DC-DC转换器及其驱动方法与流程

本申请要求于2015年7月28日提交至韩国知识产权局的第10-2015-0106659号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明的示例性实施方式的一个或多个方面涉及DC-DC转换器及其驱动方法。

背景技术：

随着信息技术发展，使作为信息与用户之间的连接媒介的显示设备的重要性变得明显。相应地，诸如液晶显示装置和/或有机发光显示装置的显示设备的使用已经增加。

显示设备包括位于扫描线和数据线的交叉区域处的像素、驱动扫描线的扫描驱动器以及驱动数据线的数据驱动器。

显示设备包括产生用于驱动显示设备的电压的DC-DC转换器。DC-DC转换器是用于通过使用诸如电感器等的储能装置来转换电压的装置。也就是说，DC-DC转换器通过输入电压的升压或降压来产生电压，并且将产生的电压作为输出电压供应。

DC-DC转换器包括电流保护部以防止或减少由大电流引起的对部件的损坏。电流保护部使多个电阻器串联连接，并且与流进串联连接的电阻器的电流的量(例如，电流值)对应地控制DC-DC转换器的操作。

也就是说，电流保护部检测与电流值对应的、施加至电阻器的电压，并且与检测到的电压对应地控制DC-DC转换器的操作。但是，当多个电阻器串联连接时，可能产生高热量，而且可能出现高能耗。而且，因为施加至电阻器的电压值是考虑了操作裕度而设定的，所以可能难以防止 或减少由瞬时电流增加引起的对部件的损坏。

该背景部分中公开的以上信息用于加深对本发明的背景的理解，且因此，其可包含不构成现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明的一个或多个示例性实施方式针对防止或减少由电流对其部件的损坏的DC-DC转换器及其驱动方法。

根据本发明的实施方式，DC-DC转换器包括：开关电路，配置为改变输入电压的电压值并且产生输出电压；反馈电路，连接在输出电压被供应至的输出端子和第一电源之间，且配置为产生与输出电压对应的反馈电压；栅极脉冲产生器，配置为通过利用反馈电压产生待供应至开关电路的栅极脉冲；电流保护器，配置为通过利用反馈电压和栅极脉冲来控制开关电路；以及电压保护器，配置为通过利用反馈电压来控制开关电路。

开关电路可包括第一晶体管、电感器、二极管和第二晶体管，第一晶体管、电感器和二极管可连接在输入电压被输入至的输入端子和输出端子之间，以及第二晶体管可连接在第一节点和第一电源之间，第一节点是电感器和二极管的公共节点。

电流保护器可配置为在反馈电压低于第一参考电压时且当与栅极脉冲对应的DC电压高于第二参考电压时截止第一晶体管。

电流保护器可包括：第一比较器，配置为比较反馈电压与第一参考电压，并且配置为在第一参考电压高于反馈电压时产生第一控制信号；DC转换器，配置为将栅极脉冲转换成DC电压；第二比较器，配置为比较DC电压与第二参考电压，并且配置为在DC电压高于第二参考电压时产生第二控制信号；逻辑门，配置为在第一控制信号和第二控制信号输入至逻辑门时输出电流保护信号；以及电流保护晶体管，连接在第一晶体管的栅电极和第一电源之间，电流保护晶体管的栅电极连接至逻辑门。

电流保护晶体管可配置为在电流保护信号被供应时截止。

DC-DC转换器还可包括反相器，该反相器连接在逻辑门和电流保护晶体管之间。

电流保护晶体管可配置为在从反相器反相的电流保护信号供应至电流保护晶体管时截止。

逻辑门可包括与门。

DC转换器可包括积分器，该积分器包括电阻器和电容器。

电压保护器可包括：电压保护晶体管，连接在第二晶体管的栅电极和第一电源之间，并且配置为在电压保护信号供应至电压保护晶体管时截止第二晶体管；以及比较器，配置为比较反馈电压与第三参考电压，并且配置为在反馈电压高于第三参考电压时提供电压保护信号。

第一电源的电压值可以比输入电压和输出电压的电压值低。

第一电源可以是基础电源(GND)。

反馈电路可包括第一电阻器和第二电阻器，第一电阻器和第二电阻器连接在输出端子和第一电源之间，以及第一电阻器和第二电阻器之间的公共节点的电压可以是反馈电压。

根据本发明的实施方式，DC-DC转换器的驱动方法包括：通过利用与供应至输出端子的输出电压对应的反馈电压产生栅极脉冲以控制第二晶体管；以及与栅极脉冲和反馈电压对应地控制第一晶体管导通或截止。其中，DC-DC转换器包括第一晶体管、电感器、二极管和第二晶体管，第一晶体管、电感器和二极管连接在输入端子和输出端子之间，第二晶体管连接在第一节点和第一电源之间，并且第一节点是电感器和二极管的公共节点。

栅极脉冲的产生可包括控制栅极脉冲的占空比以保持反馈电压的恒定电平。

第一晶体管的控制可包括：比较反馈电压与第一参考电压，并且在第一参考电压高于反馈电压时产生第一控制信号；将栅极脉冲转换成DC电压；比较DC电压与第二参考电压，并且在DC电压高于第二参考电压时产生第二控制信号；以及在第一控制信号和第二控制信号产生时截止第一晶体管。

附图说明

从参照附图的示例性实施方式的以下详细描述，本发明的以上以及 其它方面和特征将对本领域技术人员变得显而易见，其中，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

图1示出了根据本发明的实施方式的DC-DC转换器。

图2A-2B示出了根据本发明的实施方式的在如图1中所示的栅极脉冲产生部中产生的栅极脉冲。

图3示出了根据本发明的实施方式的如图1中所示的电压保护部。

图4示出了根据本发明的实施方式的如图1中所示的电流保护部。

图5示出了根据本发明的另一实施方式的如图1中所示的电流保护部。

具体实施方式

在下文中，将参照附图更详细地描述示例性实施方式，其中，在说明书全文中，相同的附图标记表示相同的元件。但是，本发明可以以多种不同的形式实施，且不应被解释为仅限于本文中所说明的实施方式。更确切地，这些实施方式作为示例被提供以使得本公开将是全面且完全的，并且将充分地向本领域技术人员传达本发明的方面和特征。相应地，可不描述对于具有本领域普通技术的人员为了完全理解本发明的方面和特征而不必需的过程、元件和技术。除非另外说明，否则，在全部附图和文字描述全文中，相同的附图标记表示相同的元件，并因此，可不重复其描述。

在附图中，为了清楚，元件、层和区域的相对尺寸可被夸大。为了便于解释，在本文中可使用诸如“在……下(beneath)”、“在……之下(below)”、“下(lower)”、“在……下方(under)”、“在……之上(above)”、“upper(上)”等的空间相对措辞来描述如附图中所示的一个元件或特征与另一元件(多个元件)或特征(多个特征)的关系。将理解的是，除了附图中描绘的定向外，空间相对措辞旨在包含装置在使用或操作时的不同定向。例如，如果附图中的装置翻转，则描述为在其它元件或特征“之下”或“下”或“下方”的元件将定向为在其它元件或特征“之上”。因此，示例措辞“在……之下(below)”和“在……下方(under)”可包含之上和之下两个定向。装置可以是其它定向的(例 如，旋转90度或处于其它定向)，并且，本文中所使用的空间相对描述语应被相应地解释。

将理解的是，当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“连接至”或“联接至”另一元件或层时，其可直接在另一元件或层上、直接连接至或联接至另一元件或层，或者可存在一个或多个介于其间的元件或层。另外，还将理解的是，当元件或层被称为在两个元件或层“之间”时，其可以是该两个元件或层之间唯一的元件或层，或者也可存在一个或多个介于其间的元件或层。

图1示出了根据本发明的实施方式的DC-DC转换器。

参照图1，根据本发明的实施方式的DC-DC转换器可包括开关部(例如，开关电路)100、反馈部(例如，反馈电路)102、电压保护部(例如，电压保护器)104、栅极脉冲产生部(例如，栅极脉冲产生器)106和电流保护部(例如，电流保护器)108。

开关部100可通过与从栅极脉冲产生部106供应的栅极脉冲GP对应地改变输入电压Vin的电压值来产生输出电压Vout。开关部100可包括第一晶体管M1、电感器L、二极管D、第二晶体管M2和输出电容器Cout。电感器L和二极管D可连接在输入端子1和输出端子2之间。第二晶体管M2可连接在第一节点N1和第一电源VSS(例如，第一电源或第一电力源)之间，其中，第一节点N1是电感器L和二极管D的公共节点。输出电容器Cout可连接在输出端子2和第一电源VSS之间。

第一晶体管M1可连接在输入端子1和电感器L之间，其中，输入电压Vin供应至输入端子1。而且，第一晶体管M1的栅电极可连接至电流保护部108。

第一晶体管M1可与电流保护部108的控制对应地导通或截止。当第一晶体管M1导通时，输入电压Vin可供应至电感器L，使得DC-DC转换器可被正常驱动。当第一晶体管M1截止时，输入电压Vin可不供应至电感器L，使得DC-DC转换器可不产生输出电压Vout。第一晶体管M1可包括PMOS晶体管(例如，实现为PMOS晶体管或由PMOS晶体管形成)，但是本发明不限于此。

电感器L可连接在第一晶体管M1和第一节点N1之间。电感器L 可充有与电感器L中流动的电流的电流值对应的电能。

二极管D可连接在第一节点N1和输出端子2之间。二极管D可将电感器L中充有的能量传输至输出端子2，并且可防止或基本上防止输出电压Vout被供应至电感器L。即，二极管D可连接成使得电流从第一节点N1流至输出端子2。

第二晶体管M2可连接在第一节点N1和第一电源VSS之间。第二晶体管M2可与从栅极脉冲产生部106供应的栅极脉冲GP对应地导通或截止。当第二晶体管M2导通或截止时，电能可与在电感器L中流动的电流对应地被充入电感器L中。另外，第一电源VSS可设定成比输入电压Vin和输出电压Vout的电压低的电压。例如，第一电源VSS可设定成基础电源GND。而且，第二晶体管M2可包括NMOS晶体管(例如，实现为NMOS晶体管或由NMOS晶体管形成)，但是本发明不限于此。

输出电容器Cout可连接在输出端子2和第一电源VSS之间。输出电容器Cout可存储从二极管D供应的电能，并且可将存储的电能供应至输出端子2来作为输出电压Vout。

反馈部102可划分输出电压Vout，并且可相应地输出反馈电压FB。反馈部102可包括连接在输出端子2和第一电源VSS之间的第一电阻器R1和第二电阻器R2。通过划分输出电压Vout而产生的反馈电压FB可施加至第一电阻器R1和第二电阻器R2之间的公共节点。

栅极脉冲产生部106可使用反馈电压FB、参考电压和斜坡波形(例如，三角波)产生栅极脉冲GP。例如，当反馈电压FB减小时，栅极脉冲产生部106可产生如图2A中所示的具有增加的占空比的栅极脉冲GP。而且，例如，当反馈电压FB增大时，栅极脉冲产生部106可产生如图2B中所示的具有减小的占空比的栅极脉冲GP。

当栅极脉冲GP的占空比增大时，第二晶体管M2的导通时间可增加，并且输出电压Vout的电压值可增大。当栅极脉冲GP的占空比减小时，第二晶体管M2的导通时间可减小，并且输出电压Vout的电压值可减小。也就是说，栅极脉冲产生部106可与反馈电压FB对应地控制栅极脉冲GP的占空比，以保持或基本上保持输出电压Vout具有恒定或基本上恒定的电平。

如上所述，栅极脉冲产生部106可产生与反馈电压FB对应的栅极脉冲GP。栅极脉冲产生部106可以以对本领域技术人员来说显而易见的各种适当的电路实现。

电压保护部104可与反馈电压FB对应地控制第二晶体管M2导通或截止。例如，电压保护部104可在反馈电压FB高于第三参考电压(例如，预设的第三参考电压)Vref3时使第二晶体管M2截止。电压保护部104可用于在输出电压Vout反常地增大时停止DC-DC转换器的操作。

电流保护部108可与反馈电压FB和栅极脉冲GP对应地控制第一晶体管M1导通或截止。电流保护部108可在流进第二晶体管M2中的电流反常地增大时截止第一晶体管M1。当第一晶体管M1截止时，DC-DC转换器的操作可停止。

图3示出了根据本发明实施方式的如图1中所示的电压保护部。

参照图3，根据本发明的实施方式的电压保护部(例如，电压保护器)104可包括比较部(例如，比较器)1041和电压保护晶体管Mpv。电压保护晶体管Mpv可连接在第二晶体管M2的栅电极和第一电源VSS之间。电压保护晶体管Mpv可在电压保护信号(例如，高电压)从比较部1041供应时导通。当电压保护晶体管Mpv导通时，第一电源VSS可供应至第二晶体管M2的栅电极，并且第二晶体管M2可不考虑栅极脉冲GP地被截止。

比较部1041可接收反馈电压FB和第三参考电压Vref3。比较部1041可在反馈电压FB高于第三参考电压Vref3时输出电压保护信号。第三参考电压Vref3可具有用来确定反常电压的电压值，并且因此，可具有用于确定反常电压的适当的值(例如，设定成适当的预定值)。

图4示出了根据本发明实施方式的如图1中所示的电流保护部(例如，电流保护器)。

参照图4，根据本发明的实施方式的电流保护部108可包括第一比较部(例如，第一比较器)1081、第二比较部(例如，第二比较器)1082、逻辑门1083、反相器1084、DC电压转换部(例如，DC电压转换器)1085和电流保护晶体管Mpi。

电流保护晶体管Mpi可连接在第一晶体管M1的栅电极和第一电源 VSS之间。而且，电流保护晶体管Mpi的栅电极可经由反相器1084连接至逻辑门1083。电流保护晶体管Mpi可在反相的电流保护信号(例如，低电压)从反相器1084供应时截止。当电流保护晶体管Mpi截止时，第一电源VSS的电压可不供应至第一晶体管M1的栅电极，使得第一晶体管M1可截止。当第一晶体管M1截止时，DC-DC转换器的操作可停止。

第一比较部1081可接收反馈电压FB和第一参考电压Vref1。第一比较部1081可在第一参考电压Vref1高于反馈电压FB时输出第一控制信号(例如，高电压)。

更详细地，在例如当二极管D损坏和/或输出端子2与第一电源VSS短路时的反常情况中，反馈电压FB可降低至第一电源VSS(例如，GND)的电压。第一比较部1081可输出与反馈电压FB的反常状态对应的第一控制信号。第一参考电压Vref1可具有比与反馈电压FB的反常状态对应的第一电源VSS的电压高的电压。

DC电压转换部1085可将栅极脉冲GP转换成DC电压。DC电压转换部1085可包括积分器，积分器包括电阻器R和电容器C。

第二比较部1082可接收来自DC电压转换部1085的DC电压和第二参考电压Vref2。第二比较部1082可在DC电压高于第二参考电压Vref2时输出第二控制信号(例如，高电压)。

更详细地，当反馈电压FB下降时，栅极脉冲GP的占空比可增大来使反馈电压FB上升(例如，栅极脉冲GP的占空比可增大到全占空比)。然后，第二晶体管M2的导通时间可增加，使得强电流可流至第二晶体管M2。当栅极脉冲GP的占空比增大时，来自DC电压转换部1085的DC电压可以比第二参考电压Vref2的电压高，使得第二比较部1082可输出第二控制信号。第二参考电压Vref2的电平可与栅极脉冲GP的占空比(例如，预定的占空比)对应地预先确定。

逻辑门1083可在第一控制信号和第二控制信号输入时输出电流保护信号。也就是说，逻辑门1083可在反馈电压FB反常地下降时并且同时地(例如，同步地)在栅极脉冲GP的占空比增加为比预先设定的占空比高时(例如，当栅极脉冲GP的占空比超过预定的占空比时)输出电流保护信号。逻辑门1083可包括(例如，实现为)与门。

反相器1084可使电流保护信号反相，并且可将反相的电流保护信号供应至电流保护晶体管Mpi。接收反相的电流保护信号的电流保护晶体管Mpi可截止，使得第一晶体管M1可截止。

如上所述，当过电流流至DC-DC转换器时(例如，当反馈电压FB反常地下降且栅极脉冲GP的占空比增加为高于预先设定的占空比时)，根据本发明的实施方式的电流保护部108可通过截止第一晶体管M1来停止DC-DC转换器的操作。而且，根据本发明的实施方式的电流保护部108可通过包括在DC电压转换部1085中的电阻器R和电容器C设定响应速度来控制时间常数。

图5示出了根据本发明另一实施方式的如图1中所示的电流保护部(例如，电流保护器)。

参照图5，具有与图4中的附图标记相同的附图标记的元件表示相同的元件，并因此，可省略其重复描述。

参照图5，根据本发明的另一实施方式的电流保护部108可以以与图4中的电流保护部108的方式相同或基本上相同的方式操作。

但是，图5的电流保护部108中的电流保护晶体管Mpi'可包括(例如，可实现为或形成为)PMOS晶体管，以使得可省略反相器1084。因此，电流保护晶体管Mpi'可在电流保护信号从逻辑门1083被供应时截止。由于驱动方法与图4中的驱动方法相同或基本上相同，所以将省略其详细描述。

根据本发明的一个或多个示例性实施方式，DC-DC转换器及其驱动方法可在电流增大(例如，快速增大)时停止DC-DC转换器的驱动。例如，DC-DC转换器与输入电压的电连接可在反馈电压低于第一参考电压且(例如同时地或同步地)与栅极脉冲对应的DC电压增大到第二参考电压之上时切断(例如，断开)。而且，由于电流的增大(例如，快速增大)可使用比较器和逻辑门检测，所以可获得操作的可靠性。

将理解的是，虽然措辞“第一”、“第二”、“第三”等可在本文中用于描述多种元件、部件、区域、层和/或段，但是这些元件、部件、区域、层和/或段不应受这些措辞限制。这些措辞用于将一个元件、部件、区域、层或段与另一元件、部件、区域、层或段区分开。因此，在不背 离本发明的精神和范围的情况下，下文所描述的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一段可被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二段。

本文中所使用的术语用于描述具体实施方式的目的，且不旨在限制本发明。除非上下文清楚地另外表明，否则，如本文中所使用的，单数形式“一(a)”和“一(an)”旨在也包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用时，措辞“包含(comprises)”、“包含有(comprising)”、“包括(includes)”以及“包括有(including)”说明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。如在本文中所使用的，措辞“和/或”包括相关的所列项中的一个或多个的任意和全部组合。当诸如“……中的至少一个”的表达在元件的列表之后时，修饰元件的整个列表，并不修饰列表中的单个元件。

如本文中使用的，措辞“基本上”、“约”和类似的措辞用作近似的措辞，并非用作程度的措辞，并且旨在考虑将由本领域普通技术人员辨识的测量值或计算值上的固有变化。而且，当描述本发明的实施方式时，“可以(may)”的使用表示“本发明的一个或多个实施方式”。如在本文中使用的，措辞“使用(use)”、“使用(using)”和“被使用(used)”可认为分别与措辞“利用(utilize)”、“利用(utilizing)”和“被利用(utilized)”同义。此外，措辞“示例性的”旨在表示示例或图例。

本文中所描述的根据本发明的实施方式的电子装置或电气装置和/或任何其它相关的装置或部件可利用任何适当的硬件、固件(例如，专用集成电路)、软件、或者软件、固件和硬件的组合实现。例如，这些装置的各种部件可形成在一个集成电路(IC)芯片上或形成在分开的IC芯片上。而且，这些装置的各种部件可实现在柔性印刷电路膜、带载封装(TCP)、印刷电路板(PCB)上，或者可形成在一个衬底上。而且，这些装置的各种部件可以是执行计算机程序指令并且与用于实现本文中所描述的各种功能的其它系统部件互动的、在一个或多个计算装置中的、运行在一个或多个处理器上的程序或进程。计算机程序指令存储在存储 器中，存储器可在计算装置中使用诸如例如随机存取存储器(RAM)的标准存储装置实现。计算机程序指令也可存储在其它非暂时性计算机可读介质中，诸如，例如CD-ROM、闪盘驱动器等。此外，本领域技术人员应认识到的是，在不背离本发明的示例性实施方式的的精神和范围的情况下，各种计算装置的功能可以结合或集成到一个计算装置中，或者特定计算装置的功能可跨一个或多个其它计算装置分布。

除非另外限定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本发明所属技术领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，除非本文中明确地如此限定，否则诸如常用词典中定义的那些术语的术语应被解释成具有与其在相关技术领域和/或本说明书的上下文中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的含义进行解释。

虽然描述了本发明的示例性实施方式，但是将理解的是，本发明不限于这些示例性实施方式，并且如由本领域普通技术人员所理解的，在如所附权利要求及其等同中限定的本发明的精神和范围内可作出各种改变和修改。