本发明涉及一种 LCD驱动电路，尤其涉及一种 LCD驱动电路的 DC/DC 模块。 背景技术

通常， 有源矩阵显示设备包括行驱动器和列驱动器， 以驱动以矩阵形式 布置的点 （dot)。 使用液晶显示器 （LCD)、 等离子体显示面板 （PDP) 和有 机发光二极管显示器 （OLED) 作为有源矩阵显示设备。

近年来， 液晶显示器 （LCD) 已成为更流行的平板显示器中的一种， 除 了其他的应用以外， 所述平板显示器还可被用作电视和计算机的监 视器、 个 人数字助理（PDA) 以及移动电话。 随着对 LCD的改善的研究的继续， 已经 开拓了制造 LCD装置的各种新方法，其中一个重要的领域就 是对液晶显示的 驱动电路的改进。

目前 LCD驱动电路的输入电压通常为 12V,然后通过 DC/DC模块 /架构 将输入电压转换成 LCD显示所需要的各种电压值。 现在 LCD显示所需要的 电压有液晶驱动输出的上限电压 VAA ( 15V左右）， 液晶驱动输出的下限电 压 VBB (接地）， VDD (通常为 3.3V, 是诸如 EEPROM的一些 IC的逻辑电 路的工作电压）， TFT的栅极关断电压 VGL (通常为 -6V左右）、 TFT的栅极 导通电压 VGH (通常为 33V左）。

图 1是现有技术的 LCD驱动电路的 DC/DC模块的示意图。 参见图 1， 现有技术通常使用图 1的 DC/DC模块来进行输入电压的转换。 DC/DC模块 的输入电压为 12V, 通过 DC/DC模块将输入电压转换成 LCD显示所需的各 种电压。

12V的输入电压通过 Boost电路产生 VAA, 电压为 15V左右。 Boost变 换器也称升压式变换器， 是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直 流变 换器。 Boost电路的工作原理图可以参见图 2， 其中， Q为开关管， 其驱动电 压一般为 PWM (脉宽调制）信号， 信号周期为 Ts， 则信号频率为 f=l/Ts， 导 通时间为 Ton, 关断时间为 Toff, 则周期 Ts=Ton+Toff， 占空比 Dy= Ton/Ts。 Boost电路的最大占空比 Dy必须限制， 不允许在 Dy=l的状态下工作。 电感 Lf在输入侧， 称为升压电感。

12V的输入电压通过 BUCK电路产生 VDD, 电压为 3.3V左右。 Buck 变换器也称降压式变换器， 是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直 流 变换器。 Buck电路的工作原理图可以参见图 3， 其中， 图中， Q为开关管， 其驱动电压一般为 PWM信号， 信号周期为 Ts， 占空比 Dy= Ton/Ts。

12V的输入电压通过负电荷泵 （Negative charge pump) 产生 -6V左右的 TFT的栅极关断电压 VGL， 且 12V的输入电压通过电荷泵 （Charge pump) 产生 33V左右的 TFT的栅极导通电压 VGH。 电荷泵也称为开关电容式电压 变换器， 是一种利用所谓的"快速" （flying) 或"泵送"电容 （而非电感或变压 器） 来储能的 DC-DC(变换器)。 它们能使输入电压升高或降低， 也可以用于 产生负电压。 其内部的 FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电 和放 电， 从而使输入电压以一定因数 (0.5,2或 3)倍增 或降低， 从而得到所需要的 输出电压。 这种特别的调制过程可以保证高达 80%的效率。 由于电路是开关 工作的， 电荷泵结构也会产生一定的输出紋波和 EMI(电磁干扰)。 电荷泵的 工作原理可以参见图 4， 图 4 (a) 是最简单的正电荷泵的电路原理图， 图 4 (b)是其相应的输入输出波形。 下面简单描述一下其工作原理， 电压变换在 两个阶段内得以实现。 在第一个阶段期间， 开关 S1 和 S2关闭， 而开关 S3 和 S4断开， 电容充电到其值等于输入电压， 即 U ₊ -U _=U =U _IN 。在第二个 阶段， 开关 S3和 S4关闭， 而 S1和 S2打开。 因为电容两端的电压降不能立 即改变， 输出电压则跳变到输入电压值的两倍， 即 UoufU!N+Ucf U!N , 使 用这种方法可以实现电压的倍压， 通常开关信号的占空比为 50 %时， 能产生 最佳的电荷转移效率。 当然， 这只是一种简单的计算过程， 实际输出电压并 非 2 U _IN 。 负电荷泵的原理类似， 在此不再叙述。

现有技术的 DC/DC架构的缺陷是： 需要 Boost做升压， 结构复杂， 硬件 成本较高。 另外， 随着面板尺寸的加大， 以及 GOA等架构， 要求栅极的关断 电压的输出能力够强， 而现有技术的负电荷泵 （Negative charge pump) 是靠 电容实现电压转换的， 带载能力较弱， 只能维持 150mA的输出。 发明内容

本发明的目的在于提供一种 LCD驱动电路的 DC/DC模块， 省掉 Boost 和负 Charge Pump架构， 降低成本。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提 供一种 DC/DC模块，包括: Buck-Boost电路， 用于将 DC/DC模块的输入电压转换成栅极关断电压 VGL; LD0电路， 与 Buck-Boost电路串联， 用于将从 Buck-Boost电路输入的电压 转换成液晶驱动输出的下限电压 VBB; BUCK电路， 用于将 DC/DC模块的 输入电压转换成特定 IC的工作电压 VDD; 电荷泵电路， 用于将 DC/DC模块 的输入电压转换成栅极导通电压 VGH, 其中， DC/DC 模块的输入电压直接 用作液晶驱动输出的上限电压 VAA。

所述下限电压 VBB为负电压。

栅极关断电压 VGL为 -9V左右， 下限电压 VBB为 -3 V左右。

DC/DC模块的输入电压为 12V。

VDD的电压为 3.3 V左右， 栅极导通电压 VGH为 33V左右。

上限电压 VAA用作 LCD的数据驱动器的输出端的 OP的第一电源， 下 限电压 VBB用作 LCD的数据驱动器的输出端的 OP的第二电源。

Buck-Boost电路包括开关管 Ql、 PWM控制模块、 电感 Ll、 电容 Cl、 二极管 Dl、 比较器和输出端的电阻。

在 Buck-Boost电路中， PWM控制模块与开关管 的栅极相连， PWM控 制模块根据由输出端的电阻产生的反馈电压调 节 PWM控制模块的输出脉冲 的占空比， 进而调节 Buck-Boost的输出端的输出电压。

LDO电路包括双极结型晶体管 BJT、 比较器和输出端的电阻。

BJT工作在线性区域， 输出端电压由所述电阻分压， 产生反馈电压， 经 过比较器与基准电压 Vref比较放大后，反馈至 BJT,使 BJT 处于线性区的不 同位置， 显示出不同的阻抗特性， 进而控制输出电压。

采用本发明的 DC/DC模块后， 电路结构简单， 硬件成本降低， 同时提高 了带载能力。 附图说明

通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的 描述， 本发明的上述和其 他目的和特点将会变得更加清楚， 其中： 图 1是现有技术的 LCD驱动电路的 DC/DC模块的示意图。

图 2是 BOOST电路的电路原理示意图。

图 3是 BUCK电路的电路原理示意图。

图 4A和图 4B分别是电荷泵 （Charge pump) 的电路原理图和电信号波 形图。

图 5是根据本发明的实施例的 LCD驱动电路的 DC/DC模块的示意图。 图 6是根据本发明的实施例的 Buck-Boost电路与 LDO电路连接的电路 图。

图 7是根据本发明的实施例的液晶显示器的电路� �图。

图 8是图 7中示出的数据驱动器的输出端的架构的示意� �。 具体实施方式

以下， 参照图 5和图 6来详细说明本发明的实施例。

图 5是根据本发明的实施例的 LCD驱动电路的 DC/DC模块的示意图。 根据本发明的实施例的 LCD驱动电路的 DC/DC模块，包括： Buck-Boost 电路， 用于将输入电压转换成栅极关断电压 VGL _; LDO电路， 与 Buck-Boost 电路串联， 用于将从 Buck-Boost电路输入的电压转换成液晶驱动输出� �下限 电压 VBB; BUCK电路， 用于将输入电压转换成特定 IC的工作电压 VDD; 电荷泵电路， 用于将输入电压转换成栅极导通电压 VGH, 其中， DC/DC模 块的输入电压直接用作液晶驱动输出的上限电 压 VAA。其中，VBB为负电压。

具体地说， 通过 BUCK电路产生 VDD， VDD的电压为 3.3V左右， 主 要用于例如向诸如 EEPROM的一些 IC的逻辑电路提供工作电压， 或者向数 据驱动器的前端的解码提供逻辑电压；在 DC/DC模块中，通过电荷泵（Charge pump) 产生 33V左右的 TFT的栅极导通电压 VGH。

在根据本发明的实施例的 DC/DC模块中，使用串联的 Buck-Boost和 LDO 来提供 -9V到 -3V的电压， 具体地讲， Buck-Boost电路提供 -9V左右的的栅极 关断电压 VGL， LDO电路可以获得 -3V左右的下限电压 VBB。

其中， Buck-Boost变换器也称升降压式变换器， 是一种输出电压既可低 于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器 ， 但其输出电压的极性与输入 电压相反。 Buck-Boost变换器可看做是 Buck变换器和 Boost变换器串联而成， 合并了开关管。 其中， LDO 是线性稳压器中的低压降线性稳压器。线性稳 压器使用在其 线性区域内运行的晶体管或 FET, 从应用的输入电压中减去超额的电压， 产 生经过调节的输出电压。 所谓压降电压， 是指稳压器将输出电压维持在其额 定值上下 lOOmV之内所需的输入电压与输出电压差额的最� ��值。 正输出电 压的 LDO (低压降)稳压器通常使用功率晶体管（也称为� ��递设备)作为 PNP。 这种晶体管允许饱和， 所以稳压器可以有一个非常低的压降电压， 通常为 200mV左右； 与之相比， 使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压 降为 2V左右。

LDO具有非常低的输入输出电压差、 非常小的内部损耗、很小的温度漂 移、 很高的输出电压稳定度、 很好的负载和线性调整率、 很宽的工作温度范 围、 较宽的输入电压范围、 外围电路非常简单， 使用起来极为方便。

根据本发明的实施例的 Buck-Boost与 LDO串联连接的电路的工作原理 是： PWM控制模块 1与开关管 Q1 的栅极相连， 当开关管 Q1导通时， DC 电源对电感 L1充电， 将电能转换成磁能存储起来。 当 Q1关断时， 电感 L1 将磁能转换成电能， 释放出来， 由电磁定律可知， 此时二极管 D1 导通， Buck-Boost的 Vout端的电压与 DC方向相反。输出端电压经输出端的两个电 阻分压，产生反馈电压，经比较器 3与基准电压 Vref比较放大后反馈至 PWM 控制模块 1， PWM控制模块 1根据反馈电压， 调节 PWM控制模块 1的输出 脉冲的占空比， 进而调节 Buck-Boost的输出端 Vout的输出电压。

从 Buck-Boost的输出端 Vout输入到 LDO的电压经由双极结型晶体管 BJT 2传输到输出端， BJT 2工作在线性区域 （可变电阻区） ， 输出端电压由 电阻分压， 产生反馈电压， 经过比较器 4与基准电压 Vref比较放大后， 反馈 至 BJT 2, 使 BJT 2处于线性区的不同位置， 显示出不同的阻抗特性， 进而控 制输出电压。

图 7是根据本发明的实施例的液晶显示器的电路� �图。

如前面所述， 现在 LCD 显示所需要的电压有液晶驱动输出的上限电压

VAA、 液晶驱动输出的下限电压 VBB、 VDD、 TFT的栅极关断电压 VGL、

TFT的栅极导通电压 VGH。

参见图 7， VGL和 VGH被提供给栅极驱动器， 液晶驱动输出的上限电 压 VAA和液晶驱动输出的下限电压 VBB被提供给数据驱动器， 用作数据驱 动器的输出端中的运算放大器的两个电源。 图 8是图 7中示出的数据驱动器的输出端的架构的示意� �。 参见图 8， 数据驱动器在输出端包括数模转换器 DAC和与之对应的运算放大器 （OP)， 这些 OP是双电源运放， 两个电源端分别接液晶驱动输出的上限电压 VAA和 液晶驱动输出的下限电压 VBB, OP的正相输入端与 DAC相连， OP的反相 输入端与输出端相连， 因此由于电压跟随效应， U。接近于 允许输入电压 Ui在 VAA与 VBB之间的一定范围内变化。在现有技术中， LCD的数据驱动 器中的 VAA由 Boost电路产生的 15V左右的电压提供， VBB则直接接地。 而在本发明的实施例中， 发明人突破了思维定势， 考虑到 OP 的两个电源只 需要相差 15V即可正常运转， 并不需要将 VBB接地， 发明人通过使用串联 的 Buck-Boost和 LDO代替现有技术中的并行的 Boost电路和负电荷泵电路， 利用 Buck-Boost和 LDO的串联结构实行两步降压， 用第一步降压后的电压 作为栅极关断电压 VGL, 用第二步 LDO稳压降压后的 -3V负电压作为 VBB 来驱动数据驱动器中的 OP (即， 使用负压驱动 OP), 而让 VAA直接由输入 电压 12V提供， 节省了硬件成本， 增强了带载能力。 最终， 本申请在数据驱 动器中采用 -3V到 12V来驱动 LCD面板，也可以实现 LCD画面的正常显示。

将液晶的驱动电压由 0到 15V驱动变为 -3到 12V驱动， 有以下优点：

1、 电路结构简单， 硬件成本降低。 用 Buck-Boost产生 -9V作为栅极端 的关断电压 VGL, 用 LDO产生 -3V, 作为液晶驱动输出电压的下限， 相比之 前的架构（用 Boost产生 15V的正压， 用 Negative charge pump产生负压作为 栅极关断电压 VGL) , 本申请的硬件成本更加低廉。

2、 随着面板尺寸的加大， 以及 GOA等架构， 要求 Gate的关断电压的输 出能力够强， 而传统的 Negative charge pump是靠电容实现电压转换的， 带载 能力较弱， 只能维持 150mA的输出， 而如果换用 Buck-Boost产生 Gate的关 断电压 （-6V), 硬件成本又会提高。 在根据本发明的实施例的新方案中， 用 Buck-Boost不仅产生了新的 Gate的关断电压（-9V, 由于 VBB变化， 为了保 证栅极漏极之间的 -6V 的电压差以彻底关断晶体管， 所以栅极关断电压变为 -9V), 还连同廉价的 LDO—起产生了液晶驱动的下限电压（-3V), 实现了一 个器件两种用途， 相应地降低了整个 DC/DC模块的成本和系统的复杂度。

虽然本发明采用了 -9V、 -3V以及 DC/DC模块的输入电压 12V这些具体 的电压数值， 但是如本领域技术人员所知， 这些具体的电压数值可以根据实 际情况变化， 只要保证 VBB为负值即可。 虽然上面已经详细描述了本发明的示例性实施 例， 但本发明所属技术领 域中具有公知常识者在不脱离本发明的精神和 范围内， 可对本发明的实施例 做出各种的修改、 润饰和变型。 但是应当理解， 在本领域技术人员看来， 这 些修改、 润饰和变型仍将落入权利要求所限定的本发明 的示例性实施例的精 神和范围内。

最后， 除非这里指出或者另外与上下文明显矛盾， 否则这里描述的所有 方法的步骤可以以任意合适的顺序执行。