載控制輸入信號的狀態，有選擇地進行從電源端子向電容性負載提供充電電流的充電電流提供動作和從電容性負載向接地端子抽出放電電流的放電電流抽出動作。另外，通過設置過充電電流防止開關，檢測輸出端子與接地端子之間的短路來停止或抑制充電電流提供動作。另外，通過設置過放電電流防止開關，檢測輸出端子與電源端子之間的短路來停止或抑制放電電流抽出動作。
文檔編號H03K17/08GK1525645SQ20031012252
公開日2004年9月1日 申請日期2003年12月1日 優先權日2003年2月28日
發明者天野祐司, 韮澤敬央, 濱口英雄, 天野 司, 央, 雄 申請人:松下電器產業株式會社