CN1627616A

CN1627616A - 电源电路

Info

Publication number: CN1627616A
Application number: CNA2004100949747A
Authority: CN
Inventors: 大高信行
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2005-06-15
Also published as: TW200520354A; KR100611295B1; JP2005176513A; US20050127984A1; TWI265673B; KR20050058212A

Abstract

本发明提供一种可以稳定电荷泵的输出的电源电路。由电荷泵输出电压监视电路(20)监视电荷泵(10)的输出电压。当电荷泵(10)的输出电压成为规定值以下时，限制串联稳压器(12)的动作电流。

Description

电源电路

技术领域

本发明涉及一种将来自电荷泵的输出介由多个电压变换电路输出的电源电路。

背景技术

一直以来，在各种电路中有时要求与电源不同的电压。例如，在通过电池电源动作的半导体集成电路(LSI、IC等)中，需要比电池电源高的电压，或为了确保动态范围而需要负电源。这种情况下，可利用开关调节器(switching regulator)。该开关调节器是利用线圈进行升压(或降压)的电路，可得到所希望的电压。

一方面，目前广泛利用电荷泵(charge pump)来代替开关调节器。该电荷泵是将被电容器充电的电压移位，得到所希望的电压的电路。

图1中示出了电荷泵的一例。在该例中，在电源电压V_CC和输出端之间串联连接有2个P沟道晶体管Q1、Q2。而且，在晶体管Q1、Q2的连接点上连接电容器C1的一端，在该电容器C1的另一端上，电源电压V_CC和接地电压GND介由逆变器(inverter)INV1交替供给。同时，在输出端上连接其他端接地的电容器C2的一端。

在这种电路中，在使电容器C1的一端为接地电压的状态下，通过接通晶体管Q1、断开晶体管Q2，从而对电容器C1充电至V_CC电压。然后，断开晶体管Q1而接通晶体管Q2，使电容器C1的另一端成为V_CC。由此，电容器C1的一端成为2V_CC，将该电压充电到电容器C2上。由此，输出电压成为2V_CC。而且，在图1中，将供给到晶体管Q1的控制电压通过逆变器INV2反转后供给到晶体管Q2的栅极。另外，也可用二极管代替晶体管Q1、Q2。晶体管例如可采用MOSFET，但也可使用不限于此的任何一种型号。

根据这种电路，可将电源电压V_CC升压为2倍的电压。另外，由于不需要线圈，故具有电路简单的优点。

再者，在开关调节器或电荷泵得到的电压不是直接供给到IC，通常是由串联稳压器做成恒定电压后供给。该串联稳压器例如具有图2所示的构成。

在电荷泵的输出上连接P沟道晶体管Q3的一端，另一端介由电阻R1、R2接地。而且，电阻R1、R2的连接点输入到比较器COMP1的正输入端，基准电压Vref1输入到该比较器COMP1的负输入端。比较器COMP1的输出连接着晶体管Q3的栅极。而且，晶体管Q3与电阻R1的连接点连接着串联稳压器的输出端。另外，在该输出端上，也连接着其他端接地的电容器C3的一端。

由此，比较器COMP1以使电阻R1和R2的连接点的电压成为Vref1的方式动作。因此，在输出端上，Vref1×(R1+R2)/R1的电压可以稳定。

而且，关于电荷泵电路，例如在专利文献1等中有记载。

【专利文献1】

特开2001-112239号公报。

在这里，开关调节器，虽然其输出中的电流能力大，但电荷泵与开关调节器相比电流能力减小。电荷泵的输出电流(负载电流)和输出电压的关系的一例在图3中示出。这样，若负载电流增大，则输出电压降低。

一方面，串联稳压器在其启动时，由于比较器尽其能力地动作，使输出电压升高，故流过大电流。即，如图4中的虚线所示，在启动时大电流流过串联稳压器，如实线所示，输出电压急剧上升，可以得到规定的输出电压。

因此，如图5所示，将串联稳压器12连接在电荷泵10的输出上，在启动串联稳压器12时，如图6所示，电荷泵10的输出电压会大大地下降。

因此，在将该电荷泵的输出用于其他电路时，存在一旦启动串联稳压器，在其他电路中电源电压大大下降，也出现不能正常动作的问题。

例如，如图7所示，在电荷泵10的输出上连接了2个串联稳压器12、14的电路中，考虑在串联稳压器14动作的状态下，启动串联稳压器12。这种情况如图8所示，伴随着串联稳压器12的启动，其输出电压(输出1)上升。此时，流过大电流，电荷泵10的输出电压大幅下降。而且，由此串联稳压器14的输出电压(输出2)也大幅下降。

再者，开关调节器因其电流能力大，故如图9所示，即使启动连接于其后段的串联稳压器，输出电压也不会出现如此大的下降问题。在采用开关调节器的现有电路中，不存在上述问题。

发明内容

本发明提供一种可以有效消除电荷泵的输出电压的下降的电源电路。

本发明的电源电路，其特征在于，具有：将电容器充电到规定电压后，使充完电的电容器一端的电压变化，在另一端得到根据变化量移位的电压的电荷泵；和根据将该电荷泵的输出与规定的基准电压的比较来变换电压，将变换后的电压作为其它电路的电源电压输出的电压变换电路，通过限制所述电压变换电路的动作电流，从而使电荷泵的输出电压不会变化为规定值以上。

再者，所述电压变换电路优选为串联稳压器，其具有：将其输出电压或与输出电压成比例的电压和基准电压进行比较的运算放大器；根据该运算放大器的输出而动作的输出晶体管；和将该输出晶体管的动作电流变换成所述输出电压的电阻。

另外，优选具有监视所述电荷泵的输出电压的监视电路，根据所述监视电路的输出，来限制所述电压变换电路的动作电流。

此外，优选从启动开始，只在规定的时间内限制所述监视电路所进行的电荷泵的输出电压的监视。

这样，根据本发明，通过限制电压变换电路的动作电流，从而使电荷泵的输出电压不会变化为规定值以上。因此，在存在利用电荷泵的输出电压的其他电路的情况下，可以防止对其他电路产生不良影响。

另外，在由串联稳压器构成电压变换电路的情况下，可以防止流过启动时等的大电流、电荷泵的输出电压容易降低。

还有，通过从启动开始只在规定时间内限制电荷泵的输出电压的监视，从而可以有效防止启动时的串联稳压器等的大电流的产生。

附图说明

图1是表示电荷泵的构成例的图。

图2是表示串联稳压器的构成例的图。

图3是表示电荷泵的负载电流和输出电压的关系的图。

图4是表示串联稳压器上升时的电流及输出电压的图。

图5是表示由电荷泵和串联稳压器构成的系统的构成的图。

图6是表示串联稳压器上升时的电荷泵的输出电压的图。

图7是表示由电荷泵和多个串联稳压器构成的系统的构成的图。

图8是表示图7的构成中的串联稳压器上升时的电荷泵的输出电压的图。

图9是表示串联稳压器上升时的开关调节器的输出电压的图。

图10是表示实施方式的系统的构成的图。

图11是表示串联稳压器上升时的电荷泵的输出电压的图。

图12是表示由电荷泵和多个串联稳压器构成的系统的构成的图。

图13是表示由具有多个输出的电荷泵和串联稳压器构成的系统的构成的图。

图14是表示串联稳压器上升时的电荷泵的多个输出电压的图。

图15是表示过负载时的电荷泵及串联稳压器输出电压的图。

图16是表示用开关控制电荷泵输出电压监视电路的动作的构成的图。

图17是表示用定时器控制电荷泵输出电压监视电路的动作的构成的图。

图18是表示串联稳压器的构成的图。

图19是表示控制电荷泵输出监视电路的输出的电路的构成的图。

图中：10-电荷泵；12、14-串联稳压器；20、22-电荷泵输出电压监视电路；30-开关；32-定时器；72～78-触发电路；80-“与”门；C1～C3-电容器；COMP1、COMP2-比较器；INV1、INV2-逆变器；Q1～Q4-晶体管；R1～R3-电阻。

具体实施方式

以下根据附图说明本发明的实施方式。

图10是表示实施方式的一构成例的图。在电荷泵10的输出上连接着串联稳压器12。而且，设置监视电荷泵10的输出的电荷泵输出电压监视电路20，该电荷泵输出电压监视电路20控制串联稳压器12的动作。即，电荷泵输出电压监视电路20，在电荷泵的输出电压下降了规定值以下时，通过控制串联稳压器12的动作并限制其电流量，从而使电荷泵10的输出电压基本不变动。

这样，从电荷泵10流入串联稳压器12的电流变大，当电荷泵10的输出电压下降得比设定电压低时，限制从电荷泵10流入串联稳压器12的电流，以防止电荷泵10的输出电压降低。由此，如图11所示，即使在串联稳压器12启动时，也可抑制电荷泵10的输出电压变动。因此，可以将电荷泵输出电压作为恒压使用，可以防止在以电荷泵10的输出电压动作的其他电路中产生不良影响。

图12是其他构成例，在该例中，除串联稳压器12、电荷泵输出电压监视电路20以外，还设有串联稳压器14、电荷泵输出电压监视电路22。而且，通过由电荷泵输出电压监视电路20控制串联稳压器12的电流，由电荷泵输出电压监视电路22控制串联稳压器14的电流，从而能使电荷泵10的输出电压、串联稳压器12、14的输出电压稳定化。

图13表示电荷泵10成为多输出的情况。即，电荷泵10通过做成多级构成，从而能依次升压(降压)，可以得到多个输出。在这种情况下，通过监视该多个输出，从而可使输出电压稳定输出。即，用电荷泵输出电压监视电路20监视电荷泵10的输出1，用电荷泵输出电压监视电路22监视输出2，根据其结果，限制串联稳压器12的电流。特别是，在启动一方的串联稳压器时，限制该串联稳压器的电流，从而可抑制另一方的串联稳压器的输出电压变动。

由此，如图14所示，在电荷泵10的2个输出(输出1、输出2)双方，均可防止大的电压降低的产生。

另外，如上述的各构成例，在进行过电荷泵的输出电压的监视时，串联稳压器的能力由电荷泵的能力来决定。因此，也具有不需要通常所必需的串联稳压器的输出电流限制电路的优点。

再者，在上述例子中，虽然由电荷泵输出电压监视电路20、22监视电荷泵10的输出电压，但也可以监视电荷泵10的中途电压。而且，还可以监视动作中的串联稳压器12、14的输出。这是因为这些电压是与电荷泵10的输出电压相关的电压，并进行同样变化的电压，实质上是监视电荷泵10的输出电压的缘故。

在此，在进行监视动作的情况下，在电荷泵10的输出电压下降时一定要限制串联稳压器12、14的电流量。因此，在串联稳压器12、14的负载即使瞬间增加的情况下，串联稳压器12的能力也受到限制。因此，即使有串联稳压器12、14的负载驱动能力，如图15所示，串联稳压器12、14的输出电压也显著降低。特别是，该动作即使在短时的须状负载电流脉冲下也会产生，使串联稳压器12、14的输出电压的稳定性恶化。

因此，如图16所示，设置开关30，限制电荷泵输出电压监视电路20的输出。即，只在启动时接通开关30，只在串联稳压器12、14启动时进行监视动作。由此，在电荷泵10的输出电压上产生短时的须状负载电流脉冲的情况下，不进行串联稳压器12、14的电流限制，可以使串联稳压器12、14的输出电压稳定。

再者，串联稳压器12的比较器COMP1由运算放大器构成，通常，通过断开包含于其中的恒流源而停止动作。因此，将接通该恒流源的信号作为启动信号，接通开关30，只要在一定时间后断开开关30即可。

此外，作为只在启动时进行的方法，如图17所示，设置定时器32，可以只在启动时一定时间内使电荷泵输出电压监视电路20动作。即，定时器32接收串联稳压器启动相关的启动信号，从启动信号输入开始只在一定时间内接通开关30。

在此，代替定时器32，能采用：在串联稳压器12的输出电压成为某电压时，判断为上升，停止由电荷泵输出电压监视电路20所进行的监视；或在从串联稳压器12的输出电压成为某电压时开始到一定时间后判断为上升，停止监视电路、的方法等。

接着，根据图18，说明由电荷泵输出电压监视电路20及该电荷泵输出电压监视电路20限制流过串联稳压器12的电流的电路的具体示例。

在电荷泵的输出和接地之间插入晶体管Q3、电阻R1、R2的串联连接。而且，将基准电压Vref1输入比较器COMP1的负输入端，将电阻R1、R2的连接点输入正输入端，将比较器COMP1的输出端连接在晶体管Q3的栅极上。另外，将晶体管Q3与电阻R1的连接点连接在输出端上。此外，输出端上连接另一端接地的电容器C3的一端。由此，形成串联稳压器12。

再者，电荷泵10的输出介由电阻R3、R4接地。电阻R3、R4的连接点输入到比较器COMP2的负输入端，将基准电压Vref2输入到放大器COMP2的正输入端。因此，比较器COMP2将用电阻R1、R2对电荷泵10的输出电压分压后的电压与基准电压Vref2进行比较。而且，如果将输出端的电压反馈到运算放大器的负输入端，则输出电压成为基准电压Vref。比较器COMP2的输出连接着n沟道晶体管Q4的栅极。该晶体管Q4，一端连接电荷泵10的输出，另一端连接着晶体管Q3的栅极。由此，构成电荷泵输出电压监视电路20。

若电荷泵10的输出电压成为规定值(Vref2)以下，则比较器COMP2的输出变为H，由此晶体管Q4变为接通。由此，从晶体管Q4向晶体管Q3的栅极供给电流，因此晶体管Q3的漏极电流量减少，串联稳压器12的电流量受到限制。

再者，在该例中，由于比较器COMP1是电流输出，故限制串联稳压器12的动作电流的信号也是电流信号。但是，实质上只要可以限制串联稳压器12中的动作电流，可以是电压信号，还可以采取插入电阻来限制电流等方法。

此外，如上所述，当由短于某一定时间的脉冲电流引起电荷泵10的输出电压降低时，也有不使电荷泵输出电压监视电路20动作的方法。在图19中，示出了这种电路。

COMP2的输出还输入到触发电路72的数据输入端。该触发电路72的输出端连接触发电路74的数据输入端，触发电路74的输出端连接触发电路76的数据输入端，触发电路76的输出端连接触发电路78的数据输入端，向触发电路72～78的时钟输入端共同输入规定的时钟信号。因此，根据比较器COMP2的输出上升后的最初时钟信号的上升沿，触发电路72被置位为H，其后依次将触发电路74～78均置位为H。而且，在时钟信号的第4时钟，触发电路72～78均被置位于H。

触发电路72～78的数据输出端输入4输入“与”门80，由该“与”门80的输出，控制设于比较器COMP2的输出端与晶体管Q4的栅极间的开关SW2的接通/断开。即，通过使“与”门80的输出成为H，从而接通开关SW2。

根据该构成，在作为电荷泵输出电压监视电路20的输出的COMP2成为H后，一直到经过第4时钟，只在比较器COMP2的输出持续为H时，接通开关SW2，串联稳压器2的电流受到限制。

由此，对于电荷泵10的输出中的须状短时电压下降，可以使串联稳压器12的动作继续。

特别是，该图19的电路，优选与上述图17启动时用的电路分别设置，在启动时只让图17的电路动作，之后再使图19的电路动作。这种情况下，图19的定时器(触发电路72～78)的时间优选比图17的定时器32的时间短。而且，在图19的电路中，由于规定时间以上的大电流的产生会有短路等可能性，故优选禁止输出。

Claims

1、一种电源电路，其特征在于，具有：

将电容器充电到规定电压后，使充完电的电容器一端的电压变化，在另一端得到根据变化量移位的电压的电荷泵；和

根据将该电荷泵的输出与规定的基准电压的比较来变换电压，将变换后的电压作为其它电路的电源电压输出的电压变换电路，

通过限制所述电压变换电路的动作电流，从而使电荷泵的输出电压不会变化为规定值以上。

2、根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，

所述电压变换电路为串联稳压器，其具有：

将其输出电压或与输出电压成比例的电压和基准电压进行比较的运算放大器；

根据该运算放大器的输出而动作的输出晶体管；和

将该输出晶体管的动作电流变换成所述输出电压的电阻。

3、根据权利要求1或2所述的电源电路，其特征在于，

具有监视所述电荷泵的输出电压的监视电路，

根据所述监视电路的输出，来限制所述电压变换电路的动作电流。

4、根据权利要求3所述的电源电路，其特征在于，

从启动开始，只在规定的时间内限制所述监视电路所进行的电荷泵的输出电压的监视。