一种电荷泵及电源驱动电路、显示器

技术领域

本发明涉及TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，薄膜晶体管液晶显示器)液晶显示技术领域，特别是涉及一种电荷泵及电源驱动电路、显示器。

背景技术

近年来，OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)、QLED(QuantumDot Light Emitting Diodes，量子点发光二极管)、Mini-LED(Mini-Light EmittingDiode，迷你发光二极管)等显示技术发展迅猛，但TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)-LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)凭借其具有的低功耗、高可靠性、低成本等优势，仍广泛应用于显示器、笔记本、PAD等电子显示产品中。

目前，TFT-LCD产品中，利用Charge Pump(电荷泵)来提供LCD产品中的驱动电压，电荷泵是一种直流-直流转换器，利用电容器为储能元件，多半用来产生比输入电压大的输出电压，或是产生负的输出电压。电荷泵电路的电效率很高，约为90-95％，而电路也相当的简单。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种电荷泵及电源驱动电路、显示器，以实现提供驱动电压。

具体技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种电荷泵，包括：

电荷泵功能电路、功能电路高电平输入端、功能电路低电平输入端；

功能电路高电平输入端输入幅值为第一电压值的第一电压信号，功能电路低电平输入端输入幅值为第二电压值的第二电压信号，其中，第二电压值小于第一电压值；

电荷泵功能电路利用第一电压信号及第二电压信号生成第三电压信号。

在一种可能的实施方式中，第一电压信号及第二电压信号均为方波电压信号。

在一种可能的实施方式中，电荷泵功能电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电容、第二电容、第三电容及第四电容；

第一二极管的第一端接地，第一二极管的第二端分别与第二二极管的第一端、第一电容的第一端连接；

第一电容的第二端与功能电路低电平输入端连接；

第二二极管的第二端分别与第二电容的第二端、第三二极管的第一端连接；

第二电容的第一端接地；

第三二极管的第二端分别与第三电容的第一端、第四二极管的第一端连接；

第三电容的第二端与功能电路高电平输入端连接；

第四二极管的第二端与第四电容的第一端连接；

第四电容的第二端接地。

在一种可能的实施方式中，电荷泵功能电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电容、第二电容、第三电容及第四电容；

第一二极管的第二端接直流电压信号，第一二极管的第一端分别与第二二极管的第二端、第一电容的第一端连接；

第一电容的第二端与功能电路低电平输入端连接；

第二二极管的第一端分别与第二电容的第二端、第三二极管的第二端连接；

第二电容的第一端接地；

第三二极管的第一端分别与第三电容的第一端、第四二极管的第二端连接；

第三电容的第二端与功能电路高电平输入端连接；

第四二极管的第一端与第四电容的第一端连接；

第四电容的第二端接地。

在一种可能的实施方式中，第三电压信号为栅极关闭电压VGL信号，第一电压值为15V，第二电压值为5V，第三电压信号为-17.2V。

在一种可能的实施方式中，第三电压信号为栅极开启电压VGH信号，第一电压值为15V，第二电压值为5V，第三电压信号为32.2V。

第二方面，本申请实施例提供了一种电源驱动电路，包括：

电源控制模块、第一电荷泵及第二电荷泵；第一电荷泵包括第一电荷泵功能电路、第一功能电路高电平输入端、第一功能电路低电平输入端，第二电荷泵包括第二电荷泵功能电路、第二功能电路高电平输入端、第二功能电路低电平输入端；

电源控制模块，用于向第一功能电路高电平输入端及第二功能电路高电平输入端输入幅值为第一电压值的第一电压信号，向第一功能电路低电平输入端及第二功能电路低电平输入端输入幅值为第二电压值的第二电压信号，其中，第二电压值小于第一电压值；

第一电荷泵功能电路，用于根据第一电压信号及第二电压信号生成VGL信号；

第二电荷泵功能电路，用于根据第一电压信号及第二电压信号生成VGH信号。

在一种可能的实施方式中，该电源驱动电路还包括：正电压反馈FBP模块和负电压反馈FBN模块；

FBP模块用于实时读取VGH信号的电压值，并将其反馈给电源驱动电路；

FBN模块用于实时读取VGL信号的电压值，并将其反馈给电源驱动电路。

在一种可能的实施方式中，第一电压信号及第二电压信号均为方波电压信号。

在一种可能的实施方式中，该电源驱动电路还包括：正向电压调节器和负向电压调节器；

正向电压调节器根据FBP模块反馈的实时读取VGH的电压值，调节方波电压信号的占空比；

负向电压调节器根据FBN模块反馈的实时读取VGL的电压值，调节方波电压信号的占空比。

在一种可能的实施方式中，该电源驱动电路还包括：可编程模块，用于编码设置电源驱动电路所在的显示屏的栅极开启电压和栅极关闭电压。

第三方面，本申请实施例提供了一种显示器，包括：上述电源驱动电路。

本发明实施例有益效果：

本发明实施例提供的一种电荷泵及电源驱动电路、显示器，电荷泵包括电荷泵功能电路、功能电路高电平输入端、功能电路低电平输入端，功能电路高电平输入端输入幅值为第一电压值的第一电压信号，功能电路低电平输入端输入幅值为第二电压值的第二电压信号，其中，第二电压值小于第一电压值，电荷泵功能电路利用第一电压信号及第二电压信号生成第三电压信号。利用第三电压信号来作为驱动电压，能够提供驱动电压。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相关技术中电荷泵的一种示意图；

图2为本申请实施例的电荷泵的第一种结构示意图；

图3为本申请实施例的电荷泵的第二种结构示意图；

图4为本申请实施例的电荷泵的第三种结构示意图；

图5为本申请实施例的电源驱动电路的第一种结构示意图；

图6为本申请实施例的电源驱动电路的第二种结构示意图；

图7为本申请实施例的电源驱动电路的第三种结构示意图；

图8为本申请实施例的电源驱动电路的第四种结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

相关技术中，用于驱动TFT-LCD显示器的电荷泵如图1所示，电荷泵功能电路的两个输入端输入幅值相等的电压信号，该电压信号为高电平为AVDD，低电平为0的方波。具体的，该电路中的，VGLmax＝GND-2AVDD+4VF，GND为接地电压，VF为二极管的正向导通电压，一般为0.3V～0.9V，以二极管的正向导通电压为0.7V，AVDD为15V为例，则VGLmax＝0-2*15+4*0.7＝-27.2V。

为了降低显示产品的功耗，本申请实施例提供了一种电荷泵，参见图2，包括：

电荷泵功能电路、功能电路高电平输入端、功能电路低电平输入端；

所述功能电路高电平输入端输入幅值为第一电压值的第一电压信号，所述功能电路低电平输入端输入幅值为第二电压值的第二电压信号，其中，所述第二电压值小于所述第一电压值；

所述电荷泵功能电路利用所述第一电压信号及所述第二电压信号生成第三电压信号。

功能电路高电平输入端和功能电路低电平输入端为电荷泵功能电路的两路输入端，用于电压信号的接入。

功能电路高电平输入端输入幅值为第一电压值的第一电压信号，功能电路低电平输入端输入幅值为第二电压值的第二电压信号，其中，第二电压值小于第一电压值。一个例子中，第一电压信号为电荷泵的原输入电压信号，功能电路高电平输入端输入的第一电压信号即为AVDD信号，例如，AVDD可以为15V；功能电路低电平输入端输入幅值为VIN的第二电压信号，例如，VIN可以为5V，VIN小于AVDD。

电荷泵功能电路利用功能电路高电平输入端输入幅值为第一电压值的第一电压信号及功能电路低电平输入端输入幅值为第二电压值的第二电压信号生成第三电压信号。相比与现有技术中输入两路幅值为第一电压值的电压信号，通过降低第二电压信号幅值的方式，来减小输入电压的幅值，能够减少能量损耗，提高转换效率，达到降低功耗的目的。

本申请中的电荷泵，通过将现有技术中的电荷泵功能电路的两个输入端输入幅值相等的电压信号优化为电荷泵功能电路的两个输入端输入幅值不相等的电压信号，例如，将现有技术中两个幅值均为AVDD的电压信号优化为一个幅值为AVDD的电压信号和一个幅值为VIN的电压信号，AVDD大于VIN。通过向电荷泵功能电路输入两路电压值不同的电压信号，第二电压值小于第一电压值，相比于现有技术中输入两路第一电压值的电压信号，通过降低第二电压信号幅值的方式，来减小输入电压的幅值，能够减少能量损耗，提高转换效率，达到降低功耗的目的，通过对电荷泵的优化，降低了工作压差，达到了降低功耗的目的。

在一种可能的实施例中，第一电压信号及第二电压信号均为方波电压信号。

第一电压信号及第二电压信号均为高电平和低电平为某一电压值，并且具有一定占空比的方波电压信号。

示例性的，第一电压信号的高电平为AVDD，一个例子中，AVDD可以为15V，低电平为0V,占空比为50％的方波信号，第二电压信号为幅值为VIN，一个例子中，VIN可以为5V，低电平为0V，占空比为50％的方波信号。可以理解的是，此处的占空比及高、低电平的幅值均为示意，在实际应用场景中可以根据实际需求进行调整。

电荷泵可以用来生成VGL(栅极关闭电压)。在一种可能的实施例中，参见图3，电荷泵功能电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3及第四电容C4。

第一二极管D1的正极接地，第一二极管D1的负极分别与第二二极管D2的正极、第一电容C1的第一端连接；

第一电容C1的第二端与功能电路低电平输入端连接；

第二二极管D2的负极分别与第二电容C2的第二端、第三二极管D3的正极连接；

第二电容C2的第一端接地；

第三二极管D3的负极分别与第三电容C3的第一端、第四二极管D4的正极连接；

第三电容C3的第二端与功能电路高电平输入端连接；

第四二极管D4的负极与第四电容C4的第一端连接；

第四电容C4的第二端接地。

如图3所示，针对每个二极管，该二极管的第一端可以为该二极管的正极，该二极管的第二端可以为该二极管的负极。

当电荷泵用来生成VGL信号时，在一种可能的实施例中，参见图3，第三电压信号为栅极关闭电压VGL信号，第一电压值为15V，第二电压值为5V，第三电压信号为-17.2V。

在TFT-LCD液晶显示屏驱动电路中，TFT是N沟道MOS管，VGL信号提供TFT栅极的关闭电压。

电荷泵功能电路利用第一电压信号及第二电压信号生成第三电压信号，第三电压信号为栅极关闭电压VGL信号，VGLmax为VGL信号的最大值，可通过以下公式计算：

VGLmax＝0-第一电压值-第二电压值+4*VF

其中，0表示接地电压，VF为图中二极管的正向导通电压，一般为0.3V～0.9V，本申请实施例中的二极管选取常见的正向导通电压为0.7V的二极管。

本申请的实施例中，第一电压值为AVDD，AVDD为15V，第二电压值为VIN，VIN为5V，AVDD大于VIN，此时，VGLmax＝0-15-5+4*0.7＝-17.2V。

现有技术中，电荷泵功能电路的两个输入端输入幅值相等的方波信号，第一电压值和第二电压值均为AVDD，AVDD为15V，此时，

VGLmax＝0-15-15+4*0.7＝-27.2V。

可见，通过本申请实施例可以明显降低VGL信号的幅值。以要求的显示屏的栅极关闭电压为-7V为例，本申请中VGL从-17.2V到-7V的能量损耗小于现有技术中VGL从-27.2V到-7V的能量损耗。

一个例子中，以显示器的扫描频率为60HZ为例，采用本申请优化后VGL信号的与现有技术的功耗差为：P1＝(I1-I2)*VIN＝(500.7-485.7)/1000*5＝0.075W，其中，I1为现有技术中的整体电流，I2为本申请实施例的整体电流，VIN是输入电压。

电荷泵可以用来生成VGH(栅极开启电压)信号。在一种可能的实施例中，参见图4，电荷泵功能电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3及第四电容C4。

第一二极管D1的负极接直流电压信号，第一二极管D1的正极分别与第二二极管D2的负极、第一电容C1的第一端连接；

直流电压信号为电压值为第一电压值的直流电压，例如电压为AVDD，AVDD为15V，即直流电压信号为15V的直流电压。

第一电容C1的第二端与功能电路低电平输入端连接；

第二二极管D2的正极分别与第二电容C2的第二端、第三二极管D3的负极连接；

第二电容C2的第一端接地；

第三二极管D3的正极分别与第三电容C3的第一端、第四二极管D4的负极连接；

第三电容C3的第二端与功能电路高电平输入端连接；

第四二极管D4的正极与第四电容C4的第一端连接；

第四电容C4的第二端接地。

如图3所示，针对每个二极管，该二极管的第一端可以为该二极管的正极，该二极管的第二端可以为该二极管的负极。

当电荷泵用来生成VGH信号时，在一种可能的实施例中，第三电压信号为栅极开启电压VGH信号，第一电压值为15V，第二电压值为5V，第三电压信号为32.2V。

在TFT-LCD液晶显示屏驱动电路中，TFT是N沟道MOS管，VGH信号提供TFT栅极的开启电压，并使充电电容保持一个场周期。

电荷泵功能电路利用第一电压信号及第二电压信号生成第三电压信号，参见图4，第三电压信号为栅极关闭电压VGH信号，VGHmax为VGH信号的最大值，可通过以下公式计算：

VGHmax＝AVDD+第一电压值+第二电压值-4*VF

其中，VF为图中二极管的正向导通电压，一般为0.3V～0.9V，本申请实施例中的二极管选用常见的正向导通电压为0.7V的二极管。

本申请的实施例中，第一电压值为AVDD，AVDD为15V，第二电压值为VIN，VIN为5V，AVDD大于VIN，此时，VGHmax＝15+15+5-4*0.7＝32.2V。

现有技术中，电荷泵功能电路的两个输入端输入幅值相等的方波信号，第一电压值和第二电压值均为AVDD，AVDD为15V，此时，

VGHmax＝15+15+15-4*0.7＝42.2V。

可见，通过本申请实施例可以明显降低VGH信号的幅值。以要求的显示屏的栅极开启电压为30V为例，本申请中VGH从32.2V到30V的能量损耗小于现有技术中VGH从42.2V到30V的能量损耗。

一个例子中，以显示器的扫描频率为60HZ为例，采用本申请优化后VGL信号的与现有技术的功耗差为：

P2＝(I1-I3)*VIN＝(500.7-466.6)*5*/1000＝0.1705W，其中，I1为现有技术中的整体电流，I3为本申请实施例中的整体电流，VIN是输入电压。

通过本申请实施例优化后的VGH和VGL信号，节省的总体功耗：P＝P1+P2＝0.075+0.1705＝0.2455W。因此，通过优化VGL和VGH两路电荷泵设计，可以节省的整体逻辑功耗约0.2W左右。

本申请实施例中，通过将电荷泵功能电路的两路输入端输入幅值相等的方波信号更改为输入幅值不相等的方波信号，降低了VGL和VGH回路的工作压差。

本申请实施例提供了一种电源驱动电路，包括：

电源控制模块、第一电荷泵及第二电荷泵；第一电荷泵包括第一电荷泵功能电路、第一功能电路高电平输入端、第一功能电路低电平输入端，第二电荷泵包括第二电荷泵功能电路、第二功能电路高电平输入端、第二功能电路低电平输入端。

电源控制模块，用于向第一功能电路高电平输入端及第二功能电路高电平输入端输入幅值为第一电压值的第一电压信号，向第一功能电路低电平输入端及第二功能电路低电平输入端输入幅值为第二电压值的第二电压信号，其中，第二电压值小于第一电压值。

第一电压信号为AVDD，AVDD是驱动芯片的模拟电源，一个例子中，AVDD取值是15V。

第二电压信号为VIN，一个例子中，第二电压信号是驱动芯片中的buck电路产生的，将驱动芯片的模拟电源降压为所需电压，例如，VIN可以为5V，通过将15V的AVDD降压为5V得到VIN信号。

第一电荷泵功能电路，用于根据第一电压信号及第二电压信号生成VGL信号。

第二电荷泵功能电路，用于根据第一电压信号及第二电压信号生成VGH信号。

一个例子中，电源控制模块可以包括buck电路(降压式变换电路)及boost电路(升压式变换电路)。电源驱动电路可以是高度集成的驱动芯片，集成3个buck电路(降压式变换电路)、1个boost电路(升压式变换电路)、2个电荷泵(第一电荷泵及第二电荷泵)、可编程VCOM和gamma电压。

buck电路用于将驱动芯片的供电电压降压为所需的电压。

boost电路用于将驱动芯片的供电电压升压为所需的电压。

2个电荷泵用于产生VGH和VGL信号。

可编程VCOM和gamma电压，驱动芯片提供多路可编程基准电压，用于TFT-LCD的gamma校准和调节VCOM。

在一种可能的实施例中，参见图5和图6，图5为VGL信号回路，图6为VGH信号回路，电源驱动电路还包括：FBP(正电压反馈)模块和FBN(负电压反馈)模块。

FBP模块用于实时读取VGH信号的电压值，并将其反馈给电源驱动电路。

FBN模块用于实时读取VGL信号的电压值，并将其反馈给电源驱动电路。

在一种可能的实施例中，第一电压信号及第二电压信号均为方波电压信号。

电源驱动电路中的第一电压信号及第二电压信号均为方波电压信号，方波信号的特性与电荷泵中方波信号相同，此处不再赘述。

在一种可能的实施例中，参见图5和图6，该电源驱动电路还包括：正向电压调节器和负向电压调节器。

正向电压调节器根据FBP模块反馈的实时读取VGH的电压值，调节方波电压信号的占空比。

正向电压调节器根据FBP模块反馈的实时读取VGH的电压值，调节方波电压信号的占空比，通过调节方波电压信号的占空比调整VGH信号的电压值。

负向电压调节器根据FBN模块反馈的实时读取VGL的电压值，调节方波电压信号的占空比。

负向电压调节器根据FBN模块反馈的实时读取VGL的电压值，调节方波电压信号的占空比，通过调节方波电压信号的占空比调整VGL信号的电压值。

在一种可能的实施例中，电源驱动电路还包括：可编程模块，用于编码设置电源驱动电路所在的显示屏的栅极开启电压和栅极关闭电压。

为了更加清楚的说明本申请的有益效果，以下进行举例说明：

以图3所示的电路为例，一个例子中，本申请中第三电压信号为栅极关闭电压VGL信号，第一电压值为15V，第二电压值为5V，第三电压信号为-17.2V。

现有技术中，第三电压信号为栅极关闭电压VGL信号，第一电压值为15V，第二电压值为15V，第三电压信号为-27.2V。

电源驱动电路通过可编程模块将电源驱动电路所在的显示屏的栅极关闭电压VGL编码设定在-7V左右，一个例子中，可编程模块可以为PMIC(Power Management IC，电源管理集成电路)；本申请与现有技术相比，本申请中VGL从-17.2V到-7V的能量损耗小于现有技术中VGL从-27.2V到-7V的能量损耗。

本申请优化VGL回路的功耗差为：

P1＝(I1-I2)*VIN＝(500.7-485.7)/1000*5＝0.075W

其中，如图7所示，I1为现有技术中的整体电流，I2为本申请实施例的整体电流，VIN是输入电压。

以图4所示的电路为例，一个例子中，本申请中第三电压信号为栅极开启电压VGH信号，第一电压值为15V，第二电压值为5V，第三电压信号为32.2V。

现有技术中，第三电压信号为栅极关闭电压VGH信号，第一电压值为15V，第二电压值为15V，第三电压信号为42.2V。

电源驱动电路通过可编程模块将电源驱动电路所在的显示屏的栅极关闭电压VGH编码设定在30V左右，本申请与现有技术相比，本申请中VGH从32.2V到30V的能量损耗小于现有技术中VGH从42.2V到30V的能量损耗。

本申请优化VGH回路的功耗差为：

P2＝(I1-I3)*VIN＝(500.7-466.6)*5*/1000＝0.1705W

其中，如图8所示，I1为现有技术中的整体电流，I3为本申请实施例中的整体电流，VIN是输入电压。

优化VGH和VGL回路，节省的总体功耗P＝P1+P2＝0.075+0.1705＝0.2455W。因此，通过优化VGL和VGH两路电荷泵设计，可以节省的整体逻辑功耗约0.2W左右。

本申请实施例中，通过将电荷泵功能电路的两路输入端输入幅值相等的方波信号更改为输入幅值不相等的方波信号，降低了VGL和VGH回路的工作压差，通过优化VGL和VGH回路，从而降低显示器的工作压差，减小了能量损耗，提高了转换效率，进而降低了液晶显示器的功耗。

本申请实施例提供了一种显示器，包括：上述电源驱动电路。

上述电源驱动电路用于提供显示器的驱动电压。

可以理解的是，除了电源驱动电路外，显示器中还可以包括像素电路、变压器等模块，本申请中不做具体限定。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。