CN101212176A

CN101212176A - 升压电路

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Publication number: CN101212176A
Application number: CNA2007103059026A
Authority: CN
Inventors: 藤原博史
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2027-12-27
Also published as: US7663427B2; CN101212176B; JP5038706B2; US20080157857A1; JP2008167523A

Abstract

一种电荷泵型升压电路，其通过依次转换升压路径，产生正的或负的升压输出电压。该电荷泵型升压电路包含多个升压路径，其中多个升压路径中的每个包含至少一个升压电容，其中，多个升压路径中每个路径的升压电容数目在一个升压路径和其它升压路径之间是不同的。这使得可以抑制外部电容数目的增加，其中该外部电容用于设置使升压电路的输出电压恒定。

Description

升压电路

技术领域

本发明涉及升压电路。更具体地说，本发明涉及电荷泵型升压电路。

背景技术

通常，升压电路要求保持输出电压不变。然而，在电荷泵型升压电路中，当流到负载的电流值变大时，在相对短的一段时间内输出电压下降。注意，通常升压电路都连接负载。

图9示出了日本未审查专利申请公开No.8-149802中公开的现有技术。如图9所示，升压电路100具有两个升压单元110，120。控制信号A和B被输入到升压单元110。控制信号A和B在经过缓冲器反相后，被输入到升压单元120，其中该缓冲器被连接到升压单元120的输入端。当控制信号A为高(H)且控制信号B为低(L)时，电容C100通过升压单元120被充电。当控制信号A为低(L)且控制信号B为高(H)时，电容C100通过升压单元110被充电。也就是说，电容C100通过升压单元110和升压单元120围绕时间轴被交替地充电。

在电荷泵型升压电路中使用外部电容部件很常见，其与包含电荷泵型升压电路的IC(集成电路)芯片分离地配置。因为电荷泵型升压电路需要大电容值，而集成的电容通常难以满足所需的电容值。

在这种情况下，电容数目的增加导致电路制造成本的增加。如图9所示，当使用多个升压单元来抑制输出电压的波动时，电路的制造成本相应地上升，从而难以抑制电路成本的增加。

如上所述，很难抑制外部电容的总数目从而保持输出电压恒定。

发明内容

在一个实施例中，通过依次转换升压路径，电荷泵型升压电路产生正的或负的经升压的输出电压。该电荷泵型升压电路包含多个升压路径，该多个升压路径中的每个都包含至少一个升压电容，其中多个升压路径中每个路径上的升压电容数目在一条升压路径和其它升压路径之间是不同的。

这使得可以抑制外部电容数目的增加，其中该外部电容用于设置升压电路的输出电压恒定。

在另一实施例中，升压电路包含第一输出路径，其将输入电压升压N倍(N是绝对值为2或更大的正的或负的整数)；以及第二输出路径，其将输入电压升压N倍；其中基于从控制电路发送的控制信号，升压电路交替地输出从第一输出通路输出的第一升压电压和从第二输出通路输出的第二升压电压，且其中当第一输出电压从升压电路中输出时，基于升压的电压设置第二升压电压，其中该升压的电压是通过将输入电压升压M倍而获得的(M是绝对值小于N的正的或负的整数)。

基于升压的电压输出电压。该升压的电压通过是将输入电压升压M倍而获得的。这使得可以抑制外部电容数目的增加，其中该外部电容用于设置升压电路的输出电压恒定。

在另一实施例中，电荷泵型升压电路产生正的或负的升压输出电压。电荷泵型升压电路包含第一升压路径，其连接在输入端子和输出端子之间，以输出正的或负的升压输出电压，该升压输出电压是通过经N(N是2或更大的正整数)个电容将输入电压升压而获得的；以及第二升压路径，其连接在输入端子和输出端子之间，以输出正的或负的升压输出电压，该升压输出电压通过经M(M是小于N的正整数)个电容将输入电压升压而获得的。这使得可以抑制外部电容数目的增加，其中该外部电容用于设置升压电路的输出电压恒定。

附图说明

下面结合附图，通过对特定优选实施例的描述，本发明的上述以及其它目的，优点和特性将更加明显易懂，其中：

图1示出了依据本发明第一实施例的升压电路的示意性电路图；

图2示出了用于说明控制电路的结构的示意图；

图3示出了第一状态中升压电路的示意性电路图；

图4示出了第二状态中升压电路的示意性电路图；

图5示出了说明升压电路功能的时序图；

图6示出了说明第一状态中的升压电路构造的参考图；

图7示出了说明第二状态中的升压电路构造的参考图；

图8示出了依据本发明第二实施例的升压电路的示意性电路图；

图9示出了现有的升压电路的示意图。

具体实施方式

下面结合说明性实施例对本发明进行描述。本领域的专业人员将认识到利用本发明的教导，能实现多种替代性实施例，且本发明不限于为了说明性目的而说明的实施例。

[第一实施例]

图1示出了依据本发明第一实施例的升压电路的示意性电路图。图1还示出了控制电路2，其控制开关SW1-SW11的开或关。开关SW1-SW11包含在升压电路1中。

首先，说明升压电路1中包含的电路元件的连接关系。

如图1所示，升压电路1包含输入端子Pin，输出端子Pout，开关SW1-SW11，以及电容C1-C3。

输入端子Pin被连接到电源E1。输出端子Pout被连接到平流电容Col。来自电源E1的输入电压被经过输入端子Pin提供到升压电路1。通过经过输出端子Pout从升压电路1输出的输出电压对平流电容Col充电。输出电压是由升压电路1将输入电压升压而获得的电压。

电容C1的第一端经过开关SW1和输入端子Pin连接到电源E1。电容C1的第一端可以被设置为电源电势VDD(第一电源电势)。注意，电容C1的第一端经过开关SW8(第二开关单元)和开关SW10(第六开关单元)连接到电容C3的第二端。

经过开关SW2，电容C1的第二端连接到地。并且电容C1的第二端可以被设置为地电势GND(第二电源电势)。注意，经过开关SW7(第一开关单元)和输入端子Pin，电容C1的第二端连接到电源E1。电容C1的第二端可以被设置为电源电势VDD。

经过开关SW3和输入端子Pin，电容C3的第一端连接到电源E1。电容C3的第一端可以被设置为电源电势VDD。经过开关SW11和输出端子Pout，电容C3的第一端还连接到平流电容Col的一端。经过开关SW10和SW8，电容C3的第二端被连接到电容C1的第一端。

经过开关SW8，电容C2(第二升压电容)的第一端连接到电容C1的第一端。经过开关SW6(第五开关单元)和输出端子Pout，电容C2的第一端连接到平流电容Col的一端。注意，电容C2的第一端连接到在开关SW8和开关SW10之间的节点N1。

经过开关SW9(开关单元)，电容C2的第二端连接到地。电容C2的第二端可以被设置为地电势GND。经过开关SW5(第四开关单元)和输入端子Pin，电容C2的第二端连接到电源E1。电容C2的第二端可以被设置为电源电势VDD。

基于来自控制电路2的控制信号，包含在升压电路1中的开关SW1-SW11成为ON(导通的)或OFF(关断的)。

图2示出了控制电路2的结构。如图2所示，控制电路2包含振荡器10，电平转换单元11，以及反相缓冲器12。电平转换单元11包含第一缓冲器13和第二缓冲器14。

振荡器10输出具有预定周期的时钟信号(CLK)。该时钟信号被输入到包含在电平转换单元11中的第一缓冲器13。该时钟信号在经反相缓冲器12反相后，被输入到第二缓冲器14。

采用这种结构，控制电路2输出从第一缓冲器13输出的第一控制信号以及从第二缓冲器14输出的第二控制信号。当第一控制信号是HIGH时，第二控制信号是LOW。当第一控制信号是LOW时，第二控制信号是HIGH。第一控制信号被输入到开关SW1-SW6。第二控制信号被输入到开关SW7-SW11。

参考附图3，对第一状态中的升压电路1进行说明。基于从控制电路2发送的第一和第二控制信号，升压电路1处于第一状态。注意，当升压电路1处于第一状态时，开关SW1-SW6都处于OFF状态，开关SW7-SW11都处于ON状态。

如图3所示，当升压电路1处于第一状态时，包含开关SW7-SW11的第一开关组处于ON状态。注意，第一开关组包含在稍后提到的第一升压路径中所包含的所有开关SW7-SW11。

当第一开关组处于ON状态时，在输入端子Pin和输出端子Pout之间产生第一升压路径。该第一升压路径在其路径上包含第一开关组。第一升压路径将经过输入端子Pin的从电源E1输入的输入电压(VDD)升压三倍，并且输出放大三倍后的电压(3VDD)作为输出电压(第一输出电压)。

经过输出端子Pout，该输出电压被输入到平流电容Col。注意，包含在第一升压路径中的电容C1的第二端连接到输入端子Pin。电容C1的第一端连接到电容C3。包含在第一升压路径中的电容C3的第二端连接到电容C1的第一端。经过输出端子Pout，电容C3的第一端连接到平流电容Col。电容C1和电容C3串联地连接在输入端子Pin和输出端子Pout之间。

在本实施例中，当升压电路1处于第一状态时，第二电容C2的第一端连接到电容C1的第一端，并且电容C2的第二端连接到地。注意，开关SW8和开关SW9都处于ON状态。

当升压电路1处于第一状态时，基于由电容C1产生的升压电压(2VDD)，对电容C2充电。也就是说，通过由电容C1产生的升压电压(2VDD)对电容C2充电。

升压电压是通过对输入电压(VDD)升压两倍而获得的电压，且其小于通过对输入电压(VDD)升压三倍而升压的输出电压。升压电压的倍数小于输出电压的倍数。

注意到电容C2处在被充电的状态下。这使得当升压电路1从第一状态改变为第二状态时，可以设置输出电压为3VDD。

当升压电路1处于第一状态时，用于对电容C1充电的开关SW1(开关单元)和SW2(开关单元)都处于OFF状态。并且用于对电容C3充电的开关SW3和SW4都处于OFF状态。并且在电容C2第一端和输出端子Pout之间的开关SW6以及在电容C2的第二端和输入端子Pin之间的开关SW5都处于OFF状态。

下面，参考附图4对升压电路1处于第二状态时进行说明。基于从控制电路2输出的第一和第二控制信号，升压电路1将处于第二状态。注意，当升压电路1处于第二状态时，开关SW1-SW6都处于ON状态且开关SW7-SW11都处于OFF状态。

升压电路1以预先设定的时间间隔交替地转变为第一状态或第二状态，从而设置输出电压在预定的电压范围之内。

如图4所示，当升压电路1处于第二状态时，包含开关SW5和SW6的第二开关组处于ON状态。注意，第二开关组包含开关SW5和SW6，其中SW5和SW6包含在第二升压路径中。

当第二开关组处于ON状态时，在输入端子Pin和输出端子Pout之间产生第二升压路径。该第二升压路径在其路径上包含第二开关组。第二升压路径将经过输入端子Pin的从电源E1输入的输入电压(VDD)升压三倍，并且输出放大三倍的电压(3VDD)作为输出电压(第二输出电压)。

经过输出端子Pout，该输出电压被输入到平流电容Col。注意，包含在第二升压路径中的电容C2的第一端连接到输出端子Pout，以及电容C2的第二端连接到输入端子Pin。

在本实施例中，当升压电路1处在第一状态时，第二电容C2的第一端被设置为电势电平2VDD(升压电压的电平)。因此，通过改变升压电路1的状态从第一状态到第二状态，可以设置电容C2的第一端为电势电平3VDD。也就是说，通过经过开关SW5和输入端子Pin把电容C2的第二端连接到电源E1，以及设置电容C2的第二端为电势电平VDD，可以设置电容C2的第一端为电势电平3VDD。

通过这种方法，输入电压VDD被升压三倍。并且第二升压路径输出放大三倍的电压3VDD作为输出电压。注意，输入到电容C2的第二端的输入电压是要被升压的电压。

当升压电路1处于第二状态时，开关SW1和SW2都处于ON状态，并且电容C1处于被充电状态。开关SW3和SW4都处于ON状态，并且电容C3处于被充电状态。电容C1和C3并联地连接到输入端子Pin，并且被通过从电源E1提供的输入电压VDD充电。

下面采用图5的时序图，参考图6和7，对升压电路1的操作进行进一步的说明。

如图5所示，在t1到t2期间，从振荡器10输出的时钟信号CLK为HIGH，并且升压电路1处于第二状态。此时，电容C1处于被充电状态。因此，电容C1的第一端被设置为电源电势VDD。电容C3的第一端也被设置为电源电势VDD。

如图5所示，在t2到t3期间，从振荡器10输出的时钟信号CLK为LOW，并且升压电路1处于第一状态。此时，如图6所示，电源E1，输入端子Pin，电容C1，电容C3以及输出端子Pout按照此顺序串行地连接。

当升压电路1从第二状态转变到第一状态时，电容C1的第二端被设置为电势电平VDD。更具体地说，电容C1的第二端的电势电平从电势电平GND上升到电势电平VDD。以及电容C1的第一端的电势电平从电势电平VDD上升到电势电平2VDD。

与电容C1的第一端电势电平的上升一致，电容C3的第二端的电势电平从电势电平GND上升到电势电平2VDD。以及从升压电路1输出的输出电压被设置为3VDD，其是输入电压VDD的三倍。

如图6所示，当升压电路1处于第一状态时，电容C1的第一端的电势电平和电容C2的第一端的电势电平被设置为相同。因此，当电容C1的第一端的电势电平被设置为电势电平2VDD时，电容C2的第一端的电势电平同时被设为电势电平2VDD。当升压电路1从第一状态转变到第二状态时，电容C2的第一端的电势电平被通过这种方式设置，以及输出电压被设置为3VDD。

如图5所示，在t3到t4期间，从振荡器10输出的时钟信号CLK为HIGH，并且升压电路1从第一状态转变为第二状态。此时，如图7所示，电源E1，输入端子Pin，电容C2，以及输出端子Pout按照此顺序串行地连接。

当升压电路1从第一状态转变为第二状态时，电容C2的第二端的电势电平从地电势GND上升到电源电势VDD。此时，电容C2的第一端的电势从电势电平2VDD上升到电势电平3VDD。以及输出电压被设置为3VDD，其是输入电压大小的三倍。

在第一状态下，电容C2的第一端的电势电平被设置为电势电平2VDD。之后，在第二状态下，电容C2的第二端的电势电平被设置为电势电平VDD。通过这种方式，可以获得输入电压三倍的输出电压而无需增加电容的数目。如上所述，包含在第二升压路径中的电容数目少于包含在第一升压路径中的电容数目。

在t4到t5期间，升压电路1的操作与从t2到t3之间相同。因此，省略重复的说明。

升压电路1可以用于多种应用。特别是当它应用在用于液晶显示的驱动电路中时，由于施加到液晶单元的驱动电压高，因此需要升压电路1具有高耐压的特性。因此，至少需要配置被包含在升压电路1中使用具有高耐压的元件的开关SW6和SW1。注意，与具有低耐压的元件相比，具有高耐压的元件具有较高的耐压。

通常，与具有低耐压的元件相比，具有高耐压的元件需要更大的电路空间。除此之外，与具有低耐压的元件相比，具有高耐压的元件的导通电阻较高。因此，需要增加控制信号电压的幅度，从而造成能量消耗的增加。注意，控制信号从控制电路2被发送到升压电路1的开关元件。

如果按照本实施例的上述简单的电路构造而配置升压电路，则可以抑制具有高耐压元件数目的增加。另外，它还可以降低控制信号电压的幅度。

注意，在本实施例中，与被包含在第二升压路径中的输入端子侧的开关SW7相比，以具有较高耐压的元件配置被包含在第一升压路径中的输出端子侧的开关SW11。以及与被包含在第二升压路径中的输入端子侧的开关SW5相比，以具有较高耐压的元件配置被包含在第二升压路径中的输出端子侧的开关SW6。

电容C1到C3是外部电容部分。特别地，当升压电路1被集成在IC中时，外部电容部分数目的增加导致电路产品成本的上升。依据本实施例，可以有效地减少用于输入电压升压的电容的数目，以及抑制升压电路1成本的上升。另外，其还可以抑制电路面积的增加，以及设置升压电路1的输出电压恒定。

[第二实施例]

图8示出了依据第二实施例的升压电路20。升压电路20是应用本发明用于负电源升压电路的例子。通过向负方向以两倍于输入电压VDD的方式，升压电路20输出输出电压-2VDD。使用电源E1为基准，在地电势GND对电容C1和C3进行充电。使用GND-VC1(VC1是电容C1一个端子处的电势)之间的偏压对电容C2进行充电。升压电路20的构造和操作与第一实施例的升压电路1相同。注意在本第二实施例中，地电位GND是第一电源电位，且电源电位VDD是第二电源电位。

本发明不限于上述提及的各实施例。也就是说，它不限于升压三倍的电路构造。通过增加电容数目，可以升压大于三倍。应注意到可以采用其它的电路构造。

开关单元可以被配置为一个场效应晶体管或转换开关。

显然，本发明不限于上述各实施例，在不背离本发明保护范围和精神的基础上可以进行修改和改变。

Claims

1.一种电荷泵型升压电路，其通过依次转换升压路径，产生正的或负的升压输出电压，该电荷泵型升压电路包含：

多个升压路径，其中多个升压路径中的每个包含至少一个升压电容，

其中，多个升压路径中的每个路径上的升压电容的数目在一条升压路径和其他条升压路径之间是不同的。

2.如权利要求1所述的升压电路，其中，该多个升压路径包含：

第一升压路径，其输出通过将输入电压升压而获得的第一输出电压，该第一升压路径至少包含第一升压电容和第三升压电容；以及

第二升压路径，其输出通过将所述输入电压升压而获得的第二输出电压，该第二升压路径至少包含第二升压电容。

3.如权利要求2所述的升压电路，其中，该升压电路交替地输出所述第一输出电压和所述第二输出电压。

4.如权利要求2所述的升压电路，其中，基于来自第一升压电容的输出对该第二升压电容充电。

5.如权利要求2所述的升压电路，其中，经由第二升压电容升压的电压被输出作为第二输出电压。

6.如权利要求2所述的升压电路，其中，包含在第二升压路径中的电容的数目少于包含在第一升压路径中的电容的数目。

7.如权利要求2所述的升压电路，其中，该第一升压路径进一步包含第一开关组，其包含：

第一开关单元，其在第一电源电势和第一升压电容之间；

第二开关单元，其在第一升压电容和第三升压电容之间；以及

第三开关单元，其在第三升压电容和输出端子之间。

8.如权利要求7所述的升压电路，其中，该第二升压路径进一步包含第二开关组，该第二开关组包含：

第四开关单元，其在第一电源电势和第二升压电容之间；以及

第五开关单元，其在第二升压电容和输出端子之间。

9.如权利要求8所述的升压电路，其中，当第二输出电压从第二升压路径输出时，第一和第三升压电容的第一端的每一个都连接到第一电源电势，且第一和第三升压电容的第二端的每一个都连接到第二电源电势。

10.如权利要求8所述的升压电路，其中，当第一输出电压从第一升压路径输出时，第二升压电容的第二端连接到第二电源电势。

11.如权利要求9所述的升压电路，其中，该第一开关组进一步包含在第一和第三升压电容之间的第二和第六开关单元，该第二开关单元在第一升压电容侧，且该第六开关单元在第三升压电容侧。

12.如权利要求11所述的升压电路，其中，该第二升压电容的第一端连接到在第二开关单元和第六开关单元之间的节点。

13.如权利要求11所述的升压电路，其中，当第二输出电压从第二升压路径输出时，第二和第六开关单元处于OFF状态。

14.如权利要求2所述的升压电路，其中，该第一输出电压的电平与第二输出电压的电平基本相同。

15.如权利要求2所述的升压电路，其中，该第一和第二输出电压的每一个都是通过将输入电压升压三倍或更多倍而获得的。

16.如权利要求2所述的升压电路，其中，该第一和第二输出电压的每一个都是通过将输入电压升压一负的倍数而获得的，其中该负的倍数具有2或更大的绝对值。

17.如权利要求1所述的升压电路，进一步包括：

输出端子，其在多个升压路径中是公共的；以及

平流电容，其连接到输出端子，并且基于所述正的或负的升压后的输出电压来对该平流电容充电。

18.一种升压电路，包括：

第一输出路径，用于将输入电压升压N倍，N是绝对值为2或更大的正的或负的整数；以及

第二输出路径，用于将该输入电压升压N倍，

其中

该升压电路基于从控制电路发送的控制信号，交替地输出从第一输出路径输出的第一升压电压和从第二输出路径输出的第二升压电压，以及

其中

当第一输出电压从升压电路输出时，基于通过将该输入电压升压M倍而获得的升压电压，来设置第二升压电压，其中M是绝对值小于N的正的或负的整数。

19.一种电荷泵型升压电路，其用于产生正的或负的升压输出电压，该电荷泵型升压电路包括：

第一升压路径，其连接在输入端子和输出端子之间，以输出正的或负的升压输出电压，其中该升压输出电压是通过经N个电容将输入电压升压而获得的，其中N是2或更大的正整数；以及

第二升压路径，其连接在输入端子和输出端子之间，以输出正的或负的升压输出电压，其中该升压输出电压是通过经M个电容将输入电压升压而获得的，其中M是小于N的正整数。