專利名稱：驅動電壓控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種驅動電壓控制器，用于控制一個驅動電壓以便通過利用交流電流驅動一個負載，例如液晶顯示器板。
背景技術：
圖18是相關現有技術的驅動電壓控制器的一個實例，其控制一個負載，例如液晶顯示器板。在現有技術的電壓控制器上，在產生參考(counter)電壓Vref的電源的高/低輸出端，提供有高輸出運算放大器OPVcomH和一個低輸出控制器運算放大器OPVcomL，如圖18所示。MOS晶體管的輸出開關11交替地驅動這些運算放大器，以便對液晶顯示器板提供交流電壓。
不與液晶顯示器板連接的運算放大器(以后稱作“非選擇運算放大器”)，在顯示板-負載狀態和無載狀態之間具有不同的頻率補償狀態。因此，在板-負載狀態下是穩定的運算放大器，在無負載狀態下可能是不穩定的，在不穩定運行中產生振蕩。為了解決這個問題，每個運算放大器的輸出端和一個用于穩定的電容器(穩定電容)C相連。為了調節偏置電流源以減少功率消耗，在內部提供一個寄存器(未示出)，通過CPU發送的指令將其設定。在休眠(sleep)或待機(standby)狀態中，能夠改變寄存器的設定，以停止運算放大器的工作，減少功率消耗。
在所述現有技術的驅動電壓控制器中，提供一個電容器C，其增加了安裝元件的數量和相應成本，同時限制了元件的安裝面積。通常，電容器電容量越大，電容器越大。因此，需要這樣一個驅動電壓控制器，沒有電容器C也能提供穩定的交流電壓，而不會使非選擇運算放大器振蕩。
在運算放大器之間進行切換的輸出端開關11最好沒有電阻。增加開關的W/L尺寸比，就擴大了開關的散布部分的容量，這個容量起著運算放大器上的一個負載的作用，因此增加了驅動功率和有礙低-功率設計結構。運算放大器中的偏置電流是考慮到電源容量和功率消耗，按由CPU設定到寄存器的值確定的，這個偏置電流可根據運算放大器的運行狀態而動態改變。

發明內容
本發明是鑒于解決所述現有技術的問題而提出的，其目的是提供一種可以以低功率驅動的小型驅動電壓控制器。
為了解決這一問題，本發明的驅動電壓控制器，用于通過使用交流電流控制一驅動電壓以驅動一個負載，其特征在于，驅動電壓控制器包括一個輸出一個高驅動電壓的高輸出運算放大器；和一個輸出一個低驅動電壓的低輸出運算放大器；一個輸出開關，以預定時間交替地連接負載和高輸出運算放大器或低輸出運算放大器，一個定時控制器，控制輸出開關的轉換時間(timing)；一個偏置電流控制器，按照轉換時間控制高輸出運算放大器的偏置電流和低輸出運算放大器的偏置電流。用這種方法，通過控制運算放大器的偏置電流，就能夠防止不與負載連接的運算放大器產生振蕩，從而減小了功率消耗。結果，不必需要電容器(穩定電容)，從而減少了控制器的覆蓋區(footprint)。
一種本發明的驅動電壓控制器，其特征在于，高輸出運算放大器和低輸出運算放大器中的每一個包括一個差動輸入級和一個輸出級；偏置電流控制器通過減少或阻斷差動輸入級中的偏置電流來控制高輸出運算放大器和低輸出運算放大器中的偏置電流。在這種情況下，偏置電流流入輸出級。輸出級具有一個比較大的W/L尺寸比，以便驅動一個大的負載，例如是一個液晶顯示器板或一個輸出開關。結果，輸出晶體管具有一個大的寄生電容。當輸出級中的偏置電流被阻斷的時候，寄生電容在正常工作以前重新充電要耗費時間，因此減小了控制器的工作速度。通過僅僅減小或阻斷差動輸入級中的偏置電流，減小運算放大器的電壓增益，使頻率補償狀態得以穩定，因此消除了振蕩。
一種本發明的驅動電壓控制器，其特征在于，高輸出運算放大器和低輸出運算放大器中的每一個包括一個差動輸入級和一個輸出級；偏置電流控制器通過增加差動輸入級中的偏置電流，控制高輸出運算放大器和低輸出運算放大器中的偏置電流。在這種情況下，偏置電流流入差動輸入級。這就避免了與差動輸入級相連的電路的寄生電容的放電。無載工作的兩級運算放大器的傳遞函數具有兩種型式的極點(pole)頻率。差動輸入級確定低極點頻率，輸出級確定高極點頻率。增加輸出級的偏置電流就降低了輸出級的阻抗，并將高極點頻率移動到一個更高的頻率范圍。根據控制理論，這就提高了相變頻率(phase-varing frequency)和增加了相位余量(margin)，從而防止了振蕩。
一種本發明的驅動電壓控制器，其特征在于，高輸出運算放大器和低輸出運算放大器中的每一個包括一個差動輸入級和一個輸出級；偏置電流控制器通過減小或阻斷差動輸入級中的偏置電流和輸出級中的偏置電流而控制高輸出運算放大器和低輸出運算放大器中的偏置電流。在這種情況下，連于每級的負載的寄生電容被放電，極大地減少了功率消耗。
一種本發明的驅動電壓控制器，其特征在于，定時控制器控制輸出開關的轉換時間，使開關在預定輸出開關轉換時間內轉換，在這個周期內，負載既不和高輸出運算放大器相連，也不和低輸出運算放大器相連。這就防止了運算放大器的輸出端的短路。
一種本發明的驅動電壓控制器，用于通過使用交流電流控制一驅動電壓以驅動一個負載，其特征在于，驅動電壓控制器包括一個高輸出運算放大器，用于輸出高驅動電壓；和一個低輸出運算放大器，用于輸出低驅動電壓；，每個運算放大器具有一個相位補償電路，其包括多個CR電路，其中包括一個CR電路，對其設定相位補償狀態，使得即使在沒有負載的情況下，也不會發生振蕩；一個輸出開關，以預定時間交替地在負載和高輸出運算放大器或低輸出運算放大器之間進行連接；一個定時控制器，控制輸出開關的轉換時間；一個相位補償電路控制器，用于控制相位補償電路，以便根據負載沒有與之連接的運算放大器的轉換時間，從相位補償電路的多個CR電路中選擇一個CR電路，對其設定相位補償狀態，不會發生振蕩。
一種本發明的驅動電壓控制器，用于通過使用交流電流控制一驅動電壓以驅動一個負載，其特征在于，驅動電壓控制器包括一個高輸出運算放大器和一個低輸出運算放大器，每一個包括一個差動輸入級和一個分別輸出一個高驅動電壓和一個低驅動電壓的輸出級；一個偏置電流控制器，通過具有預定時間的預定時間內阻斷偏置電流而控制高輸出運算放大器和低輸出運算放大器的輸出級中的偏置電流；一個定時控制器，控制偏置電流控制器中偏置電流的時間。因此，不必要提供一個開關來交替地連接負載和一個運算放大器。這就減少了控制器的覆蓋區。當輸出被斷開的時候，運算放大器不再用作一個放大電路，不再振蕩。
一種本發明的電壓變換器(converter)，其包括一個電壓源，用于產生一個恒定電壓；一個運算放大器，在其負反饋電路中包括一個可變電阻，運算放大器調節電壓源的輸出電壓的幅值；一個電流鏡像電路，用于把運算放大器的輸出電壓轉換到一個高電壓，其特征在于，運算放大器是一低電壓運算放大器，其包括低耐壓晶體管。低壓運算放大器可以包括低耐壓晶體管，而沒有高耐壓晶體管所必需的耐高壓的電阻分量，從而它的覆蓋區較小，比包括高耐壓晶體管的高壓運算放大器中的功率損耗要小。這就減小了運算放大器的覆蓋區和功率損耗。
一種本發明的電壓轉換器，其特征在于，該電壓轉換器包括一個箝位電路，用于防止過電壓加到電流鏡像電路的輸入端的晶體管上。
一種本發明的驅動電壓控制器，包括一個本發明的電壓轉換器，其特征在于，電壓轉換器應用輸出電壓作為高輸出運算放大器或低輸出運算放大器中的至少一個的設定電壓。


圖1是電路方塊圖，其表示本發明的實施例的驅動電壓控制器；圖2A是高輸出運算放大器OPVcomH的內部電路圖；圖2b是一個低輸出運算放大器OPVcomL的內部電路圖；圖3是實現只限于差動輸入級的系統的低輸出運算放大器OPVcomL的電路圖；圖4是實現只限于輸出級的系統的低輸出運算放大器OPVcomL的電路圖；圖5是實現只限于差動輸入級和輸出級的系統的低輸出運算放大器OPVcomL的電路圖；圖6是在采用正常方式、減少方式和關斷方式時采用的時序圖；圖7是在采用正常方式和減少方式時假定的定時圖；圖8是在采用正常方式和關斷方式時采用的時序圖；圖9是從待機方式到正常方式轉換的時序圖；圖10是其中引入了相位補償電路的低輸出運算放大器OPVcomL的內部電路圖；圖11A是其中可設定高輸出阻抗的高輸出運算放大器OPVcomH的內部電路圖；
圖11B是其中可設定高輸出阻抗的低輸出運算放大器OPVcomL的內部電路圖；圖12A，12B，12C是替換實施例的結構和它外圍的低電壓設定運算放大器OPVref的電路圖；圖13是包括一個在高輸出運算放大器OPVcomH上的設定電壓發生器的驅動電壓控制器的電路方塊圖；圖14是一個驅動電壓控制器的電路方塊圖，其包括一個在低輸出運算放大器OPVcomL上的設定電壓發生器103，和一個在高輸出運算放大器OPVcomH上的設定電壓發生器103′；圖15是包括單一運算放大器的驅動電壓控制器的電路方塊圖；圖16是能夠經箝位電路從低耐壓電流源向高壓運算放大器提供偏置電流的結構的電路圖；圖17是驅動電壓控制器的電路方塊圖，其中低電壓設定運算放大器OPVref的輸出狀態可以從外面監測；圖18是現有技術驅動電壓控制器的方塊圖。
在圖中，參考標號101，101′每一個指的是輸出開關；103，103′指的是設定電壓發生器，105指的是偏置電流控制器；107指的是定時控制器；151指的是電流鏡像電路；153指的是箝位電路；201指的是差動輸入級；203指的是輸出級；301指的是偏置電流減少電路；401指的是偏置電流增加電路；501指的是偏置電流遮斷電路；601指的是相位補償電路。
此外，在圖中，“OPVcomH”表示一個高輸出運算放大器；“OPVcomL”表示一個低輸出運算放大器；“OPVcom”表示一個路至路間(rail-to-rail)輸入/輸出運算放大器；“OPVrefL”表示一個電壓設定運算放大器；“RV”表示可變電阻器；“SW1”和“SW2”每一個表示一個開關；“Tr1”和“Tr2”每一個表示一個低耐壓晶體管；“VB”表示一個電壓源。
具體實施例方式
下面詳細描述本發明的實施例。
圖1是本發明實施例的驅動電壓控制器的電路方塊圖。如圖1所示，本實施例的一個驅動電壓控制器包括一個輸出開關101、一個高輸出運算放大器OPVcomH、一個低輸出運算放大器OPVcomL、一個設定電壓發生器103用作本發明的電壓轉換器、一個偏置電流控制器105和一個定時控制器107。該控制器通過交替轉換開關101把高輸出運算放大器OPVcomH或低輸出運算放大器OPVcomL連到一個負載，例如是一個液晶顯示器板，從而，提供一個使用交流電流驅動負載的驅動電壓(交流電壓)。
與現有技術不同，雖然本實施例的驅動電壓控制器不包含防止不與負載連接的運算放大器(以后稱作“非選擇性運算放大器”)振蕩的電容器(穩定電容)，其控制非選擇運算放大器中的偏置電流以減小電壓增益，因此避免振蕩。在本實施例中，加在低輸出運算放大器OPVcomL的非-反相輸入端(正端)的設定電壓VrefL是由設定電壓發生器103提供的。
下面詳細描述本實施例的驅動電壓控制器的組成部分。
輸出開關101以定時控制器107控制的時間交替地在高輸出運算放大器OPVcomH的輸出端和低輸出運算放大器OPVcomL的輸出端之間交替轉換。輸出開關101包括含有轉換門電路的開關SW1和SW2。當開關SW1導通，開關SW2關斷的時候，輸出開關101選擇高輸出運算放大器OPVcomH，使控制器輸出一個驅動電壓VcomH。當開關SW2導通，開關SW1關斷的時候，輸出開關101選擇低輸出運算放大器OPVcomL，使控制器輸出一個驅動電壓VcomL。包括轉換門電路的輸出開關101由于大的W/L比而具有一個低電阻(低阻抗)，從而保證當它具有大的寄生電容的時候有一個高電流輸出。
下面，將描述高輸出運算放大器OPVcomH和低輸出運算放大器OPVcomL。高輸出運算放大器OPVcomH和低輸出運算放大器OPVcomL提供驅動電壓VcomH和VcomL到負載，例如是一個液晶顯示器板，并分別與負反饋電路連接。設定電壓被加到每個運算放大器的反相輸入端(正端)。設定電壓VrefH和設定電壓VrefL分別被加到高輸出運算放大器OPVcomH和低輸出運算放大器OPVcomL。每個運算放大器中的偏置電流由偏置電流控制器105控制。控制偏置電流的時間與輸出開關101的轉換時間同步。
圖2A是高輸出運算放大器OPVcomH的內部電路圖。圖2B是低輸出運算放大器OPVcomL的內部電路圖。每個運算放大器是一個高電壓運算放大器，其包括高耐壓晶體管，其提供一個電壓給需要較高驅動電壓的負載。高設定電壓VrefH，VrefL加到這些運算放大器，從而提供高驅動電壓VcomH，低驅動電壓VcomL。如圖2所示，每個運算放大器可被分成差動輸入級201和輸出級203。如圖1所示，包含轉換門電路的輸出開關與輸出級203相連接。設定電壓發生器103與低輸出運算放大器OPVcomL的差動輸入級201相連。
下面，描述設定電壓發生器103。設定電壓發生器103包括一個電壓源VB、一個低電壓設定運算放大器OPVref；一個可變電阻器RV；一個電流鏡像電路，其包括高耐壓晶體管、一個箝位電路153和低耐壓晶體管Tr1和Tr2。設定電壓發生器103產生一個設定電壓VrefL，設定電壓VrefL被提供到低輸出運算放大器OPVcomL的非-反相輸入端(正端)。
現在描述電壓發生器103的組成部分。電壓源VB提供一個參考電壓Vref，其低于施加到低輸出運算放大器OPVcomL的設定電壓VrefL，其被加到低電壓設定運算放大器OPVref的非-反相輸入端(正端)。低電壓設定運算放大器OPVref通過可變電阻RV與一個負反饋電路連接，根據可變電阻RV的電阻值調節輸出電流。
特別是，如前所述，電壓源VB產生的參考電壓Vref低于設定電壓VrefL，從而一個低電壓運算放大器被用作一個低電壓設定運算放大器OPVref。低電壓運算放大器包括低耐壓晶體管，其沒有電阻元件，電阻元件是防止高電壓直接作用在晶體管的溝道區，從而保證高耐壓晶本管所必需的高耐壓。低電壓運算放大器與高電壓運算放大器比較具有較小的覆蓋區和較低的功率損耗，高電壓運算放大器包括高耐壓晶體管，例如高輸出運算放大器OPVcomH和低輸出運算放大器OPVcomL。
電流鏡像電路151通過把輸入端上晶體管的電流傳送到輸出端的晶體管上，并把輸出端晶體管電流加到電阻R上，而把一個設定電壓VrefL加到低輸出運算放大器OPVcomL的非-反相輸入端(正端)。電壓轉換的倍增率可以通過分壓改變電阻值而被調節，因此而改變了倍增率。低耐壓晶體管用作電流鏡像電路151的輸入端的晶體管，而高耐壓晶體管用作電流鏡像電路151的輸出端的晶體管。
箝位電路153是一個高耐壓晶體管，其與電流鏡像電路151的輸入晶體管的漏極連接。箝位電路153的柵極接地。箝位電路153降低電流鏡像電路151的漏極電壓，以便防止過電壓加到箝位電路153的低耐壓晶體管Tr1上。
下面描述偏置電流控制器105。偏置電流控制器105根據定時控制器107確定的時間控制高輸出運算放大器OPVcomH和低輸出運算放大器OPVcomL的偏置電流。偏置電流被控制的運算放大器是一個非選擇運算放大器，負載不通過輸出開關101與之相連接。與現有技術不同，本實施例的驅動電壓控制器不包含用于防止運算放大器振蕩的電容器(穩定電容)，從而驅動電壓控制器通過控制偏置電流，減小電壓增益而避免了非選擇運算放大器的振蕩。
現在描述偏置電流的控制。
如上所述，高輸出運算放大器OPVcomH和低輸出運算放大器OPVcomL每一個包括一個差動輸入級和一個輸出級。偏置電流105具有三種系統(a)只限于差動輸入級的系統；(b)只限于輸出級的系統，和(c)限于差動輸入級和輸出級兩者的系統。
(a)只限于差動輸入級的系統。
在這種情況下，控制是減小或阻斷差動輸入級的偏置電流。實際上，偏置電流流入輸出級中。輸出級具有一個比較大的W/L比，以便驅動一個大的負載，例如一個液晶顯示器板或一個輸出開關。結果，輸出晶體管具有一個大的寄生電容。當輸出級中的偏置電流被阻斷的時候，寄生電容在正常工作時間以前重新充電要耗費時間，因此，減小了控制器的工作速度。通過僅僅減小或阻斷差動輸入級中的偏置電流，運算放大器的電壓增益被減小，穩定了頻率補償狀態，因此消除了振蕩。
圖3是實現這個系統的低輸出運算放大器OPVcomL的電路圖。如圖3所示，低輸出運算放大器OPVcomL包括一個差動輸入級中的偏置電流減小電路301。偏置電流減少電路301包括一個反相器和多個晶體管，其通過偏置電流控制器105發送的節減(save)信號來減小偏置電流，通過偏置電流控制器105發送的關斷信號而阻斷偏置電流。高輸出運算放大器OPVcomH還包括差動輸入級中的偏置電流減小電路301。偏置電流被阻斷而不是減小的系統是可能的，偏置電流被減小或阻斷的系統也是可能的。
(b)只限于輸出級的系統。
在這種情況下，進行控制以增加輸出級中的偏置電流。實際上，偏置電流是在差動輸入級中流動。這就避免了與差動輸入級相連的電流鏡像電路151的電流鏡像電路151的寄生電容的放電。無負載運行的兩級運算放大器的傳遞函數具有兩種型式的極點頻率。差動輸入級確定低極點頻率而輸出級確定高極點頻率。增加輸出級中的偏置電流就降低了輸出級的阻抗，并移動高極點頻率到一個更高的頻率范圍。根據控制理論這樣提高相位-變化頻率和增加相位余量從而就防止了振蕩。注意，電流鏡像電路151是確定運算放大器的通過速率(through rate)的重要負載條件，電流鏡像電路151的放電限制了開始工作的上升時間和下降時間。
圖4是實現該系統的低輸出運算放大器OPVcomL的電路圖。如圖4所示，低輸出運算放大器OPVcomL包括一個輸出級中的偏置電流增加電路401。偏置電流增強電路401包括一個反相器和多個晶體管，其通過偏置電流控制器105發送的增強信號增加偏置電流。高輸出運算放大器OPVcomH同時包括輸出級的偏置電流增加電路401。
(c)限于差動輸入級和輸出級兩者的系統。
在這種情況中，進行控制以阻斷差動輸入級和輸出級兩者中的偏置電流。實際上，連于每級的負載的寄生電容被放電，但是低功率損耗的效果最大。因此，對于低清晰度和低工作速度的液晶顯示器板，維持功率損耗的高性能和高工作速度。
圖5是實現該系統的低輸出運算放大器OPVcomL的電路圖。如圖5所示，低輸出運算放大器OPVcomL包括一個差動輸入級中的偏置電流阻斷電路501。偏置電流阻斷電路501包括一個反相器和多個晶體管，其通過偏置電流控制器發送的關斷信號去阻斷偏置電流。高輸出運算放大器OPVcomH還包括在差動輸入級中的偏置電流阻斷電路501。一個偏置電流減小或被阻斷的系統是可能的，偏置電流被阻斷而不減小的系統也是可能的。
雖然在高輸出運算放大器OPVcomH和低輸出運算放大器OPVcomL中的偏置電流被限制，如上所述，偏置電流控制器105可以控制以阻斷設定電壓發生器103中低電壓設定運算放大器OPVref中的偏置電流。當帶有一個負載，例如是一個液晶顯示器板的蜂窩電話(cell phone)已進入待機狀態或休眠狀態的時候，不僅高輸出運算放大器OPVcomH和低輸出運算放大器OPVcomL，而且低電壓設定運算放大器OPVref都不需要繼續工作。因此，偏置電流控制器105通過提供Vset#off信號到低電壓設定運算放大器OPVref而阻斷，低電壓設定運算放大器OPVref中的偏置電流。
下面描述定時控制器107。定時控制器控制輸出開關101的轉換時間，在高輸出運算放大器OPVcomH的輸出端和低輸出運算放大器OPVcomL的輸出端之間交替轉換。轉換時間的設定是根據寄存器設定裝置的信號或一個外部信號進行的。定時控制器107設定的定時傳送到偏置電流控制器105。
現在描述按定時控制器107確定的時間而被驅動的本實施例的驅動電壓控制器的工作。高輸出運算放大器OPVcomH和低輸出運算放大器OPVcomL可以處于“正常方式”，其中流動未調節的偏置電流，一個“減少方式”，其中流動一個減小的偏置電流，或“關斷方式”，其中偏置電流被阻斷。
下面參考圖6描述從低輸出運算放大器OPVcomL到高輸出運算放大器OPVcomH，和從高輸出運算放大器OPVcomH到低輸出運算放大器OPVcomL輸出開關的轉換操作；以及偏置電流控制器105發送的信號的時間和驅動電壓Vcom。如圖6所示，當輸出開關101處在高輸出運算放大器OPVcomH的位置而負載連于低輸出運算放大器OPVcomL的時候，即，當開關SW1導通的時候，偏置電流控制器105阻斷發送到高輸出運算放大器OPVcomH的關斷信號，從而驅動電壓Vcom從VcomL移動到VcomH，高輸出運算放大器OPVcomH進入(1)正常方式。
當驅動電壓達到VcomH電平的時候，在一個預定時間以后，偏置電流控制器105發送一個節減信號到高輸出運算放大器OPVcomH。在高輸出運算放大器OPVcomH中的偏置電流IbH被減小，高輸出運算放大器OPVcomH進入(2)減少方式。驅動電壓Vcom停止在VcomH電平。在預定時間以后，控制器105停止對高輸出運算放大器OPVcomH發送節減信號，并開始發送關斷信號。偏置電流IbH被阻斷，高輸出運算放大器OPVcomH進入(3)關斷方式。即使在關斷方式中，負載電容和連于輸出端的寄生電容保持住輸出電壓，從而驅動電壓仍然是VcomH。同時，關斷信號被發送到高輸出運算放大器OPVcomH，偏置電流控制器105停止發送關斷信號到低輸出運算放大器OPVcomL。
當高輸出運算放大器OPVcomH進入關斷方式時，開關SW1被關斷。當一個預定的輸出開關轉換時間(4)已經過去的時候，開關SW2導通。從開關SW1導通到開關SW2導通的時間段是單一的水平周期。一旦開關SW1被關斷，運算放大器OPVcomH可能在開關SW2導通以前進入關斷方式。
當開關SW2導通的時候，驅動電壓Vcom從VcomH轉變到VcomL，低輸出運算放大器OPVcomL進入(5)正常方式。當驅動電壓達到VcomL電平的時候，在預定時間之后，偏置電流控制器105發送一個節減信號到低輸出運算放大器OPVcomL。低輸出運算放大器OPVcomL中的偏置電流IbL被減小，低輸出運算放大器OPVcomL進入(6)減小方式，驅動電壓Vcom停止在VcomL電平上。
然后，在預定時間以后，偏置電流控制器105停止發送節減信號到低輸出運算放大器OPVcomL，并開始發送關斷信號。偏置電流IbL被阻斷，低輸出運算放大器OPVcomL進入(7)關斷方式。即使在關斷方式中，驅動電壓仍然是VcomL。同時，關斷信號被發送到低輸出運算放大器OPVcomL，偏置電流控制器105停止發送關斷信號到高輸出運算放大器OPVcomH。
當低輸出運算放大器OPVcomL進入關斷方式的時候，開關SW2被關斷。當預定的輸出開關轉換時間(8)過去的時候，開關SW2導通。從開關SW2導通到開關SW1導通的時間段是單一的水平周期。
用這種方式，高輸出運算放大器OPVcomH和低輸出運算放大器OPVcomL在按單一水平周期的時間間隔計的一水平周期內進入正常方式，減小方式和關斷方式。本實施例的驅動電壓控制器以單一水平周期的單位提供驅動電壓VcomH或VcomL到負載。設有輸出開關轉換時間(4)、(8)，以防止運算放大器OPVcomH，OPVcomL的輸出端短路。
雖然每個運算放大器進入正常方式，減少方式或關斷方式已如所述，但是可以代替使用兩種方式，正常方式和減少方式，或正常方式和關斷方式。圖7是當使用正常方式和減少方式時采用的時序圖。圖8是使用正常方式和關斷方式時采用的時序圖。當帶有負載，例如是液晶顯示器板的電池電話從待機或休眠方式轉入正常方式的時候，偏置電流控制器105必須驅動設定電壓發生器103中的低電壓設定運算放大器OPVref。圖9是從待機方式轉變到正常方式時的時序圖。
如上所述，本實施例的驅動電壓控制器進行控制通過限制偏置電流以抑制非選擇運算放大器的振蕩，以便保證沒有和其連接負載例如是一個液晶顯示器板的非選擇運算放大器穩定工作。這就消除了在現有技術中為防止振蕩所需要的電容器(穩定電容)。結果，通過控制，即減小/阻斷偏置電流，減少了控制器的覆蓋區，減少了功率損耗。
提供設定電壓VcomL到低輸出運算放大器OPVcomL的設定電壓發生器103，通過把一個低參考電壓Vref轉變成電流鏡像電路151中的高電壓而產生設定電壓VcomL。因此，在電流鏡像電路151前面的低電壓設定運算放大器OPVref可以是一個低電壓運算放大器。低電壓運算放大器可以包括低耐壓晶體管，其沒有高耐壓晶體管所必需的耐高壓的電阻元件，從而它的覆蓋區較小，比包含高耐壓晶體管的高壓運算放大器的功率損耗要小。這就減小了設定電壓發生器103，或本實施例的驅動電壓控制器的覆蓋區和功率損耗。
現在描述除了所述實施例以外的實施例。
雖然控制與負載不相連接的非選擇運算放大器的偏置電流，從而運算放大器不振蕩，以保證非選擇運算放大器的穩定工作，可是，相位補償電路可以被提供在每個運算放大器中，以穩定非選擇運算放大器的工作，可作為替換實施例。圖10是低輸出運算放大器OPVcomL的內部電路圖，其中包括相位補償電路。如圖10所示，相位補償電路601包括多個CR電路。至少一個相位補償電路601的CR電路被設計而提供免于使運算放大器振蕩的輸出阻抗，即使當負載不與運算放大器相連的時候也是這樣。
在這種情況下，作為本發明的相位補償電路控制器的偏置電流控制器105根據定時控制器107確定的時間轉換在每個運算放大器OPVcomH，OPVcomL中提供的相位補償電路601中的CR電路，并且把相位補償條件設定到非選擇運算放大器上，使得即使在缺少負載的狀態下振蕩也不會發生。例如，在驅動具有較大電容值的液晶顯示器板的情況下，負載具有一個極點頻率，其頻率響應是由液晶顯示器板的負載電容確定的，從而運算放大器的相位補償電路601不需要相位補償電容。如果不連接負載，就只有一個寄生電容連接到運算放大器。因此，產生主極點頻率的相位補償電容將被連接到運算放大器上。
作為一個替換實施例，當輸出開關101在運算放大器OPVcomH和OPVcomL之間交替連接的時候，這些運算放大器可以通過阻斷每個運算放大器的輸出級中的偏置電流而被轉換，增加輸出阻抗。圖11A是可以實現這種特征的高輸出運算放大器OPVcomH的內部電路圖。圖11B是實現這種特征的一個低輸出運算放大器OPVcomL的內部電路圖。如圖11所示，每個運算放大器OPVcomH，OPVcomL包括一個輸出級中的電路503，類似于圖5中所示偏置電流阻斷電路501。電路503通過偏置電流控制器105發送的關斷信號阻斷偏置電流。
根據替換實施例，不需要開關101，從而總的覆蓋區被減少。每個運算放大器可以減少驅動輸出開關101的寄生電容的功率損耗，并且通過減少由于輸出阻抗的存在而產生的串聯電阻分量縮短輸出阻尼衰減(convergance)的時間。當輸出被關斷的時候，運算放大器不用作放大電路，不再振蕩。
雖然在本實施例中的設定電壓發生器103中的低電壓設定運算放大器OPVref中的負反饋電路中包括可變電阻器RV，作為一個替換實施例，可以采用一個選擇開關，用于選擇電阻值。圖12A，12B，12C是替換實施例的結構的低電壓設定運算放大器OPVref和它周圍的電路圖。每個選擇開關的基本設計是根據CMOS技術，其中p-溝道和n-溝道晶體管是并聯連接，如圖12B所示。加在負反饋電路上的電壓近似等于參考電壓Vref，參考電壓Vref是一個低電壓。因此，每個開關可以設計成單獨的單一溝道，例如n-溝道，如圖12C所示。這就減小了選擇開關的覆蓋區和選擇開關的功率損耗。
雖然設定電壓發生器103產生供給低輸出運算放大器OPVcomL的設定電壓VrefL，但是設定電壓發生器103可以產生提供給高輸出運算放大器OPVcomH的設定電壓VrefH。圖13是一個驅動電壓控制器，其包括在高輸出運算放大器OPVcomH上的一個設定電壓發生器。如圖13所示，驅動電壓控制器的設定電壓發生器103′不包括電流鏡像電路151，從而設定電壓VrefH是由箝位電路153的漏極提供。如圖14所示，設定電壓發生器103可以設置在低輸出運算放大器OPVcomL，設定電壓發生器103′可以設置在高輸出運算放大器OPVcomH。
雖然本實施例的驅動電壓控制器包括兩個運算放大器OPVcomH，OPVcomL，作為替換實施例可以使用一個單一運算放大器。圖15是一個驅動電壓控制器的電路方塊圖，其包括一個單一運算放大器。在圖15中，驅動電壓控制器包括一個具有高耐壓和軌對軌間的輸入/輸出的運算放大器OPVcom；一個輸出開關101′，在運算放大器OPVcom的輸入端的OPVcom的非-反相輸入端(正端)上提供的各設定電壓之間交替轉換。用這種方法，無需形成單一運算放大器，從而減小了控制器的覆蓋區。
如上所述，雖然高輸出運算放大器OPVcomH和低輸出運算放大器OPVcomL都是高電壓運算放大器，但是，供給每個運算放大器的偏置電流可以由低耐壓電流源，例如帶隙電位發生裝置經箝位電路153′提供。因此，能夠使用一個低耐壓電流源作為高電壓運算放大器的偏置電流源。這就消除了高電壓運算放大器的專門的偏置電流源的需要，減小了覆蓋區。圖16是能夠從低耐壓電流源經箝位電路提供偏置電流到高電壓運算放大器的結構的電路圖。
驅動電壓控制器還可以包括一個輸出低電壓設定運算放大器OPVref的輸出信號的端(未示出)和啟動從該端輸出的晶體管Tr#test，以便監測低壓設定運算放大器OPVref的輸出狀態。如果低電壓設定運算放大器OPVref的輸出狀態被監測，晶體管Tr#test將導通，輸出監測器裝置將與該端連接。圖17是一個驅動電壓控制器，其中低電壓設定運算放大器OPVref的輸出狀態可以被從外面監測。如果控制器包括多個低電壓設定運算放大器OPVref，所選擇的晶體管可以導通以執行單獨監測。
如上所述，本發明的驅動電壓控制器可以防止振蕩，即使在運算放大器不與負載相連接的情況下也防止了運算放大器中的振蕩，并通過控制運算放大器中的偏置電流而減少功率損耗。驅動電壓控制器不需要電容器(穩定電容)，因此減小了控制器的覆蓋區。
權利要求
1.一種驅動電壓控制器，用于通過使用交流電流控制一驅動電壓以驅動一個負載，包括一個高輸出運算放大器，用于輸出高驅動電壓；一個低輸出運算放大器，用于輸出低驅動電壓；一個輸出開關，用于以預定時間交替地連接所述負載和所述高輸出運算放大器或所述低輸出運算放大器；一個定時控制器，用于控制所述輸出開關的轉換時間；和一個偏置電流控制器，用于根據所述轉換時間，控制所述高輸出運算放大器中的偏置電流和所述低輸出運算放大器中的偏置電流。
2.根據權利要求1的驅動電壓控制器，其中所述高輸出運算放大器和所述低輸出運算放大器中的每一個包括一個差動輸入級和輸出級，和其中所述偏置電流控制器通過減少或阻斷所述差動輸入級中的偏置電流來控制所述高輸出運算放大器和所述低輸出運算放大器中的偏置電流。
3.根據權利要求1的驅動電壓控制器，其中所述高輸出運算放大器和所述低輸出運算放大器中的每一個包括一個差動輸入級和一個輸出級，和其中所述偏置電流控制器通過增加所述差動輸入級中的偏置電流來控制所述高輸出運算放大器和所述低輸出運算放大器中的偏置電流。
4.根據權利要求1的驅動電壓控制器，其中所述高輸出運算放大器和所述低輸出運算放大器中的每一個包括一個差動輸入級和一個輸出級，并且其中所述偏置電流控制器通過減少或阻斷所述差動輸入級中的偏置電流及所述輸出級中的偏置電流來控制所述高輸出運算放大器和所述低輸出運算放大器中的偏置電流。
5.根據權利要求1至4中的任何一個的驅動電壓控制器，其中所述定時控制器控制所述輸出開關的轉換時間，使開關按預定的輸出開關轉換周期轉換，其時，所述負載既不與所述高輸出運算放大器連接也不與所述低輸出運算放大器連接。
6.一種驅動電壓控制器，用于控制通過使用交流電流驅動負載的驅動電壓，包括一個高輸出運算放大器，用于輸出高驅動電壓，其包括一個相位補償電路，其具有多個CR電路，其中相位補償條件被設定到一個CR電路上，振蕩不會發生，即使在沒有負載的情況下；一個低輸出運算放大器，用于輸出低驅動電壓，其包括一個相位補償電路，相位補償電路具有多個CR電路，將相位補償條件設定到一個CR電路上，即使在沒有負載的情況下，也不會發生振蕩；一個輸出開關，以預定時間在所述負載和所述高輸出運算放大器或所述低輸出運算放大器之間交替轉換；一個定時控制器，用于控制所述輸出開關的轉換時間；一個相位補償電路控制器，用于控制所述相位補償電路，以便根據與負載不相連接的所述運算放大器的所述轉換時間，從所述相位補償電路中的多個CR電路中選擇一個CR電路，可將相位補償條件設定到該CR電路，從而不會產生振蕩。
7.一種驅動電壓控制器，用于通過使用交流電流控制一驅動電壓以驅動一個負載，包括一個高輸出運算放大器，其包括一個差動輸入級和一個輸出高驅動電壓的輸出級，一個低輸出運算放大器，其包括一個差動輸入級和一個輸出低驅動電壓的輸出級；一個偏置電流電流控制器，用于通過在具有預定時間的預定周期內阻斷所述偏置電流，來控制所述高輸出運算放大器和所述低輸出運算放大器的輸出級中的偏置電流；和一個定時控制器，用于控制所述偏置電流控制器中偏置電流的時間。
8.一個電壓轉換器，包括一個電壓源，用于產生恒定電壓；一個運算放大器，包括一個負反饋電路，該負反饋電路含有一個可變電阻，所述運算放大器用于調節所述電壓源的輸出電壓的幅值；和一個電流鏡像電路，用于轉換所述運算放大器的輸出電壓到一個高電壓；其中所述運算放大器是一個低電壓運算放大器，其包括低耐壓晶體管。
9.根據權利要求8的電壓轉換器，進一步包括一個箝位電路，用于防止過電壓加到所述電流鏡像電路的輸出端的晶體管上。
10.根據權利要求1的驅動電壓控制器，進一步包括一個電壓轉換器，其包括一個產生恒定電壓的電壓源，一個包括一個負反饋電路的運算放大器，負反饋電路具有一個可變電阻，所述運算放大器用于調節所述電壓源的輸出電壓的幅值，和一個電流鏡像電路，用于轉換所述運算放大器的輸出電壓到高電壓；其中，所述運算放大器是一個低電壓運算放大器，其包括低耐壓晶體管；和其中所述電壓轉換器把輸出電壓作為所述高輸出運算放大器或所述低輸出運算放大器中的至少一個的設定電壓。
11.根據權利要求10的驅動電壓控制器，其中所述電壓轉換器進一步包括一個箝位電路，用于防止過電壓加到所述電流鏡像電路的輸入端的晶體管上。
全文摘要
本發明提供了一種小型驅動電壓控制器，其能夠用低功率驅動。能用低功率驅動的小型驅動電壓控制器包括一個高輸出運算放大器和一個低輸出運算放大器，用于提供驅動電壓VcomH，VcomL到負載，例如是一個液晶顯示器板，一個輸出開關，用于在運算放大器的輸出端之間交替轉換，一個低電壓設定運算放大器，用于產生一個設定電壓，該設定電壓被加到低輸出運算放大器的非－反相輸入端，一個設定電壓發生器，包括一個電流鏡像電路和一個箝位電路，一個偏置電流控制器，用于以預定時間控制每個運算放大器中的偏置電流，一個定時控制器，用于控制輸出開關的轉換時間。
文檔編號G05B23/02GK1453675SQ0312859
公開日2003年11月5日 申請日期2003年1月25日 優先權日2002年1月25日
發明者須山透, 榊原努, 小島友和, 大森哲郎, 伊達義人, 土居康之, 赤堀雅弘, 三宅建二, 藤野美季, 串間貴仁, 川原司, 長岡一彥, 宮本信次, 小西祥之 申請人:松下電器產業株式會社