LCM驱动电压VGH&VGL产生电路原理分析

在液晶显示屏驱动电路中，VGH电压负责对TFT栅极电容进行充电开启，并使电容电压保持一个场周期，VGL电压负责TFT栅极的关闭。

如果VGH和VGL电压出现不稳或者幅度变化，都会引起图像显示故障，例如花屏、重影、白屏等。以下就VGH和VGL电压产生电路进行原理分析，使大家在以后的设计中对于此电路有一个清晰的认识。

1.基础知识

正常VGH电压值在15 ~ 20V，VGL电压值在-7.5 ~ -10V；

由于TFT显示屏中一般还有一个Vcom电压，一般在10V，并且这三个电压的电流需求都很小，如果使用三颗DCDC转换芯片来实现，从成本角度来说并不是特别经济。

如果想实现这三种电压仅通过一个稳压芯片来实现，需要使用两种基本电路，一种是自举升压电路，一种是负压产生电路。

实现升压主要有两种方式：电感升压和电容升压，电感升压利用通过电感的电流不能突变这一性质实现的，电容升压使用的是电容两端电压不能突变的基本原理。在本文中需要着重讲的是利于电容进行升压。

电容的主要特点：电容的充电速度与放电速度是不同的。在自举电路中由于二极管的作用，电容充电极快，放电却极慢。

2.基本电路

MP1540是一颗典型的Boost DCDC电源芯片，由于本文中需要分析的是升压和负压电路，DCDC基本原理不是本文所研究的对象，因此不再过多分析。基于MP1540的升压和负压基本电路如下，本文中以VGH要求为+15V，VGL要求为为-7.5V。

 

图1 基本电路原理

上图点1波形示意图如下：

图2 点1波形示意图

实际测量波形如下

图3 点1实测波形

3.VGL电压产生原理分析

图4 VGL电压产生电路

在上图5中C1、D1（管1和管2）、C5共同组成了“负压半波整流电路”。

对照图1中点1波形分析如下：

当高电平时，经过 C1和管2 ，使得 C1 在脉波的高电平时通过管2变成接地，所以 C1 会开始储存电荷(即电容充电，此时C1的左端为正，右端为0)。

接下来当脉波的低电平（可认为接地）时，使得 C1 经由管1导通，由于电容放电无法突变，此时右端相对于左端为负电压，即C5的上端电荷同样集聚，导致C5上端相对于下端为负电压，经过几个周期之后基本维持至脉波高度，即-10V，所以形成负电压产生器，经过R1和R2分压之后维持在-7.5V，经过7.5V稳压管之后，电压基本维持在-7.5V不变。

原理可以参考下图的仿真。

图5 VGL电路仿真图

图6 VGL电路仿真波形

从上图6中可以看出紫色线，即图1点7最终趋向于-10V。

4.VGH电压产生原理分析

图7 VGH电路原理

在上图8中C15、D3、C16共同组成了一个叠加+10V电压的半波整流电路。

由于上图点2位置为稳定的+10V电压，没有任何波形时由于C15阻隔，D3是导通的即点5、点3、点4均为DC+10V（不考虑二极管管压降）；当点1有脉波时分析如下：

当第一个低电平时，10V开始从C15右端进行充电；

当第一个高电平来临时，由于电容放电无法突变，所以C15右端相对于左端抬高一定电平值，由于电容充电快的原因，此时C16上端瞬间被充电，表现形式为C16上端电平被抬高；

经过几个周期累积，点3的电平会被整体抬高值脉波幅值，即+10V，点4最终稳定至+20V；

原理可以参考下图的仿真。

图8 VGH电路仿真图

 

图9 VGH电路仿真波形

从上图9中可以看出蓝色线，即图1点4终趋向于+20V。

5.总结

以上电路通常是产生给 LCM 正负偏压使用，用于单个像素点在场周期内保持开启和关闭。有些 LCM 面板会内部有正电压转负电压电路，有些没有，没有的就需要单独设计这一块电路，在使用过程中需要了解通常VGH和VGL电流需求都是小于10mA 的。

备注：图中R1、R5还起到限流的作用，阻值小了功耗大，阻值大了压降大，在选型上主要还是看负载对VGL和VGH的电流需求来决定。