静電結合を用いた高電圧パルスドライバ
高電圧システムに共通する、高電源リプルにおいて有用である静電結合を用いた高電圧ドライバである。それは、デューティサイクルの最大範囲を許容するが、変圧器の磁気の制限はなく、または、光学式の結合方法における複雑さの増加もない。それはまた、出力駆動ラインにアークする高電圧によって作成される過渡電圧においても、強固である。本発明はまた、特に例示的ディスプレイの応用における使用のために、低コストでの静電結合の使用を再構築するが、静電結合に特有の制限はない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
(関連出願の参照)
本出願は、米国仮出願シリアル番号第60/510,284号の優先権を主張する。
【0002】
本発明は一般に、駆動回路に関する。より詳細には、ディスプレイ応用のための駆動回路に関する。
【背景技術】
【0003】
図2、図3、図5、および図6の従来技術にて示されるように、高容量ラインのパルスドライバを形成するために、相補的なNチャンネルおよびPチャンネルパワーFETトランジスタを使用することは好都合である。そのようなドライバは、例えば、大スクリーンの冷陰極およびプラズマディスプレイのためのラインドライバとしての応用を見出す。
【0004】
従来技術の例は図2に示されており、出力56は、供給電圧57と接地との間のギャップの関数である。ツェナーダイオード53は、供給57と接地との間の電圧差をブリッジし、信頼のおけるターンオン電圧をトランジスタ54または55に与えるために選択される。この例では、53のツェナー電圧が、54のターンオン電圧より低い、またはほぼ10ボルトの供給電圧57に選ばれ得る。
【0005】
その設計が出力56でのより高い電圧の使用を要求すると、従来技術が有するいくつかの問題が生じる。第1に、電圧57が、設計によって意図的に変化した場合、ツェナーダイオード53の値は、それを補うように調整されなければならない。
【0006】
これを軽減するために、図3に図示される従来技術の回路は、ツェナーダイオード53をコンデンサに取り替え、ツェナーダイオード53などのような固定電圧のギャップを補うデバイスの制限なしに、供給電圧57の任意の選択を許可する。
【0007】
正入力パルス41は、トランジスタ42を駆動し、コンデンサ44を介して電源46の電圧ギャップをブリッジし、トランジスタ43をオフにする。つまり、トランジスタ42および43のゲートは、結合コンデンサ44のために、互いに正確に従い、それらは、例えば、400ボルト離れ得る。パワーレール(power rail)48上のノイズが2〜5ボルト存在する場合、トランジスタ43は不適切にオンにされる。
【0008】
単純な静電結合が有する第2の問題は、入力部41における長い入力パルスは、抵抗45およびコンデンサ44のR−C時定数を介して微分され、トランジスタ43における駆動信号の最終的な損失を生じさせてしまう。この効果は、静電結合を用いて得ることが可能なデューティサイクル(オン/オフの比率)を制限する。この問題は、本発明のシュミットトリガのメモリ特性によって訂正される。
【0009】
静電結合における第3の問題は、ノイズの効果である。静電結合は、他の問題に対しては低コストになる傾向がある一方で、より高電圧での動作が考慮される場合、それは動作に異常をきたす。図4に示される領域Aは、例示的な所望される供給電圧57が、クリーンな変化していない値であることを示す。
【0010】
領域Bは、典型的な電源上で見出されえるACリプルを示し、領域Cは、そのような電源上に存在し得る一部の追加的なノイズを示す。現実的な電源は、通常、リプルおよびノイズが所望される供給電圧(この場合、250ボルト)の5%から10%を超過しない。
【0011】
推定上、クリーンな変化していない値が入力部41に供給され、再びノイズなく、トランジスタ43のゲートへ適切に転送される。レール48に接続されるトランジスタ43のソースはふらつき、そのレール上のノイズに従う。ノイズがトランジスタ43のターンオンパラメータを超過するときはいつでも、そのトランジスタはオンになる。実際、そのレール上のノイズは通常、供給電圧の5%から10%であり、このドライバは40ボルト辺りより高い電圧では、正常に動作しない。本発明は、より高い電圧にて動作する場合に、この問題を回避する。
【0012】
つまり、供給ライン57上にある所望されない信号は、12〜25ボルトであり得る。これは、トランジスタ54または43をオン(またはオフ)にするために必要とされる電圧が十分に超過しており、より高い電圧におけるドライバの動作を信頼性のないものにしてしまう。供給電圧が増加すると、ノイズは、FETトランジスタのターンオン電圧を最終的に超過し、簡素な静電結合とともに、不安定な動作にさせてしまう。電流源がレール・ツー・レール電圧差をブリッジするために使用される場合、供給電圧は直接に電力浪費を増加させる。
【0013】
図5は、別の従来技術の例を示し、ツェナーダイオード53を電流源20〜23の回路と置換させてある。これらの電流源20〜23は、バッテリー30によって供給されるように、上部供給レール33と下部供給レール34との間の高電圧ギャップを補う。電界効果トランジスタ(FET)26および27は相補的な対を形成し、そのゲートは、電圧源30のほぼ完全な供給電圧によって分離させる。定電流源20および21は、固定抵抗によって置き換えられ得る。入力パルス25はFET26および29に与えられ、それはFET28に対して反転され、出力31をローにする。定電流源22および23からの電流における結果として生じる変化は、コンパレータ24によって感知され、コンパレータ24は上部FET27をオフする。同様の方法にて、反転パルス25は、定電流源22および23のバランスを反転させ、FET26および27を介する導電を反転させる。
【0014】
定電流源22および23にわたってドロップされた電圧は、バッテリー30によって供給された、ほぼレール・レール・ドロップである。それらのソースに浪費された電力は、その電流およびその電圧の積であり、電圧源30が増加すると、浪費も増加する。いくつかのそのような定電流切り替え回路が、要求された浪費に抵抗するように設計され得るとき、高電圧プラズマ、またはカーボン・ナノチューブ、あるいは、相対的に高容量負荷の他の駆動形式においてなどのように、なん百というそのような回路が必要とされる場合、その事項は、すぐさま手に負えなくなる。I*V積の合計は、そのアプローチを実際的でなくさせる。
【0015】
さらに別の従来技術の例が図6に与えられ、それは、変圧器結合ドライバである。これは、静電結合の、ほとんどのノイズに関連する制限を克服するが、いくつかの別の制限がある。入力信号61は62によって増幅され、トランジスタ65および66のゲートに与えられる。この単純化された図式において、プラスのパルス61は、トランジスタ65をオンにし、トランジスタ66をオフにし、または、その逆をし、振幅がパワーレール67の振幅である出力パルス68へ導く。例えば、250ボルトのレール67は、変圧器63および64の別個の2次巻き線によって補われ、図3において図示された回路のノイズの問題の多くを解消する。というのは、2次巻き線が、トランジスタ65および66のゲートドライブ信号から、パワーレール67のコモンモードのノイズを分離させるからである。
【0016】
その変圧器の解決法は二つの問題を有する。それらは、その変換器が相対的に高価であり、パルス幅およびデューティサイクルが変圧器の磁気の特性によって制限されることである。入力部61のパルス幅は、図3の静電結合回路のR−C時定数によって、および、図6の変圧器における鉄の保磁力によって、制限される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明は、より高電圧における電流浪費またはノイズに関連した異常動作、およびドライバによって作成されたパルスのデューティサイクルにおける制限などの、従来技術の設計における問題を克服する。ヒステリシスを有するシュミットトリガはまた、パルスメモリおよび、電源ノイズからの大幅な分離の両方を提供する。それらは従来技術における追加的な問題である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
本発明およびそれによる利点の、より完全な理解のために、添付された図面に関連された以下の記載への参照がここでなされる。
【0019】
本発明の一実施形態を用いた正極のドライバの例示的な実施が図1に例示される。
本発明の特徴:
1.変更は、正および負のドライブシステム両方に対して可能である。
2.磁気に由来するデューティサイクルの制限を伴う、結合変圧器は必要とされない。
3.単純な静電結合は、高電圧のゲート・ツー・ゲートギャップを介して使用され得る。本発明は、高電圧供給ライン上で高周波数リプルのより広いレベルを許容し、それらのライン上で低周波数(例えば120Hz)リプルに対しては感知しない。
4.電流制限は、ハイ(high)側およびロー(low)側のドライバ両方に提供される。
5.定電流高電圧ギャップドライブにおけるように、定電力浪費は生じない。
6.短絡保護は、「遠隔の(remote)」高電圧ドライブ側に提供される。
7.ビルトインFETバック(back)ダイオード保護は、アーク誘導正スパイクに対して保護する。
8.電流制限およびアクティブシャットダウンは、アーク誘導負スパイクに対して保護する。
9.実際の信号エッジデータ遷移の間を除いて、最小の電力浪費のみが生じる。
【0020】
本発明の利点:本発明は、変圧器、光学的および単純なコンデンサ結合などの、従来技術の方法に対して多くの利点を有する。
【0021】
パルスの応用にとって、従来技術は通常、上部と下部のトランジスタゲートの間の、直流(DC)結合または容量性(AC)結合のいずれかを使用するが、これは、電源電圧が増加すると、実際的ではなくなってしまう。供給ライン上のリプルおよび過渡的なノイズは、通常、5%から10%のDCレベルであり、直流および従来の容量性の結合の場合の両方において、誤ったトリガを生じさせる。これを克服するために、従来技術はしばしば、変圧器または電気光学手段の使用に取りかかり、効果的にこのコモンモードのノイズを除去してきた。これらのアプローチは機能するが、しばしば、複雑さの増加、または、特に磁気によって負わされるデューティサイクル制限のために、所望されていない。
【0022】
本発明の利点の一部がここで与えられるが、このリストは、従来技術の方法を介して得られた利点を決して制限するわけではない:
1.静電結合の新しい変形は広い電源ボルト範囲を提供するが、ノイズに対する従来の感度の方法は伴わない。
2.結合コンデンサはそのいずれかの側で、低インピーダンスを認め、さらに、望まれないノイズ結合を最小化する。
3.短絡保護は、遠隔の高電圧側に提供され、両側は、アークやショートなどの短期間のサージから効果的に保護される。
4.回路は、低周波数(60〜100Hz)供給ラインリプル、および、適度に高周波数リプル成分に対しては無感知である。
5.AC結合が使用されるが、遠隔側のメモリは、極端に長いパルス幅の使用、および、駆動信号におけるデューティサイクルの極端な範囲の使用を許す。
6.回路は、非常な大きい電圧信号スイングを有する、適度に高容量負荷をドライブすることが可能である。
7.遅延を伴った内部電流制限回路は、熱的過負荷から短絡保護を提供する。
【0023】
ここで記載された本発明は、高電圧システムに共通する、高電源リプルにおいて有用である静電結合の手段を教示する。それは、デューティサイクルの最大範囲を許容するが、変圧器の磁気の制限はなく、または、光学式の結合方法における複雑さの増加もない。それはまた、出力駆動ラインへの高電圧アークによって作成される過渡電圧においても、強固(robust)である。
【0024】
負の(negative−going)高電圧ラインドライバが、本発明の一実施形態として、図7に図示される。(反転された)入力パルスがドライバ101に与えられ、101の出力にて、低電圧CMOSレベルから12ボルトのスイングへブーストされる。その出力はトランジスタ102のゲートに与えられ、オンになる。同時に、同じ12ボルトパルスは、高電圧コンデンサ106を介して、シュミットトリガ107の入力部へ与えられる。107の出力はトランジスタ108のゲートに与えられ、それがオフされ、その結果、出力105がハイ(high)になる。
【0025】
同様に、ドライバ101上の入力がハイ(high)になる場合、上記の全ての信号が反転され、出力105をロー(low)にする。本発明によって提供されるノイズのマージン(margin)は、抵抗の対113と114、およびシュミットトリガ107の正および負の遷移閾値によって、決定される。二つの抵抗113および114は、切り替え閾値の上および/または下にて、シュミットトリガ107の入力をもたらすために計算される。抵抗113を介した正のフィードバックは、通常、ほぼ1/3およびほぼ2/3の供給電圧であり得る入力の正および負の遷移の閾値における通常の差異を超えたマージンを広げる、追加的なヒステリシス動作を強いる。
【0026】
ドライバ101は、シュミットトリガ107の複合のヒステリシスを克服するために十分な信号を供給しなければならない。例えば、ドライバ101に12ボルトを供給することは、12ボルトのドライブを生成し、その一方で、シュミットトリガ107の供給は、シュミットトリガ107の切り替えポイントを確立する。
【0027】
106/113/114のR−Cの組み合わせの小さい時定数の使用は、非常に長いパルス幅にとってでさえも、許容可能である。それは、図7におけるドライバの下半分の感度を、図4の低周波数電源リプルへと、劇的に低減させる。供給レール112上の高周波数ノイズに対して低減された感度は、シュミットトリガ107のヒステリシスによって供給され、電源ノイズおよびリプルに対する十全なイミューニティを提供する。
【0028】
センス抵抗103および109によって供給される短絡保護は、特に、プラズマパネルまたはCNTディスプレイパネルの場合における中間電極アークの間に生じるような短期間の状況での電流制限を供給する。ドライバの隔離側(高電圧)の半分は、通常は、短絡またはアークによって無効にされ得る。
【0029】
追加的な保護を提供するために、R−Cの組み合わせ111/112はパワートランジスタ108のソースにおいて、電流センス信号を積分し、シュミットトリガ107の出力を止めるために、トランジスタ110に転送され、その結果、コンデンサ106を介して、受信された信号を無効にする。
【0030】
付け加えて、抵抗の対116/117は、出力ライン105を介して、回路にフィードバックされる、アーク誘導された過渡状態のための、「パラノイア保護(paranoia protection)」を提供する。
【0031】
上部のパワートランジスタ102にビルトインされたバックダイオードは、その部分における逆流のための保護を提供し、その一方で、抵抗103はその電流制限を提供する。
【0032】
正極出力パルスと等価の回路は図1に図示され、そこでは、デバイス1〜18が、図7のデバイス101〜118と同様に動作する。
【0033】
本発明は、特に例示的ディスプレイの応用における使用のために、低コストでの静電結合の使用を再構築するが、静電結合に特有の制限はない。本発明の使用はディスプレイ製品に限定されるわけではなく、産業における高電圧パルスおよびラインドライブ回路、R&D、および核分野などでの使用において幅広い応用を見出す。
【0034】
本発明の応用:本発明は、低電圧論理レベルパルスが高電圧スパンを介して転送されなければならない場合、任意の応用において使用され得る。この応用に限定されない一方で、例示的な応用は、プラズマまたは電界放出デバイス(FED)ディスプレイにおける行および列ドライバである。図8において図示されるそのようなディスプレイにとって、3〜12ボルトの範囲における低電圧信号は、150ボルトギャップを介して送られなければならない。
【0035】
図8では、ディスプレイにおけるそれぞれの行ピクセルに対する一つの行ドライバ、およびディスプレイにおけるそれぞれの列に対する一つの列ドライバ、が存在する。例えば、1024×768のピクセル表示においては、768個の行ドライバおよび1024個の列ドライバが存在する。表示されたピクセルは、ピクセルの一つの行が任意の所定の瞬間にオンにされることで、一度に一つの行を順次表示される。行を介して迅速なシーケンスによって、見かけは連続した表示となる。
【0036】
それぞれの行がオンにされると、今度は、全ての列ドライバは、その行における、現在の行選択されたピクセルの所望される輝度と比例するパルス幅を、独立して提供される。低電圧パルス幅変調(PWM)信号は、それぞれの列ドライバに、独立して生成され、本発明の手段によって例えば、150ボルトのパルスへ増幅される(飽和状態の方法において)。
【0037】
もちろん、代替的な構成がまた可能であり、列はスキャンされ、パルス幅変調はその代わりに、本発明の手段および意図を変更することなく、行ドライバに与えられる。
【0038】
キロボルト範囲にまでおよぶ高電圧ドライバなど、多くの他の応用がまた本発明のために存在する。そのようなパルスドライバは、R&D研究所、産業、および科学における利用を見出す。それぞれの場合において、従来の高電圧パルス分離(isolation))変圧器または光学式デバイスは、高電圧レールギャップを補うために、廉価なコンデンサと取り替えられる。
【0039】
本発明およびその利点は詳細に記載されたが、様々な変化、置き換え、および変更が、添付された請求項によって定義される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、ここでなされ得ることは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明のプラスのドライバの実施形態を図示する。
【図2】従来技術のドライバを図示する。
【図3】従来技術のドライバを図示する。
【図4】従来技術のドライバを図示する。
【図5】従来技術のドライバを図示する。
【図6】従来技術のドライバを図示する。
【図7】本発明のマイナスのドライバの実施形態を図示する。
【図8】本発明の実施形態に従って構成されたディスプレイを図示する。
【技術分野】
【0001】
(関連出願の参照)
本出願は、米国仮出願シリアル番号第60/510,284号の優先権を主張する。
【0002】
本発明は一般に、駆動回路に関する。より詳細には、ディスプレイ応用のための駆動回路に関する。
【背景技術】
【0003】
図2、図3、図5、および図6の従来技術にて示されるように、高容量ラインのパルスドライバを形成するために、相補的なNチャンネルおよびPチャンネルパワーFETトランジスタを使用することは好都合である。そのようなドライバは、例えば、大スクリーンの冷陰極およびプラズマディスプレイのためのラインドライバとしての応用を見出す。
【0004】
従来技術の例は図2に示されており、出力56は、供給電圧57と接地との間のギャップの関数である。ツェナーダイオード53は、供給57と接地との間の電圧差をブリッジし、信頼のおけるターンオン電圧をトランジスタ54または55に与えるために選択される。この例では、53のツェナー電圧が、54のターンオン電圧より低い、またはほぼ10ボルトの供給電圧57に選ばれ得る。
【0005】
その設計が出力56でのより高い電圧の使用を要求すると、従来技術が有するいくつかの問題が生じる。第1に、電圧57が、設計によって意図的に変化した場合、ツェナーダイオード53の値は、それを補うように調整されなければならない。
【0006】
これを軽減するために、図3に図示される従来技術の回路は、ツェナーダイオード53をコンデンサに取り替え、ツェナーダイオード53などのような固定電圧のギャップを補うデバイスの制限なしに、供給電圧57の任意の選択を許可する。
【0007】
正入力パルス41は、トランジスタ42を駆動し、コンデンサ44を介して電源46の電圧ギャップをブリッジし、トランジスタ43をオフにする。つまり、トランジスタ42および43のゲートは、結合コンデンサ44のために、互いに正確に従い、それらは、例えば、400ボルト離れ得る。パワーレール(power rail)48上のノイズが2〜5ボルト存在する場合、トランジスタ43は不適切にオンにされる。
【0008】
単純な静電結合が有する第2の問題は、入力部41における長い入力パルスは、抵抗45およびコンデンサ44のR−C時定数を介して微分され、トランジスタ43における駆動信号の最終的な損失を生じさせてしまう。この効果は、静電結合を用いて得ることが可能なデューティサイクル(オン/オフの比率)を制限する。この問題は、本発明のシュミットトリガのメモリ特性によって訂正される。
【0009】
静電結合における第3の問題は、ノイズの効果である。静電結合は、他の問題に対しては低コストになる傾向がある一方で、より高電圧での動作が考慮される場合、それは動作に異常をきたす。図4に示される領域Aは、例示的な所望される供給電圧57が、クリーンな変化していない値であることを示す。
【0010】
領域Bは、典型的な電源上で見出されえるACリプルを示し、領域Cは、そのような電源上に存在し得る一部の追加的なノイズを示す。現実的な電源は、通常、リプルおよびノイズが所望される供給電圧(この場合、250ボルト)の5%から10%を超過しない。
【0011】
推定上、クリーンな変化していない値が入力部41に供給され、再びノイズなく、トランジスタ43のゲートへ適切に転送される。レール48に接続されるトランジスタ43のソースはふらつき、そのレール上のノイズに従う。ノイズがトランジスタ43のターンオンパラメータを超過するときはいつでも、そのトランジスタはオンになる。実際、そのレール上のノイズは通常、供給電圧の5%から10%であり、このドライバは40ボルト辺りより高い電圧では、正常に動作しない。本発明は、より高い電圧にて動作する場合に、この問題を回避する。
【0012】
つまり、供給ライン57上にある所望されない信号は、12〜25ボルトであり得る。これは、トランジスタ54または43をオン(またはオフ)にするために必要とされる電圧が十分に超過しており、より高い電圧におけるドライバの動作を信頼性のないものにしてしまう。供給電圧が増加すると、ノイズは、FETトランジスタのターンオン電圧を最終的に超過し、簡素な静電結合とともに、不安定な動作にさせてしまう。電流源がレール・ツー・レール電圧差をブリッジするために使用される場合、供給電圧は直接に電力浪費を増加させる。
【0013】
図5は、別の従来技術の例を示し、ツェナーダイオード53を電流源20〜23の回路と置換させてある。これらの電流源20〜23は、バッテリー30によって供給されるように、上部供給レール33と下部供給レール34との間の高電圧ギャップを補う。電界効果トランジスタ(FET)26および27は相補的な対を形成し、そのゲートは、電圧源30のほぼ完全な供給電圧によって分離させる。定電流源20および21は、固定抵抗によって置き換えられ得る。入力パルス25はFET26および29に与えられ、それはFET28に対して反転され、出力31をローにする。定電流源22および23からの電流における結果として生じる変化は、コンパレータ24によって感知され、コンパレータ24は上部FET27をオフする。同様の方法にて、反転パルス25は、定電流源22および23のバランスを反転させ、FET26および27を介する導電を反転させる。
【0014】
定電流源22および23にわたってドロップされた電圧は、バッテリー30によって供給された、ほぼレール・レール・ドロップである。それらのソースに浪費された電力は、その電流およびその電圧の積であり、電圧源30が増加すると、浪費も増加する。いくつかのそのような定電流切り替え回路が、要求された浪費に抵抗するように設計され得るとき、高電圧プラズマ、またはカーボン・ナノチューブ、あるいは、相対的に高容量負荷の他の駆動形式においてなどのように、なん百というそのような回路が必要とされる場合、その事項は、すぐさま手に負えなくなる。I*V積の合計は、そのアプローチを実際的でなくさせる。
【0015】
さらに別の従来技術の例が図6に与えられ、それは、変圧器結合ドライバである。これは、静電結合の、ほとんどのノイズに関連する制限を克服するが、いくつかの別の制限がある。入力信号61は62によって増幅され、トランジスタ65および66のゲートに与えられる。この単純化された図式において、プラスのパルス61は、トランジスタ65をオンにし、トランジスタ66をオフにし、または、その逆をし、振幅がパワーレール67の振幅である出力パルス68へ導く。例えば、250ボルトのレール67は、変圧器63および64の別個の2次巻き線によって補われ、図3において図示された回路のノイズの問題の多くを解消する。というのは、2次巻き線が、トランジスタ65および66のゲートドライブ信号から、パワーレール67のコモンモードのノイズを分離させるからである。
【0016】
その変圧器の解決法は二つの問題を有する。それらは、その変換器が相対的に高価であり、パルス幅およびデューティサイクルが変圧器の磁気の特性によって制限されることである。入力部61のパルス幅は、図3の静電結合回路のR−C時定数によって、および、図6の変圧器における鉄の保磁力によって、制限される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明は、より高電圧における電流浪費またはノイズに関連した異常動作、およびドライバによって作成されたパルスのデューティサイクルにおける制限などの、従来技術の設計における問題を克服する。ヒステリシスを有するシュミットトリガはまた、パルスメモリおよび、電源ノイズからの大幅な分離の両方を提供する。それらは従来技術における追加的な問題である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
本発明およびそれによる利点の、より完全な理解のために、添付された図面に関連された以下の記載への参照がここでなされる。
【0019】
本発明の一実施形態を用いた正極のドライバの例示的な実施が図1に例示される。
本発明の特徴:
1.変更は、正および負のドライブシステム両方に対して可能である。
2.磁気に由来するデューティサイクルの制限を伴う、結合変圧器は必要とされない。
3.単純な静電結合は、高電圧のゲート・ツー・ゲートギャップを介して使用され得る。本発明は、高電圧供給ライン上で高周波数リプルのより広いレベルを許容し、それらのライン上で低周波数(例えば120Hz)リプルに対しては感知しない。
4.電流制限は、ハイ(high)側およびロー(low)側のドライバ両方に提供される。
5.定電流高電圧ギャップドライブにおけるように、定電力浪費は生じない。
6.短絡保護は、「遠隔の(remote)」高電圧ドライブ側に提供される。
7.ビルトインFETバック(back)ダイオード保護は、アーク誘導正スパイクに対して保護する。
8.電流制限およびアクティブシャットダウンは、アーク誘導負スパイクに対して保護する。
9.実際の信号エッジデータ遷移の間を除いて、最小の電力浪費のみが生じる。
【0020】
本発明の利点:本発明は、変圧器、光学的および単純なコンデンサ結合などの、従来技術の方法に対して多くの利点を有する。
【0021】
パルスの応用にとって、従来技術は通常、上部と下部のトランジスタゲートの間の、直流(DC)結合または容量性(AC)結合のいずれかを使用するが、これは、電源電圧が増加すると、実際的ではなくなってしまう。供給ライン上のリプルおよび過渡的なノイズは、通常、5%から10%のDCレベルであり、直流および従来の容量性の結合の場合の両方において、誤ったトリガを生じさせる。これを克服するために、従来技術はしばしば、変圧器または電気光学手段の使用に取りかかり、効果的にこのコモンモードのノイズを除去してきた。これらのアプローチは機能するが、しばしば、複雑さの増加、または、特に磁気によって負わされるデューティサイクル制限のために、所望されていない。
【0022】
本発明の利点の一部がここで与えられるが、このリストは、従来技術の方法を介して得られた利点を決して制限するわけではない:
1.静電結合の新しい変形は広い電源ボルト範囲を提供するが、ノイズに対する従来の感度の方法は伴わない。
2.結合コンデンサはそのいずれかの側で、低インピーダンスを認め、さらに、望まれないノイズ結合を最小化する。
3.短絡保護は、遠隔の高電圧側に提供され、両側は、アークやショートなどの短期間のサージから効果的に保護される。
4.回路は、低周波数(60〜100Hz)供給ラインリプル、および、適度に高周波数リプル成分に対しては無感知である。
5.AC結合が使用されるが、遠隔側のメモリは、極端に長いパルス幅の使用、および、駆動信号におけるデューティサイクルの極端な範囲の使用を許す。
6.回路は、非常な大きい電圧信号スイングを有する、適度に高容量負荷をドライブすることが可能である。
7.遅延を伴った内部電流制限回路は、熱的過負荷から短絡保護を提供する。
【0023】
ここで記載された本発明は、高電圧システムに共通する、高電源リプルにおいて有用である静電結合の手段を教示する。それは、デューティサイクルの最大範囲を許容するが、変圧器の磁気の制限はなく、または、光学式の結合方法における複雑さの増加もない。それはまた、出力駆動ラインへの高電圧アークによって作成される過渡電圧においても、強固(robust)である。
【0024】
負の(negative−going)高電圧ラインドライバが、本発明の一実施形態として、図7に図示される。(反転された)入力パルスがドライバ101に与えられ、101の出力にて、低電圧CMOSレベルから12ボルトのスイングへブーストされる。その出力はトランジスタ102のゲートに与えられ、オンになる。同時に、同じ12ボルトパルスは、高電圧コンデンサ106を介して、シュミットトリガ107の入力部へ与えられる。107の出力はトランジスタ108のゲートに与えられ、それがオフされ、その結果、出力105がハイ(high)になる。
【0025】
同様に、ドライバ101上の入力がハイ(high)になる場合、上記の全ての信号が反転され、出力105をロー(low)にする。本発明によって提供されるノイズのマージン(margin)は、抵抗の対113と114、およびシュミットトリガ107の正および負の遷移閾値によって、決定される。二つの抵抗113および114は、切り替え閾値の上および/または下にて、シュミットトリガ107の入力をもたらすために計算される。抵抗113を介した正のフィードバックは、通常、ほぼ1/3およびほぼ2/3の供給電圧であり得る入力の正および負の遷移の閾値における通常の差異を超えたマージンを広げる、追加的なヒステリシス動作を強いる。
【0026】
ドライバ101は、シュミットトリガ107の複合のヒステリシスを克服するために十分な信号を供給しなければならない。例えば、ドライバ101に12ボルトを供給することは、12ボルトのドライブを生成し、その一方で、シュミットトリガ107の供給は、シュミットトリガ107の切り替えポイントを確立する。
【0027】
106/113/114のR−Cの組み合わせの小さい時定数の使用は、非常に長いパルス幅にとってでさえも、許容可能である。それは、図7におけるドライバの下半分の感度を、図4の低周波数電源リプルへと、劇的に低減させる。供給レール112上の高周波数ノイズに対して低減された感度は、シュミットトリガ107のヒステリシスによって供給され、電源ノイズおよびリプルに対する十全なイミューニティを提供する。
【0028】
センス抵抗103および109によって供給される短絡保護は、特に、プラズマパネルまたはCNTディスプレイパネルの場合における中間電極アークの間に生じるような短期間の状況での電流制限を供給する。ドライバの隔離側(高電圧)の半分は、通常は、短絡またはアークによって無効にされ得る。
【0029】
追加的な保護を提供するために、R−Cの組み合わせ111/112はパワートランジスタ108のソースにおいて、電流センス信号を積分し、シュミットトリガ107の出力を止めるために、トランジスタ110に転送され、その結果、コンデンサ106を介して、受信された信号を無効にする。
【0030】
付け加えて、抵抗の対116/117は、出力ライン105を介して、回路にフィードバックされる、アーク誘導された過渡状態のための、「パラノイア保護(paranoia protection)」を提供する。
【0031】
上部のパワートランジスタ102にビルトインされたバックダイオードは、その部分における逆流のための保護を提供し、その一方で、抵抗103はその電流制限を提供する。
【0032】
正極出力パルスと等価の回路は図1に図示され、そこでは、デバイス1〜18が、図7のデバイス101〜118と同様に動作する。
【0033】
本発明は、特に例示的ディスプレイの応用における使用のために、低コストでの静電結合の使用を再構築するが、静電結合に特有の制限はない。本発明の使用はディスプレイ製品に限定されるわけではなく、産業における高電圧パルスおよびラインドライブ回路、R&D、および核分野などでの使用において幅広い応用を見出す。
【0034】
本発明の応用:本発明は、低電圧論理レベルパルスが高電圧スパンを介して転送されなければならない場合、任意の応用において使用され得る。この応用に限定されない一方で、例示的な応用は、プラズマまたは電界放出デバイス(FED)ディスプレイにおける行および列ドライバである。図8において図示されるそのようなディスプレイにとって、3〜12ボルトの範囲における低電圧信号は、150ボルトギャップを介して送られなければならない。
【0035】
図8では、ディスプレイにおけるそれぞれの行ピクセルに対する一つの行ドライバ、およびディスプレイにおけるそれぞれの列に対する一つの列ドライバ、が存在する。例えば、1024×768のピクセル表示においては、768個の行ドライバおよび1024個の列ドライバが存在する。表示されたピクセルは、ピクセルの一つの行が任意の所定の瞬間にオンにされることで、一度に一つの行を順次表示される。行を介して迅速なシーケンスによって、見かけは連続した表示となる。
【0036】
それぞれの行がオンにされると、今度は、全ての列ドライバは、その行における、現在の行選択されたピクセルの所望される輝度と比例するパルス幅を、独立して提供される。低電圧パルス幅変調(PWM)信号は、それぞれの列ドライバに、独立して生成され、本発明の手段によって例えば、150ボルトのパルスへ増幅される(飽和状態の方法において)。
【0037】
もちろん、代替的な構成がまた可能であり、列はスキャンされ、パルス幅変調はその代わりに、本発明の手段および意図を変更することなく、行ドライバに与えられる。
【0038】
キロボルト範囲にまでおよぶ高電圧ドライバなど、多くの他の応用がまた本発明のために存在する。そのようなパルスドライバは、R&D研究所、産業、および科学における利用を見出す。それぞれの場合において、従来の高電圧パルス分離(isolation))変圧器または光学式デバイスは、高電圧レールギャップを補うために、廉価なコンデンサと取り替えられる。
【0039】
本発明およびその利点は詳細に記載されたが、様々な変化、置き換え、および変更が、添付された請求項によって定義される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、ここでなされ得ることは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明のプラスのドライバの実施形態を図示する。
【図2】従来技術のドライバを図示する。
【図3】従来技術のドライバを図示する。
【図4】従来技術のドライバを図示する。
【図5】従来技術のドライバを図示する。
【図6】従来技術のドライバを図示する。
【図7】本発明のマイナスのドライバの実施形態を図示する。
【図8】本発明の実施形態に従って構成されたディスプレイを図示する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の電圧スイングを有する入力信号を受け取り、第2の電圧信号を有する増幅された信号を出力する増幅器と、
出力部と、
該増幅器と該出力部との間に結合された第1のスイッチであって、該増幅された信号によって制御される第1のスイッチと、
該増幅された信号を受け取り、第3の電圧信号を出力するシュミットトリガと、
該シュミットトリガと該出力部との間に結合された第2のスイッチであって、該第3の電圧信号によって制御される第2のスイッチと、
該増幅器の出力部と該シュミットトリガの入力部との間に結合された、第1のコンデンサおよび第1の抵抗と、
該シュミットトリガの入力部と該シュミットトリガの出力部との間に結合された第2の抵抗と
を備える、ドライバ。
【請求項2】
前記シュミットトリガの入力部と該シュミットトリガの出力部との間に結合された、第3のスイッチおよび第2の抵抗と、
該第3のスイッチと該第2の抵抗との間の接続に結合された第2のコンデンサと
をさらに備える、請求項1に記載のドライバ。
【請求項3】
前記入力信号におけるパルスに応答して、前記第1のスイッチがオンにされ、前記第2のスイッチがオフにされる、請求項1に記載のドライバ。
【請求項4】
前記入力信号が低電圧CMOS信号であり、他方、前記出力部の出力信号が、該入力信号よりも高電圧信号を備えた対応する信号を有する、請求項1に記載のドライバ。
【請求項5】
前記入力信号が低電圧CMOS信号であり、前記増幅器の出力信号が前記入力信号の電圧スイングよりも大きい第1の電圧信号スイングを有し、前記第1のスイッチが該増幅器の該出力信号を受け取るゲート電極を有する第1のトランジスタであり、該第1のトランジスタが、電源に結合された第1の電極、および前記出力部に結合される第2の電極を有し、前記第2のスイッチが前記シュミットトリガの出力を受け取るゲート電極を有する第2のトランジスタであり、該第2のトランジスタが、該出力部に結合される第1の電極、および該電源に結合された第2の電極を有する、請求項1に記載のドライバ。
【請求項6】
前記シュミットトリガの前記入力部と前記電源との間に結合された第3のトランジスタと、
前記第3のトランジスタのゲート電極と該電源との間に結合された第2のコンデンサと
をさらに備える、請求項5に記載のドライバ。
【請求項7】
CMOS入力部と、
該CMOS入力部に接続された入力部を有する増幅器であって、該CMOS入力部の電圧スイングより大きい第1の出力電圧スイングを有する、増幅器と、
シュミットトリガと、
高電圧出力部と、
該増幅器の出力部と該シュミットトリガの入力部との間で、直列に接続される第1のコンデンサおよび第1の抵抗と、
該増幅器の該出力部に接続されたゲート電極を有する第1のトランジスタと、
該第1のトランジスタの第1の電極と電位との間に接続された第2の抵抗と、
該第1のトランジスタの第2の電極と該高電圧出力との間に接続された第3の抵抗と、
該シュミットトリガの出力部に接続されたゲート電極を有する第2のトランジスタと、
該シュミットトリガの該入力部と該出力部との間に接続された第4の抵抗と、
該第2のトランジスタの第1の電極と該高電圧出力との間に接続された第5の抵抗と、
該第2のトランジスタの第2の電極と電位との間に接続された第6の抵抗と、
該シュミットトリガの該入力部に接続された第1の電極、および電位に接続された第2の電極を有する第3のトランジスタと、
該第3のトランジスタの該ゲート電極と該第2のトランジスタの該第2の電極との間に接続された第2のコンデンサと、
該第3のトランジスタの該ゲート電極と該第2のトランジスタの該第2の電極との間に接続された第7の抵抗と
を備える、ドライバ回路。
【請求項8】
マトリクスアドレス可能な方法においてドライブされる複数のピクセルを有するスクリーンと、
列および行ドライバと
を備えるディスプレイであって、
該行ドライバが、
第1の電圧スイングを有する入力信号を受け取り、第2の電圧信号を有する増幅された信号を出力する増幅器と、
出力部と、
該増幅器と該出力部との間に結合された第1のスイッチであって、該増幅された信号によって制御される第1のスイッチと、
該増幅された信号を受け取り、第3の電圧信号を出力するシュミットトリガと、
該シュミットトリガと該出力部との間に結合された第2のスイッチであって、該第3の電圧信号によって制御される第2のスイッチと
をさらに備える、ディスプレイ。
【請求項9】
前記行ドライバが、
前記増幅器の出力部と前記シュミットトリガの入力部との間に結合された、第1のコンデンサおよび第1の抵抗と、
該シュミットトリガの該入力部と該シュミットトリガの出力部との間に結合された第2の抵抗と
をさらに備える、請求項8に記載のディスプレイ。
【請求項10】
前記シュミットトリガの入力部と該シュミットトリガの出力部との間に結合された、第3のスイッチおよび第1の抵抗と、
該第3のスイッチと該第1の抵抗との間の接続に結合された第1のコンデンサと
をさらに備える、請求項9に記載のディスプレイ。
【請求項11】
前記入力信号におけるパルスに応答して、前記第1のスイッチがオンにされ、前記第2のスイッチがオフにされる、請求項8に記載のディスプレイ。
【請求項12】
前記入力信号が低電圧CMOS信号であり、他方、前記出力部の出力信号が、該入力信号よりも高電圧信号を備えた対応する信号を有する、請求項8に記載のドライバ。
【請求項13】
前記入力信号が低電圧CMOS信号であり、前記増幅器の出力信号が前記入力信号の電圧スイングよりも大きい第1の電圧信号スイングを有し、前記第1のスイッチが該増幅器の該出力信号を受け取るゲート電極を有する第1のトランジスタであり、該第1のトランジスタが、電源に結合された第1の電極、および前記出力部に結合された第2の電極を有し、前記第2のスイッチが前記シュミットトリガの出力を受け取るゲート電極を有する第2のトランジスタであり、該第2のトランジスタが、該出力部に結合された第1の電極、および該電源に結合された第2の電極を有し、該ドライバが、
該増幅器の出力部と該シュミットトリガの入力部との間に接続された第1のコンデンサおよび第1の抵抗
をさらに備える、請求項8に記載のドライバ。
【請求項14】
前記シュミットトリガの前記入力部と出力部との間に結合された第2のレジスタと、
該シュミットトリガの該入力部と前記電源との間に接続された第3のトランジスタと、
該第3のトランジスタのゲート電極と該電源との間に結合された第2のコンデンサと
をさらに備える、請求項13に記載のドライバ。
【請求項1】
第1の電圧スイングを有する入力信号を受け取り、第2の電圧信号を有する増幅された信号を出力する増幅器と、
出力部と、
該増幅器と該出力部との間に結合された第1のスイッチであって、該増幅された信号によって制御される第1のスイッチと、
該増幅された信号を受け取り、第3の電圧信号を出力するシュミットトリガと、
該シュミットトリガと該出力部との間に結合された第2のスイッチであって、該第3の電圧信号によって制御される第2のスイッチと、
該増幅器の出力部と該シュミットトリガの入力部との間に結合された、第1のコンデンサおよび第1の抵抗と、
該シュミットトリガの入力部と該シュミットトリガの出力部との間に結合された第2の抵抗と
を備える、ドライバ。
【請求項2】
前記シュミットトリガの入力部と該シュミットトリガの出力部との間に結合された、第3のスイッチおよび第2の抵抗と、
該第3のスイッチと該第2の抵抗との間の接続に結合された第2のコンデンサと
をさらに備える、請求項1に記載のドライバ。
【請求項3】
前記入力信号におけるパルスに応答して、前記第1のスイッチがオンにされ、前記第2のスイッチがオフにされる、請求項1に記載のドライバ。
【請求項4】
前記入力信号が低電圧CMOS信号であり、他方、前記出力部の出力信号が、該入力信号よりも高電圧信号を備えた対応する信号を有する、請求項1に記載のドライバ。
【請求項5】
前記入力信号が低電圧CMOS信号であり、前記増幅器の出力信号が前記入力信号の電圧スイングよりも大きい第1の電圧信号スイングを有し、前記第1のスイッチが該増幅器の該出力信号を受け取るゲート電極を有する第1のトランジスタであり、該第1のトランジスタが、電源に結合された第1の電極、および前記出力部に結合される第2の電極を有し、前記第2のスイッチが前記シュミットトリガの出力を受け取るゲート電極を有する第2のトランジスタであり、該第2のトランジスタが、該出力部に結合される第1の電極、および該電源に結合された第2の電極を有する、請求項1に記載のドライバ。
【請求項6】
前記シュミットトリガの前記入力部と前記電源との間に結合された第3のトランジスタと、
前記第3のトランジスタのゲート電極と該電源との間に結合された第2のコンデンサと
をさらに備える、請求項5に記載のドライバ。
【請求項7】
CMOS入力部と、
該CMOS入力部に接続された入力部を有する増幅器であって、該CMOS入力部の電圧スイングより大きい第1の出力電圧スイングを有する、増幅器と、
シュミットトリガと、
高電圧出力部と、
該増幅器の出力部と該シュミットトリガの入力部との間で、直列に接続される第1のコンデンサおよび第1の抵抗と、
該増幅器の該出力部に接続されたゲート電極を有する第1のトランジスタと、
該第1のトランジスタの第1の電極と電位との間に接続された第2の抵抗と、
該第1のトランジスタの第2の電極と該高電圧出力との間に接続された第3の抵抗と、
該シュミットトリガの出力部に接続されたゲート電極を有する第2のトランジスタと、
該シュミットトリガの該入力部と該出力部との間に接続された第4の抵抗と、
該第2のトランジスタの第1の電極と該高電圧出力との間に接続された第5の抵抗と、
該第2のトランジスタの第2の電極と電位との間に接続された第6の抵抗と、
該シュミットトリガの該入力部に接続された第1の電極、および電位に接続された第2の電極を有する第3のトランジスタと、
該第3のトランジスタの該ゲート電極と該第2のトランジスタの該第2の電極との間に接続された第2のコンデンサと、
該第3のトランジスタの該ゲート電極と該第2のトランジスタの該第2の電極との間に接続された第7の抵抗と
を備える、ドライバ回路。
【請求項8】
マトリクスアドレス可能な方法においてドライブされる複数のピクセルを有するスクリーンと、
列および行ドライバと
を備えるディスプレイであって、
該行ドライバが、
第1の電圧スイングを有する入力信号を受け取り、第2の電圧信号を有する増幅された信号を出力する増幅器と、
出力部と、
該増幅器と該出力部との間に結合された第1のスイッチであって、該増幅された信号によって制御される第1のスイッチと、
該増幅された信号を受け取り、第3の電圧信号を出力するシュミットトリガと、
該シュミットトリガと該出力部との間に結合された第2のスイッチであって、該第3の電圧信号によって制御される第2のスイッチと
をさらに備える、ディスプレイ。
【請求項9】
前記行ドライバが、
前記増幅器の出力部と前記シュミットトリガの入力部との間に結合された、第1のコンデンサおよび第1の抵抗と、
該シュミットトリガの該入力部と該シュミットトリガの出力部との間に結合された第2の抵抗と
をさらに備える、請求項8に記載のディスプレイ。
【請求項10】
前記シュミットトリガの入力部と該シュミットトリガの出力部との間に結合された、第3のスイッチおよび第1の抵抗と、
該第3のスイッチと該第1の抵抗との間の接続に結合された第1のコンデンサと
をさらに備える、請求項9に記載のディスプレイ。
【請求項11】
前記入力信号におけるパルスに応答して、前記第1のスイッチがオンにされ、前記第2のスイッチがオフにされる、請求項8に記載のディスプレイ。
【請求項12】
前記入力信号が低電圧CMOS信号であり、他方、前記出力部の出力信号が、該入力信号よりも高電圧信号を備えた対応する信号を有する、請求項8に記載のドライバ。
【請求項13】
前記入力信号が低電圧CMOS信号であり、前記増幅器の出力信号が前記入力信号の電圧スイングよりも大きい第1の電圧信号スイングを有し、前記第1のスイッチが該増幅器の該出力信号を受け取るゲート電極を有する第1のトランジスタであり、該第1のトランジスタが、電源に結合された第1の電極、および前記出力部に結合された第2の電極を有し、前記第2のスイッチが前記シュミットトリガの出力を受け取るゲート電極を有する第2のトランジスタであり、該第2のトランジスタが、該出力部に結合された第1の電極、および該電源に結合された第2の電極を有し、該ドライバが、
該増幅器の出力部と該シュミットトリガの入力部との間に接続された第1のコンデンサおよび第1の抵抗
をさらに備える、請求項8に記載のドライバ。
【請求項14】
前記シュミットトリガの前記入力部と出力部との間に結合された第2のレジスタと、
該シュミットトリガの該入力部と前記電源との間に接続された第3のトランジスタと、
該第3のトランジスタのゲート電極と該電源との間に結合された第2のコンデンサと
をさらに備える、請求項13に記載のドライバ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【公表番号】特表2007−525875(P2007−525875A)
【公表日】平成19年9月6日(2007.9.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−534403(P2006−534403)
【出願日】平成16年10月8日(2004.10.8)
【国際出願番号】PCT/US2004/033318
【国際公開番号】WO2005/036746
【国際公開日】平成17年4月21日(2005.4.21)
【出願人】(598131351)ナノ−プロプライエタリー, インコーポレイテッド (3)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成19年9月6日(2007.9.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年10月8日(2004.10.8)
【国際出願番号】PCT/US2004/033318
【国際公開番号】WO2005/036746
【国際公開日】平成17年4月21日(2005.4.21)
【出願人】(598131351)ナノ−プロプライエタリー, インコーポレイテッド (3)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]