升压电路和使用升压电路的液晶显示装置的制作方法

专利名称：升压电路和使用升压电路的液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及升压电路和用于升压电路的操作方法。特别地，本发明涉及通过使用 电荷泵执行升压操作的升压电路，和用于升压电路的操作方法。
背景技术：
电荷泵型升压电路是用于各种装置的基本电路之一。例如，电荷泵型升压电路被 安装在用于移动电话的液晶显示面板驱动IC(集成电路)中。升压电路升压从诸如电池这 样的电源提供的电压以生成用于驱动液晶显示面板的面板驱动电压。即使电源电压被很大地改变，也要求升压电路稳定地提供所想要的输出电压。在 日本专利公开JP-2008-245500A中公开了满足此要求的升压电路的构造。根据此相关技 术，升压电路监测当升压电容器被充电的时段期间的升压电容器的电压和电源电压的和并 且根据和控制升压电容器的充电。根据控制，响应于电源电压调整对升压电容器充电的电 压，并且因此对于广范围的电源电压能够稳定地获得所想要的输出电压。

发明内容
本申请的发明人已经认识到下述要点。根据在上述日本专利申请 JP-2008-245500A中公布的各种升压电路中的任何一个，升压电路的升压比率被固定。为了 扩展电源电压的容许范围，期待的是，升压比率是可切换的。然而，如果切换升压比率时的 操作是不适当的，那么在升压比率被切换时升压电路的输出电压很大地变化。在电路特性 方面这不是优选的。例如，在被安装在液晶显示面板驱动IC中的升压电路的情况下，如果 在升压比率被切换时升压电路的输出电压很大地变化，那么在图像中能够引起条纹不均勻 性。因此想要提供一种升压电路，通过该升压电路，即使电源电压很大地变化，也能够 稳定地获得所想要的输出电压，并且其中，当升压比率被切换时的输出电压的变化小。在本发明的一个示例性实施例中，升压电路具有电荷泵电路，该电荷泵电路被构 造为通过使用升压时钟信号升压电源电压以生成升压输出电压；和控制电路单元，该控制 电路单元被构造为控制电荷泵电路。电荷泵电路具有多个升压电容器；和充电开关，该充 电开关将电源电压提供给升压电容器。电荷泵电路被构造使得通过切换多个升压电容器的 连接关系电荷泵电路的升压比率是可变的。控制电路单元被构造为控制电荷泵电路的升压 比率的切换并且根据基于和的电压选择和执行第一操作和第二操作中的任何一个，第一操 作为与升压时钟信号同步地导通和截止充电开关，第二操作为不管升压时钟信号而截止充 电开关，并且基于和的电压是与在多个升压电容器当中正在被充电的处于充电的升压电容 器的电压和电源电压的和相对应地被生成。通过其在第一操作和第二操作之间切换充电开 关的操作的基于和的电压的值是基准值。当将电荷泵电路的升压比率从第一比率切换到低 于第一比率的第二比率时，控制电路单元将基准值从与第一比率相对应地被确定的第一值 切换到与第二比率相对应地被确定的第二值，并且然后切换电荷泵电路的多个升压电容器的连接关系。在本发明的另一示例性实施例中，升压电路具有电荷泵电路，该电荷泵电路被构 造为通过使用升压时钟信号升压电源电压以生成升压输出电压；和控制电路单元，该控制 电路单元被构造为控制电荷泵电路。电荷泵电路具有多个升压电容器；和充电开关，该充 电开关将电源电压提供给升压电容器；以及放电开关，该放电开关将多个升压电容器中的 一个升压电容器放电到接地。电荷泵电路被构造使得通过切换多个升压电容器的连接关系 电荷泵电路的升压比率是可变的。控制电路被构造为控制电荷泵电路的升压比率的切换并 且根据基于和的电压选择和执行第一操作和第二操作中的任何一个，第一操作为与升压时 钟信号同步地导通和截止充电开关，第二操作为不管升压时钟信号而截止充电开关，并且 基于和的电压是与在多个升压电容器当中正在被充电的处于充电的升压电容器的电压和 电源电压的和相对应地被生成。通过其在第一操作和第二操作之间切换充电开关的操作的 基于和的电压的值是基准值。当将电荷泵电路的升压比率从第二比率切换到高于第二比率 的第一比率时，控制电路单元将基于和的电压的基准值从与第二比率相对应地被确定的第 二值切换到与第一比率相对应地被确定的第一值并且通过放电开关放电一个升压电容器， 并且然后切换电荷泵电路的多个升压电容器的连接关系。根据本发明的升压电路，即使电源电压很大地变化也能够稳定地获得所想要的输出电压，并且在升压比率被切换时的输出电压的变化小。


结合附图，根据某些优选实施例的以下描述，本发明的以上和其它目标、优点和特 征将更加明显，其中图1是示出根据本发明的示例性实施例的液晶显示装置的构造的框图；图2A和图2B均是示出发明人研究的升压电路的构造的电路图；图3A是示出当在图2A和图2B中所示的升压电路中执行二倍升压操作时开关和 电容器的操作的表；图3B是示出当在图2A和图2B中所示的升压电路中执行三倍升压操作时开关和 电容器的操作的表；图4是示出当在图2A和图2B中所示的升压电路中在二倍和三倍之间切换升压比 率时输出电源电压的波形的图；图5A和图5B均是示出根据本发明的示例性实施例的升压电路的构造的电路图；图6A是示出当升压比率被从三倍切换到二倍时图5A和图5B中所示的升压电路 的操作的时序图；图6B是示出当升压比率被从二倍切换到三倍时图5A和图5B中所示的升压电路 的操作的时序图；图7是示出当在图5A和图5B中所示的升压电路中在二倍和三倍之间切换升压比 率时的输出电源电压的波形的图；图8A和图8B均是示出根据本发明的另一示例性实施例的升压电路的构造的电路 图；图9A是示出当在图8A和图8B中所示的升压电路中执行二倍升压操作时开关和电容器的操作的表；图9B是示出当在图8A和图8B中所示的升压电路中执行2. 5倍升压操作时开关 和电容器的操作的表；图IOA是示出当在图8A和图8B中所示的升压电路中执行2. 5倍升压操作时开关 和电容器的操作的表；图IOB是示出当在图8A和图8B中所示的升压电路中执行三倍升压操作时开关和 电容器的操作的表；以及图IlA和图IlB均是根据本发明的又一示例性实施例的升压电路的构造的电路 图。
具体实施方式
现在在此将参考示例性实施例来描述本发明。本领域的技术人员将会理解，能够 使用本发明的教导完成许多可替选的示例性实施例，并且本发明不限于为解释性目的而示 出的示例性实施例。下面将会参考附图描述本发明的升压电路的示例性实施例。在下面的示例性实施 例中，本发明的升压电路应用于液晶显示装置的电源电路。对本领域的技术人员来说显然 的是，升压电路能够被用于除了液晶显示装置之外的各种装置。图1是示出具有根据本发明的示例性实施例的升压电路的液晶显示装置10的构 造的框图。液晶显示装置10具有液晶显示面板1、数据线驱动电路2、扫描线驱动电路3、电 源电路4、显示控制电路5以及电池6。液晶显示面板1具有数据线7和扫描线8。在图1中，数据线7被设置使得在垂 直方向中延伸并且被排列在横向方向中，并且扫描线8被设置使得在横向方向中延伸并且 被排列在垂直方向中。像素被形成在数据线7和扫描线8的各个交叉处。各个像素具有 TFT (薄膜晶体管)11、保持电容器12以及液晶电容器13。TFT 11的栅极被连接至扫描线 8，并且TFT 11的源极(漏极)被连接至数据线7。TFT 11的漏极(源极)被连接至保持 电容器12和液晶电容器13，并且保持电容器12和液晶电容器13的另一端被连接至公共电 极COM。液晶电容器13是具有像素电极、公共电极、以及被填充在像素电极和公共电极之间 的液晶的电容性元件。数据线驱动电路2(驱动器电路单元)响应于数字图像信号输出模拟信号电压 (灰阶电压)以驱动数据线7。扫描线驱动电路3驱动扫描线8以选择各个像素的TFT 11。 电源电路4通过使用升压电路升压从电池6提供的电池电压VBAT (电源电压)以生成电源 电压VDD2 (升压输出电压)，并且将生成的电源电压VDD2提供给数据线驱动电路2和扫描 线驱动电路3。显示控制电路5生成用于控制数据线驱动电路2、扫描线驱动电路3以及电 源电路4的操作的控制信号，并且控制这些电路。从显示控制电路5提供到电源电路4的 控制信号包括升压时钟信号DCCLK。升压时钟信号DCCLK被用作用于操作被设置在电源电 路4中的升压电路的电荷泵电路的升压时钟，如稍后将会加以描述。优选的是，即使电池电压VBAT(电源电压)的变化宽度大，被设置在电源电路4中 的升压电路也能够提供恒定的电源电压VDD2。为了满足此要求，优选的是，升压电路被构造 使得其升压比率是可变的。另外，对于稳定电源电压VDD2来说优选的是，监测当升压电容器被充电时的时段期间的升压电容器的电压和电源电压的和。因此，本申请的发明人首先 研究升压电路，该升压电路被构造为可变地设置升压比率并且监测当升压电容器被充电时 的时段期间的升压电容器的电压和电池电压VBAT的和。图2A和图2B均是示出发明人研 究的升压电路200的构造的电路图。首先，下面将会描述图2A和图2B中所示的升压电容 器 200。图2A和图2B中所示的升压电路200具有电荷泵电路21、加法器/比较电路22、 开关控制电路23和24以及比率切换电路25。电荷泵电路21升压电池电压VBAT (电源电压)以生成电源电压VDD2 (升压输出 电压)并且从升压输出端子21a输出输出电源电压VDD2。为了稳定输出电源电压VDD2，平 滑电容器C13被连接至升压输出端子21a。更加具体地，电荷泵电路21被设置有开关S111 至S119、S11D和S11E，以及升压电容器C11和C12。在示例性实施例中，PM0S晶体管被用 作开关S111、S113、S115、S116、S117以及S119,NM0S晶体管被用作开关S112和S114，并且 传输门(transfer gate)被用作开关S11D和S11E。通过开关控制电路23控制开关S111 至S116、S119、S11D以及S11E,并且通过开关控制电路24控制开关S117和S118。在这里， 开关S117和S118(充电开关)将电池电压VBAT(电源电压)提供给升压电容器C11和C12 以充电这些升压电容器。电荷泵电路21被构造使得通过切换升压电容器C11和C12的连接关系其升压比 率是可变的。具体地，在图2A和图2B的情况下，电荷泵电路21被构造为通过依靠导通/截 止控制开关S111至S119、S11D和S11E来切换升压电容器C11和C12之间的连接关系而执 行“二倍升压操作”和“三倍升压操作”。在电荷泵电路21执行二倍升压操作的情况下，如 图2A中所示，开关S119始终被截止并且其它的开关与升压时钟信号DCCLK同步地被导通/ 截止。应注意的是，当电荷泵电路21执行二倍升压操作，S卩，升压比率是二倍(第二比率) 时，升压电容器CI 1和C12被交替地充电和放电。另一方面，在电荷泵电路21执行三倍升 压操作的情况下，如图2B中所示，开关S113和S115始终被截止并且其它的开关与升压时 钟信号DCCLK同步地被导通/截止。应注意的是，当电荷泵电路21执行三倍升压操作，即， 升压比率是三倍(第一比率)时，升压电容器C11和C12被同时充电和放电。稍后将会更 加详细地描述电荷泵电路21的操作。加法器/比较电路22、开关控制电路23和24以及比率切换电路25组成用于控制 电荷泵电路21的“控制电路单元”。更加具体地，加法器/比较电路22 (加法器电路单元和 比较电路单元)被设置有运算放大器AMP1、比较器CMP1、电阻器元件R11至R17、开关S11B 和S11C、以及恒压源26，该恒压源26输出预定的基准电压VREF。加法器/比较电路22如 下进行操作。首先，加法器/比较电路22具有生成与升压电容器C11的电压VC11、升压电 容器C12的电压V12、电池电压VBAT(电源电压)以及输出电源电压VDD2(升压输出电压) 的和对应的电压VADD(基于和的电压)的功能。通过其输出被连接至它的反相输入的运算 放大器AMP 1和电阻器元件R11至R14来实现此功能。注意，仅当升压电容器被充电时，升 压电容器C11的电压VC11和升压电容器C12的电压VC12被提供给加法器/比较电路22。(1)在电荷泵电路21执行二倍升压操作的情况下，在当升压电容器C11被充电的 时段期间，加法器/比较电路22生成基于和的电压VADD，该基于和的电压VADD是升压电容 器CI 1 (在充电的升压电容器)的电压VC11、电池电压VBAT以及输出电源电压VDD2的和的三分之一。另一方面，在升压电容器C12被充电时的时段期间，加法器/比较电路22生成 基于和的电压VDD，该基于和的电压VDD是升压电容器C12(在充电的升压电容器)的电压 VC12、电池电压VBAT以及输出电源电压VDD2的和的三分之一。(2)在电荷泵电路21执行三倍升压操作的情况下，在当升压电容器Cll和C12被 充电时的时段期间，加法器/比较电路22生成基于和的电压VADD，该基于和的电压VADD是 升压电容器Cll (在充电的升压电容器)的电压VC11、升压电容器C12 (在充电的升压电容 器)的电压VC12、电池电压VBAT以及输出电源电压VDD2的和的四分之一。此外，加法器/比较电路22被构造为将电压VADD分压以生成比较电压VCMP，以将 比较电压VCMP与预定的基准电压VREF进行比较，并且根据比较结果生成输出信号VCTL。 加法器/比较电路22中的开关SllB和SllC和电阻器元件Rl5至Rl7具有将电压VADD转 换为比较电压VCMP的功能。在本示例性实施例中，通过使用开关SllB和SllC可切换比 较电压VCMP与电压VADD的比率。响应于电压监测器切换信号PM0DELIM控制开关SllB和 SllC0更加具体地，当如图2A中所示开关SllB被设置为截止并且开关SllC被设置为导通 时，通过下面的等式来表示比较电压VCMP VCMP = VADDXR17/(R15+R16+R17)
另一方面，当如图2B中所示开关SllB被设置为导通并且开关SllC被设置为截止 时，通过下面的等式表示比较电压VCMP VCMP = VADDX (R16+R17) / (R15+R16+R17)在比较电压VCMP低于基准电压VREF的情况下，肯定(assert)输出信号VCTL (在 本示例性实施例中被设置为高电平)。在比较电压VCMP高于基准电压VREF的情况下，否定 (negate)输出信号VCTL(在本实施例中被设置为低电平)。输出信号VCTL通过其而从低电平切换到高电平或者从高电平切换到低电平的基 于和的电压VADD的值是“基准值”。换言之，当基于和的电压VADD变成基准值时输出信号 VCTL转变。需要在电荷泵电路21执行二倍升压操作和三倍升压操作的情况之间切换基准 值。具体地，在电荷泵电路21执行二倍升压操作的情况中基于和的电压VADD的基准值是 与上述第二比率相对应地被确定的“VADD1”(第二值)。另一方面，在电荷泵电路21执行 三倍升压操作的情况中基于和的电压VADD的基准值是与上述第一比率相对应地被确定的 “VADD2” (第一值)。第二值VADDl需要高于第一值VADD2。上述开关SllB和SllC被用于在VADDl和VADD2之间切换基准值。更加具体地， 在第二升压操作的情况下，电压监测器切换信号PM0DELIM被设置为低电平，并且因此开关 SllB被截止并且开关SllC被导通，如图2A中所示。因此，通过下面的等式来表示在二倍升 压操作的情况下的基准值(第二值)VADDl VADDl = VREFX (R15+R16+R17)/R17... (1)另一方面，在三倍升压操作的情况下，电压监测器切换信号PM0DELIM被设置为高 电平，并且因此开关SllB被导通并且开关SllC被截止，如图2B中所示。因此，通过下面的 等式来表示在三倍升压操作的情况下的基准值(第一值)VADD2 VADD2 = VREFX (R15+R16+R17) / (R16+R17)... (1)这样，控制电路单元通过切换比较电压VCMP与基于和的电压VADD的比率来在第 一值VADD2和第二值VADDl之间切换基准值。在这里应注意的是，三倍升压操作情况中的基准值(第一值)VADD2低于二倍升压操作情况中的基准值(第二值)VADDl。因此通过加 法器/比较电路22生成的输出信号VCTL被提供给开关控制电路24。开关控制电路23具有控制电荷泵电路21的开关Slll至Sl 16、Sl 19、SllD以及 SllE的功能。更加具体地，开关控制电路23与升压时钟信号DCCLK同步地导通/截止控制 开关Slll至S116、S119、S11D以及S11E。在这里，开关控制电路23根据电荷泵电路21是否 执行二倍升压操作或者三倍升压操作来切换导通/截止控制开关Slll至S116、S119、S11D 以及SllE的方法。更加具体地，当电荷泵电路21执行二倍升压操作时，电压监测器切换信 号PM0DELIM被设置为低电平。响应于被设置为低电平的电压监测器切换信号PM0DELIM，开 关控制电路23与升压时钟信号DCCLK同步地截止开关S119并且导通/截止其它的开关， 如图2A中所示。另一方面，当电荷泵电路21执行三倍升压操作时，电压监测器切换信号 PM0DELIM被设置为高电平。响应于被设置为高电平的电压监测器切换信号PM0DELIM，开关 控制电路23与升压时钟信号DCCLK同步地截止开关S113和S115并且导通/截止其它的 开关，如图2B中所示。 开关控制电路24具有响应于来自于加法器/比较电路22的输出信号VCTL控制 电荷泵电路21的开关S117和S118(充电开关)的功能。在比较电压VCMP低于基准电压 VREF(即，基于和的电压VADD低于基准值VADDl或者VADD2)并且输出信号VCTL被设置为 高电平的情况下，开关控制电路24与升压时钟信号DCCLK同步地导通/截止开关S117和 S118 (充电开关)，这是“第一操作”。另一方面，在比较电压VCMP高于基准电压VREF (即， 基于和的电压VADD高于基准值VADDl或者VADD2)并且输出信号VCTL被设置为低电平的 情况下，不管升压时钟信号DCCLK，开关控制电路24保持开关Sl 17和Sl 18 (充电开关)截 止，这是“第二操作”。在这样的情况下，升压电容器Cll和C12没有被充电。这样，根据加 法器/比较电路22的输出信号VCTL，即，根据基于和的电压VADD，开关控制电路24从第一 操作和第二操作中选择开关Sl 17和Sl 18 (充电开关)的操作。比率切换电路25具有根据电池6的电压(S卩，电池电压VBAT)切换电荷泵电路21 的升压比率的功能。更加具体地，VBAT监测器信号VBATM0N被提供给比率切换电路25。当 电池电压VBAT高于预定值时VBAT监测器信号VBATM0N被设置为高电平，并且当电池电压 VBAT低于预定值时VBAT监测器信号VBATM0N被设置为低电平。比率切换电路25根据VBAT 监测器信号VBATM0N确定电荷泵电路21的升压比率。在比率切换电路25将电压监测器切 换信号PM0DELIM设置为低电平的情况下，电荷泵电路21执行二倍升压操作。另一方面，在 比率切换电路25将电压监测器切换信号PM0DELIM设置为高电平的情况下，电荷泵电路25 执行三倍升压操作。接下来，下面将会描述图2A和图2B中所示的升压电路200的操作。如果比率切 换电路25基于VBAT监测器信号VBATM0N检测到电池电压VBAT中的增加，那么比率切换电 路25将电压监测器切换信号PM0DELIM设置为低电平并且因此将电荷泵电路21的升压比 率设置为二倍。响应于被设置为低电平的电压监测器切换信号PM0DELIM，电荷泵电路21的 开关Sl 19始终被设置为截止，加法器/比较电路22的开关SllC被设置为导通并且其开关 SllB被设置为截止，如图2A中所示。结果，如果基于和的电压VADD低于基准值VADDl，则 加法器/比较电路22将输出信号VCTL设置为高电平，并且如果基于和的电压VADD高于基 准值VADD1，则加法器/比较电路22将输出信号VCTL设置为低电平。
图3A示出在二倍升压操作的情况下当升压时钟信号DCCLK处于高电平和低电平 时开关Slll至S119和SllB至SllE的各自的状态。在图3A中，应注意的是，在二倍升压操 作的情况下，与升压时钟信号DCCLK同步地导通/截止电荷泵电路21的开关Slll至S118、 SllD 和 SllE0在其中来自于加法器/比较电路22的输出信号VCTL处于高电平(当基于和的电 压VADD低于基准值VADDl时)的“第一操作”的情况下电荷泵电路21的二倍升压操作如 下。即，开关S112和S117以电池电压VBAT充电升压电容器C11。开关Slll和S115以升 压电容器Cl 1的电压VCl 1和电池电压VBAT升压升压输出端子21a以充电平滑电容器C13 并且生成输出电源电压VDD2。在升压电容器Cll被充电的期间开关SllD获取升压电容器 ClK处于充电的升压电容器)的电压VCl 1，并且将电压VCl 1输出到加法器/比较电路22。 开关S114和S118以电池电压VBAT充电升压电容器C12。开关S113和S116以升压电容器 C12的电压VC12和电池电压VBAT升压升压输出端子21a以充电平滑电容器C13并且生成 输出电源电压VDD2。在升压电容器C12被充电的期间开关SllE获取升压电容器C12(处于 充电的升压电容器)的电压VC12，并且将电压VC12输出到加法器/比较电路22。这样，充 电和放电升压电容器Cll和C12，并且在升压输出端子21a处生成输出电源电压VDD2。另一方面，在其中来自于加法器/比较电路22的输出信号VCTL处于低电平(当 基于和的电压VADD高于基准值VADDl时)的“第二操作”的情况下电荷泵电路21的二倍 升压操作如下。不管升压时钟信号DCCLK，开关S117和S118(充电开关)被设置为截止， 并且因此升压电容器Cll和C12的充电被停止。同时，升压电容器Cll和C12的放电继续。 因此，通过放电减少升压电容器Cll的电压VC11、升压电容器C12的电压VC12以及输出电 源电压VDD2。让我们考虑用于在二倍升压操作的情况下将输出电源电压VDD2设置为所想要的值VDD2*的电阻值R15至R17和基准电压VREF的条件。为了简单起见，升压电容器Cll和 C12的各自的电压VCll和VC12是相同的值VC。在这样的情况下，能够获得下面的关系表 达式。VADD = (VC+VDD2+VBAT)/3— (3)VCMP = VADDXR17/(R15+R16+R17)…(4)为了将输出电源电压VDD2设置为所想要的值VDD2*，当“VC+VBAT = VDD2*”时需 要满足“VCMP = VREF”。因此，能够获得下面的关系表达式。2XVDD2*/3 = VREFX (R15+R16+R17)/R17... (5)通过设计基准值VREF和电阻值R15至R17以满足上述关系表达式(5)，在二倍升 压操作的情况下能够将输出电源电压VDD2设置为所想要的值VDD2*。另一方面，如果比率切换电路25基于VBAT监测器信号VBATM0N检测到电池电压 VBAT中的减少，那么比率切换电路25将电压监测器切换信号PM0DELIM设置为高电平并且 因此将电荷泵电路21的升压比率设置为三倍。响应于被设置为高电平的电压监测器切换 信号PM0DELIM，电荷泵电路21的开关S113和S115始终被设置为截止，加法器/比较电路 22的开关SllC被设置为截止并且其开关SllB被设置为导通，如图2B中所示。结果，如果 基于和的电压VADD低于基准值VADD2，则加法器/比较电路22将输出信号VCTL设置为高 电平，并且如果基于和的电压VADD高于基准值VADD2，则加法器/比较电路22将输出信号VCTL设置为低电平。图3B示出在三倍升压操作的情况下当升压时钟信号DCCLK处于高电平和低电平 时开关Slll至S119和SllB至SllE的各自的状态。在图3B中，应注意的是，在三倍升压 操作的情况下，与升压时钟信号DCCLK同步地导通/截止电荷泵电路21的开关S111、S112、 S114、S116至S119、SllD和S11E,并且开关S113和S115始终被截止。
在其中来自于加法器/比较电路22的输出信号VCTL处于高电平(当基于和的电 压VADD低于基准值VADD2时)的“第一操作”的情况下电荷泵电路21的三倍升压操作如 下。即，开关S112和S117以电池电压VBAT充电升压电容器C11。开关是Slll以升压电容 器Cl 1的电压VCl 1和电池电压VBAT升压连接升压电容器Cl 1和C12的连接结点。在升压 电容器Cll被充电的期间开关SllD获取升压电容器Cll (处于充电的升压电容器)的电压 VCl 1，并且将电压VCll输出到加法器/比较电路22。开关S114和S118以电池电压VBAT 充电升压电容器C12。开关S116和S119以升压电容器C12的电压VC12和升压电容器Cll 的电压VCll以及电池电压VBAT升压升压输出端子21a以充电平滑电容器C13并且生成输 出电源电压VDD2。在升压电容器C12被充电的期间开关SllE获取升压电容器C12 (处于充 电的升压电容器)的电压VC12，并且将电压VC12输出到加法器/比较电路22。这样，充电 和放电升压电容器Cll和C12，并且在升压输出端子21a处生成输出电源电压VDD2。另一方面，在其中来自于加法器/比较电路22的输出信号VCTL处于低电平(当 基于和的电压VADD高于基准值VADD2时)的“第二操作”的情况下电荷泵电路21的三倍 升压操作如下。不管升压时钟信号DCCLK，开关S117和S118(充电开关)被设置为截止， 并且因此升压电容器Cl 1和C12的充电被停止。同时，升压电容器Cl 1和C12的放电继续。 因此，通过放电减少升压电容器Cll的电压VC11、升压电容器C12的电压VC12以及输出电 源电压VDD2。让我们考虑用于在三倍升压操作的情况下将输出电源电压VDD2设置为所想要的 值VDD2*的电阻值R15至R17和基准电压VREF的条件。在这样的情况下，能够获得下面的 关系表达式。VADD = (VCll+VC12+VDD2+VBAT)/4— (6)VCMP = VADDX (R16+R17) / (R15+R16+R17)…(7)为了将输出电源电压VDD2设置为所想要的值VDD2*，当“VC11+VC12+VBAT = VDD2*”时需要满足“VCMP = VREF”。因此，能够获得下面的关系表达式。2XVDD2*/4 = VREFX (R15+R16+R17) / (R16+R17)…(8)通过设计基准值VREF和电阻值R15至R17以满足上述关系表达式(8)，在三倍升 压操作的情况下能够将输出电源电压VDD2设置为所想要的值VDD2*。通过设计基准值VREF和电阻值R15至R17以满足上述关系表达式(5)和(8)，在二 倍升压操作和三倍升压操作的情况下能够将输出电源电压VDD2设置为所想要的值VDD2*。图2A和图2B中所示的上述升压电路200能够根据电池电压VBAT在二倍升压操 作和三倍升压操作之间切换操作，这能够支持广范围的电池电压VBAT。然而，本申请的发明 人已经发现与升压电路200有关的下述两个问题。第一问题是，当电荷泵电路21的操作被从三倍升压操作切换到二倍升压操作时， 由于升压电容器Cll和C12的电荷的短缺，从升压输出端子21a引入电荷，这减小输出电源电压VDD2。图4中所示的点C和D示出当电荷泵电路21的操作被从三倍升压操作切换到 二倍升压操作时输出电源电压VDD2中的变化。第二问题是，当电荷泵电路21的操作被从二倍升压操作切换到三倍升压操作时， 由于升压电容器Cl 1和C12的剩余电荷而增加了输出电源电压VDD2。图4中的点E示出当 电荷泵电路21的操作被从二倍升压操作切换到三倍升压操作时输出电源电压VDD2中的变 化。图5A和图5B示出用于解决问题的升压电路200A的构造。图5A与二倍升压操作 相关联，并且图5B与三倍升压操作相关联。图5A和图5B中所示的升压电路200A在下述要 点方面不同于图2A和图2B中所示的升压电路200。首先，在图5A和图5B中所示的升压电 路200A的情况下，不同于被提供给加法器/比较电路22 的电压监测器切换信号PM0DELIM 的用于切换电荷泵电路21的设置的比率切换信号RATI0SW被从比率切换电路25提供到 开关控制电路23。响应于比率切换信号RATI0SW，开关控制电路23将电荷泵电路21的操 作设置为二倍升压操作或者三倍升压操作。与电压监测器切换信号PM0DELIM相分离地提 供比率切换信号RATI0SW使得能够在切换电荷泵电路21的设置之前执行加法器/比较电 路22的设置的切换。如稍后将会加以描述，在切换电荷泵电路21的设置之前切换加法器 /比较电路22的设置对于防止输出电源电压VDD2的增加和减小是重要的。第二，添加开 关SllA(放电开关)以便用于放电升压电容器C12的电荷到接地。C2放电信号DISCH被从 比率切换电路25提供到开关S11A。当升压比率被从二倍切换到三倍时，肯定C2放电信号 DISCH以导通开关S11A，并且因此通过放电开关SllA放电升压电容器C12。下面将会描述图5A和图5B中所示的升压电路200A的操作。尽管升压电路200A 的基本操作与图2A和图2B的升压电路200的相同，但是在切换升压比率时的操作是不同 的。下面将会详细地描述切换升压比率时的操作。图6A是示出当升压操作被从三倍升压操作切换到二倍升压操作时升压电路200A 的操作的时序图。当电池电压VBAT被增加并且VBAT监测器信号VBATM0N被从高电平改变 成低电平时，比率切换电路25将升压电路200A的操作从三倍升压操作切换到二倍升压操 作。更加具体地，比率切换电路25首先在当升压电容器Cll和C12被从放电状态切换到充 电状态的时序(timing)将电压监测器切换信号PM0DELIM从高电平切换到低电平。结果， 加法器/比较电路22的输出信号VCTL通过其而转变的基于和的电压VDD的上述基准值被 从第一值VADD2切换到第二值VADDl ( > VADD2)。因此，输出信号VCTL通过其而转变的基 于和的电压VDD的基准值被增加，并且因此分别对升压电容器Cll和C12充电的电压VCll 和VC12被增加。然后，比率切换电路25切换比率切换信号RATI0SW使得将电荷泵电路21 的操作从三倍升压操作切换到二倍升压操作。这样，解决升压电容器Cll和C12的电荷的 短缺，并且因此如图7中的点B所示，能够抑制输出电源电压VDD2中的减小。图6B是示出当升压操作被从二倍升压操作切换到三倍升压操作时升压电路200A 的操作的时序图。当电池电压VBAT被减小并且VBAT监测器信号VBATM0N被从低电平改变 成高电平时，比率切换电路25将升压电路200A的操作从二倍升压操作切换到三倍升压操 作。更加具体地，比率切换电路25首先在当升压电容器Cl 1 (第二升压电容器)的充电被完 成并且切换到升压电容器C12(第一升压电容器)的充电时的时序将电压监测器切换信号 PM0DELIM从低电平切换到高电平。结果，加法器/比较电路22的输出信号VCTL通过其而转变的基于和的电压VDD的上述基准值被从第二值VADD1切换到第一值VADD2( < VADD1)。 在相同时序，肯定C2放电信号DISCH并且因此通过放电开关S11A将升压电容器C12 (第一 升压电容器)的剩余电荷放电到接地。换言之，在当通过升压时钟信号DCCLK的控制而充 电升压电容器C12时将升压电容器C12(第一升压电容器)放电到接地。注意，这时将升压 电容器C11 (第二升压电容器)连接至升压输出端子21a并且因此没有将升压电容器C11 的电荷放电到接地。然后，比率切换电路25切换比率切换信号RATI0SW从而将电荷泵电路 21的操作从二倍升压操作切换到三倍升压操作。这样，解决了升压电容器C11和C12中过 多的电荷，并且因此如图7中的点A所示能够抑制输出电源电压VDD2中的增加。如上所述，根据图6A和图6B中所示的操作，如图7中所示，能够抑制在切换升压 电路200A的升压比率时输出电源电压VDD2中的变化。与在本示例性实施例中一样在升压电路被应用于液晶显示装置10的情况下，优 选的是，在垂直同步时段中的显示空白时段期间执行升压比率的切换，如图6A和图6B中所 示。结果，稳定显示时段期间的输出电源电压VDD2(S卩，减少电源的噪声)并且因此能够提
高图像质量。尽管在图5A和图5B中所示的升压电路200A的情况下放电开关S11A被连接在升 压电容器C12和接地之间，但是放电开关S11A能够被连接在升压电容器C11和接地之间。 在这样的情况下，当升压操作被从二倍升压操作切换到三倍升压操作时，在当升压电容器 C12(第二升压电容器)的充电被完成并且切换到升压电容器C11 (第一升压电容器)的充 电时的时序，电压监测器切换信号PM0DELIM被从低电平切换到高电平。结果，在当通过升 压时钟信号DCCLK的控制充电升压电容器C11时将升压电容器C11的电荷放电到接地，并 且因此能够抑制输出电源电压VDD2中的增加。尽管在图5A和图5B中所示的升压电路200A的情况下升压比率在二倍和三倍之 间切换，可切换的升压比率的组合不限于此。应注意的是，本发明通常能够应用于其中电荷 泵电路21具有多个升压电容器并且通过切换升压电容器之间的连接关系而切换升压比率 的情况。例如，本发明还能够应用于其中与在图8A和图8B中所示的升压电路200B中一样 在二倍和2. 5倍之间切换升压比率的情况。根据图8A和图8B中所示的升压电路200B，开 关S11F和S11G和升压电容器C14被添加到图5A和图5B中所示的升压电路200A。图9A 和图9B是分别示出在二倍升压操作和2. 5倍升压操作的情况下的开关的操作的表。而且 在这样的情况下，以与上述相同的方式执行升压比率的切换。更加具体地，当升压操作被从2. 5倍升压操作切换到二倍升压操作时，电压监 测器切换信号PM0DELIM被从高电平切换到低电平，并且加法器/比较电路22的输出信 号VCTL通过其而转变的电压VADD的基准值被从基准值VADD2切换到基准值VADD1 ( > VADD2)。应注意的是，通过电阻器元件R15至R17的电阻值将基准值VADD2调整为与2. 5 倍升压操作相对应的值。接下来，比率切换信号RATI0SW被切换并且电荷泵电路21的操作 被从2. 5倍升压操作切换到二倍升压操作。当升压操作被从二倍升压操作切换到2. 5倍升压操作时，电压监测器切换信号 PM0DELIM被从低电平切换到高电平，并且加法器/比较电路22的输出信号VCTL通过其而 转变的电压VADD的基准值被从基准值VADD1切换到基准值VADD2 ( < VADD1)。此外，肯定C2放电信号DISCH并且将升压电容器C12的电荷放电到接地。接下来，比率切换信号RATIOSW 被切换并且电荷泵电路21的操作被从二倍升压操作切换到2. 5倍升压操作。应注意的是，图8A和图8B中所示的升压电路200B能够作为其中可在2. 5倍和三 倍之间切换升压比率的升压电路而进行操作。图IOA和图IOB分别示出升压比率是2. 5倍 和三倍的情况下的开关的操作的表。而且在这样的情况下，以与上述相同的方式能够切换 升压比率，不同之处在于，通过电阻器元件R15至R17的电阻值将基准值VAADl和VAAD2调 整为与2. 5倍升压操作和三倍升压操作相对应的值，并且在2. 5倍升压操作和三倍升压操 作之间切换电荷泵电路21的操作。在上述示例性实施例中，通过切换电压VADD和比较电压VCMP之间的比率而切换 加法器/比较电路22的输出信号VCTL通过其而转变的电压VADD的基准值。图IlA和图 IlB中所示的构造也是可能的，其中，通过依靠使用电压监测器切换信号PM0DELIM来切换 基准值VREF而切换电压VADD的基准值。图IlA与当二倍升压操作被执行时的升压电路 200C的操作相关联，并且图IlB与当三倍升压操作被执行时的升压电路200C的操作相关 联。在这样的情况下，恒压源26被构造为根据电压监测器切换信号PM0DELIM而输出基准 电压VREFl和VREF2中的任何一个。与升压比率中的较小的一个(在上述示例性实施例中 二倍或者2. 5倍)相对应地确定基准电压VREF1，并且与升压比率中的较高的一个(在上 述示例性实施例中2. 5倍或者三倍)相对应地确定基准电压VREF2。在这里，VREFl大于 VREF2。对本领域的技术人员来说显然的是，此构造还能够实现本发明所想要的目的。 显然的是，本发明不限于上述示例性实施例并且可以在不脱离本发明的范围和精 神的情况下进行修改和改变。
权利要求
一种升压电路，包括电荷泵电路，所述电荷泵电路被构造为通过使用升压时钟信号升压电源电压以生成升压输出电压；和控制电路单元，所述控制电路单元被构造为控制所述电荷泵电路，其中所述电荷泵电路包括多个升压电容器；和充电开关，所述充电开关将所述电源电压提供给所述升压电容器，其中所述电荷泵电路被构造使得通过切换所述多个升压电容器的连接关系所述电荷泵电路的升压比率是可变的，其中所述控制电路单元被构造为控制所述电荷泵电路的所述升压比率的切换并且根据基于和的电压选择和执行第一操作和第二操作中的任何一个，所述第一操作为与所述升压时钟信号同步地导通和截止所述充电开关，所述第二操作为不管所述升压时钟信号而截止所述充电开关，并且所述基于和的电压是与在所述多个升压电容器当中正在被充电的处于充电的升压电容器的电压和所述电源电压的和相对应地被生成，其中通过其在所述第一操作和所述第二操作之间切换所述充电开关的操作的所述基于和的电压的值是基准值，并且其中，当将所述电荷泵电路的所述升压比率从第一比率切换到低于所述第一比率的第二比率时，所述控制电路单元将所述基准值从与所述第一比率相对应地被确定的第一值切换到与所述第二比率相对应地被确定的第二值，并且然后切换所述电荷泵电路的所述多个升压电容器的所述连接关系。
2.根据权利要求1所述的升压电路，其中所述电荷泵电路进一步包括放电开关，所述放电开关将所述多个升压电容器的第 一升压电容器放电到接地，并且其中当将所述电荷泵电路的所述升压比率从所述第二比率切换到所述第一比率时，所 述控制电路单元将所述基于和的电压的所述基准值从所述第二值切换到所述第一值并且 通过所述放电开关放电所述第一升压电容器，并且然后切换所述电荷泵电路的所述多个升 压电容器的所述连接关系。
3.根据权利要求1所述的升压电路，其中所述电荷泵电路被构造为当所述升压比率是所述第一比率时同时地充电和放电 所述多个升压电容器，并且其中当将所述电荷泵电路的所述升压比率从所述第一比率切换到所述第二比率时，在 当所述多个升压电容器被从放电切换到充电时的时序所述控制电路单元将所述基于和的 电压的所述基准值从所述第一值切换到所述第二值。
4.根据权利要求2所述的升压电路，其中所述电荷泵电路被构造为当所述升压比率是所述第二比率时交替地充电和放电 所述多个升压电容器的所述第一升压电容器和第二升压电容器，并且其中当将所述电荷泵电路的所述升压比率从所述第二比率切换到所述第一比率时，在 当所述第二升压电容器的充电被完成时的时序通过所述放电开关所述控制电路单元放电 所述第一升压电容器。
5.根据权利要求1所述的升压电路，其中所述电源电压是从电池提供的电池电压，并且所述控制电路单元根据所述电池电 压切换所述电荷泵电路的所述升压比率。
6.根据权利要求1所述的升压电路， 其中所述控制电路单元包括加法器电路单元，所述加法器电路单元被构造为生成与所述电源电压和所述处于充电 的升压电容器的所述电压的和相对应的所述基于和的电压；比较电路单元，所述比较电路单元被构造为将通过分压所述基于和的电压而生成的比 较电压与预定的基准电压进行比较；以及开关控制电路，所述开关控制电路被构造为根据所述比较电路单元的输出信号从所述 第一操作和所述第二操作中选择所述充电开关的操作，其中所述控制电路单元被构造为通过切换所述比较电压与所述基于和的电压的比率 来切换所述基于和的电压的所述基准值。
7.根据权利要求1所述的升压电路，其中与所述处于充电的升压电容器的电压、所述电源电压以及所述升压输出电压的和 相对应地生成所述基于和的电压。
8.一种升压电路，包括电荷泵电路，所述电荷泵电路被构造为通过使用升压时钟信号升压电源电压以生成升 压输出电压；和控制电路单元，所述控制电路单元被构造为控制所述电荷泵电路， 其中所述电荷泵电路包括 多个升压电容器；充电开关，所述充电开关将所述电源电压提供给所述升压电容器；和 放电开关，所述放电开关将所述多个升压电容器的一个升压电容器放电到接地， 其中所述电荷泵电路被构造使得通过切换所述多个升压电容器的连接关系所述电荷 泵电路的升压比率是可变的，其中所述控制电路单元被构造为控制所述电荷泵电路的所述升压比率的切换并且根 据基于和的电压选择和执行第一操作和第二操作中的任何一个，所述第一操作为与所述升 压时钟信号同步地导通和截止所述充电开关，所述第二操作为不管所述升压时钟信号而截 止所述充电开关，并且所述基于和的电压是与在所述多个升压电容器当中正在被充电的处 于充电的升压电容器的电压和所述电源电压的和相对应地被生成，其中通过其在所述第一操作和所述第二操作之间切换所述充电开关的操作的所述基 于和的电压的值是基准值，并且其中，当将所述电荷泵电路的所述升压比率从第二比率切换到高于所述第二比率的第 一比率时，所述控制电路单元将所述基于和的电压的所述基准值从与所述第二比率相对应 地被确定的第二值切换到与所述第一比率相对应地被确定的第一值并且通过所述放电开 关放电所述一个升压电容器，并且然后切换所述电荷泵电路的所述多个升压电容器的所述 连接关系。
9.一种液晶显示装置，包括根据权利要求1至8中的任何一项所述的升压电路； 液晶显示面板；以及驱动器电路单元，所述驱动器电路单元 被构造为接收来自于所述升压电路的所述升压 输出电压并且驱动所述液晶显示面板，其中在垂直同步时段的显示空白时段期间执行所述电荷泵电路的所述升压比率的切换。
全文摘要
本发明涉及升压电路和使用升压电路的液晶显示装置。电荷泵电路具有升压电容器；和充电开关，其将电源电压提供给升压电容器，并且通过切换升压电容器的连接关系其升压比率是可变的。控制电路单元控制升压比率的切换并且根据与电源电压和处于充电的升压电容器电压的和相对应的基于和的电压选择第一操作或第二操作。第一操作为与升压时钟信号同步地导通和截止充电开关，而第二操作为不管升压时钟信号而截止充电开关。通过其切换第一操作和第二操作的基于和的电压的值是基准值。当将升压比率从第一比率切换到低于第一比率的第二比率时，控制电路单元将基准值从与第一比率相对应的第一值切换到与第二比率相对应的第二值，并且然后切换连接关系。
文档编号H02M3/07GK101873064SQ20101016770
公开日2010年10月27日 申请日期2010年4月26日 优先权日2009年4月24日
发明者河越弘和 申请人:瑞萨电子株式会社