LCM驅動電壓VGH&VGL產生電路原理分析

來自專欄信號完整性

在液晶顯示屏驅動電路中，VGH電壓負責對TFT柵極電容進行充電開啟，並使電容電壓保持一個場周期，VGL電壓負責TFT柵極的關閉。

如果VGH和VGL電壓出現不穩或者幅度變化，都會引起圖像顯示故障，例如花屏、重影、白屏等。以下就VGH和VGL電壓產生電路進行原理分析，使大家在以後的設計中對於此電路有一個清晰的認識。

1.基礎知識

正常VGH電壓值在15 ~ 20V，VGL電壓值在-7.5 ~ -10V；

由於TFT顯示屏中一般還有一個Vcom電壓，一般在10V，並且這三個電壓的電流需求都很小，如果使用三顆DCDC轉換晶元來實現，從成本角度來說並不是特別經濟。

如果想實現這三種電壓僅通過一個穩壓晶元來實現，需要使用兩種基本電路，一種是自舉升壓電路，一種是負壓產生電路。

實現升壓主要有兩種方式：電感升壓和電容升壓，電感升壓利用通過電感的電流不能突變這一性質實現的，電容升壓使用的是電容兩端電壓不能突變的基本原理。在本文中需要著重講的是利於電容進行升壓。

電容的主要特點：電容的充電速度與放電速度是不同的。在自舉電路中由於二極體的作用，電容充電極快，放電卻極慢。

2.基本電路

MP1540是一顆典型的Boost DCDC電源晶元，由於本文中需要分析的是升壓和負壓電路，DCDC基本原理不是本文所研究的對象，因此不再過多分析。基於MP1540的升壓和負壓基本電路如下，本文中以VGH要求為+15V，VGL要求為為-7.5V。

圖1 基本電路原理

上圖點1波形示意圖如下：

圖2 點1波形示意圖

實際測量波形如下

圖3 點1實測波形

3.VGL電壓產生原理分析

圖4 VGL電壓產生電路

在上圖5中C1、D1（管1和管2）、C5共同組成了「負壓半波整流電路」。

對照圖1中點1波形分析如下：

當高電平時，經過 C1和管2 ，使得 C1 在脈波的高電平時通過管2變成接地，所以 C1 會開始儲存電荷(即電容充電，此時C1的左端為正，右端為0)。

接下來當脈波的低電平（可認為接地）時，使得 C1 經由管1導通，由於電容放電無法突變，此時右端相對於左端為負電壓，即C5的上端電荷同樣集聚，導致C5上端相對於下端為負電壓，經過幾個周期之後基本維持至脈波高度，即-10V，所以形成負電壓產生器，經過R1和R2分壓之後維持在-7.5V，經過7.5V穩壓管之後，電壓基本維持在-7.5V不變。

原理可以參考下圖的模擬。

圖5 VGL電路模擬圖

圖6 VGL電路模擬波形

從上圖6中可以看出紫色線，即圖1點7最終趨向於-10V。

4.VGH電壓產生原理分析

圖7 VGH電路原理

在上圖8中C15、D3、C16共同組成了一個疊加+10V電壓的半波整流電路。

由於上圖點2位置為穩定的+10V電壓，沒有任何波形時由於C15阻隔，D3是導通的即點5、點3、點4均為DC+10V（不考慮二極體管壓降）；當點1有脈波時分析如下：

當第一個低電平時，10V開始從C15右端進行充電；

當第一個高電平來臨時，由於電容放電無法突變，所以C15右端相對於左端抬高一定電平值，由於電容充電快的原因，此時C16上端瞬間被充電，表現形式為C16上端電平被抬高；

經過幾個周期累積，點3的電平會被整體抬高值脈波幅值，即+10V，點4最終穩定至+20V；

原理可以參考下圖的模擬。

圖8 VGH電路模擬圖

圖9 VGH電路模擬波形

從上圖9中可以看出藍色線，即圖1點4終趨向於+20V。

5.總結

以上電路通常是產生給 LCM 正負偏壓使用，用於單個像素點在場周期內保持開啟和關閉。有些 LCM 面板會內部有正電壓轉負電壓電路，有些沒有，沒有的就需要單獨設計這一塊電路，在使用過程中需要了解通常VGH和VGL電流需求都是小於10mA 的。

備註：圖中R1、R5還起到限流的作用，阻值小了功耗大，阻值大了壓降大，在選型上主要還是看負載對VGL和VGH的電流需求來決定。