CN1960147A - 充电泵电路 - Google Patents

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Abstract

一种充电泵电路，具备：生成第一电压Vout+的第一充电泵电路部(102)；生成第二电压Vout－的第二充电泵电路部(104)；包括缓冲元件(56a、56b)的驱动脉冲供给部(108)，所述缓冲元件与第一充电泵电路部和第二充电泵电路部所具备的开关元件(30a～30c、40a～40c)连接，供给对开关元件(30a～30c、40a～40c)进行驱动的驱动脉冲；和充电脉冲供给部(106)，其经由电容器(32a～32c、42a～42c)与第一充电泵电路部和第二充电泵电路部连接，生成对电容器(32a～32c、42a～42c)充电的时钟脉冲。可使输出与基准电压不同的两个电压的充电泵电路的电路规模减小。

Description

充电泵电路
技术领域
本发明涉及一种输出与基准电压不同的两个电压，例如输出正、负电位的充电泵(charge pump)电路。
背景技术
广泛使用了组合多个电容器和开关元件的组，对电压进行升压或降压而输出的充电泵电路。
例如，如图3所示，对电压进行升压的充电泵电路构成为包括：开关元件10a～10c、电容器12a～12c、缓冲元件14a、14b和缓冲元件16a～16c。作为开关元件10a～10c使用场效应晶体管(MOSFET)。
在图3所示的充电泵电路中，时钟脉冲+和-以相反相位变化。而且，在时钟脉冲+为高电平时，时钟脉冲t1、t3成为高电平；在时钟脉冲+为低电平时，时钟脉冲t1、t3也成为低电平。另外，时钟脉冲+和-的脉冲高度均为电压Vcc。由此，如图4所示，按照电压Va、Vb、Vc的顺序电压被升压，输出电压Vout成为比电源电压Vcc高2Vcc的电压。另外，图4中，横轴表示时间、纵轴表示电位，沿着纵轴向上的方向表示高电位。
此外，如图5所示，对电压进行降压的充电泵电路构成为包括：开关元件20a～20c、电容器22a～22c、缓冲元件24a、24b和缓冲元件26a～26c。作为开关元件20a～20c使用场效应晶体管(MOSFET)。
在图5所示的充电泵电路中，时钟脉冲+和-以相反相位变化。而且，在时钟脉冲+为高电平时时钟脉冲t也为高电平，在时钟脉冲+为低电平时时钟脉冲t也为低电平。另外，时钟脉冲+和-的脉冲高度均为电压Vcc。由此，如图6所示，按照电压Va、Vb、Vc的顺序电压被降压，输出电压Vout成为比基准电压(接地电位)低2Vcc的电压。另外，在图6中，横轴表示时间、纵轴表示电位，沿着纵轴向上的方向表示高电压。
在上述的现有技术中，将相对基准电位(接地电位)对正的电压进行升压输出的充电泵电路、和相对基准电位(接地电压)对负的电压进行降压输出的充电泵电路作为互不相同的电路进行提供。因此，在需要正、负两方面的电压时，需要设置两个充电泵电路，从而存在着电路规模变大、制作成本增加的问题。
而且，施加各级电容器的蓄积电压作为提供给缓冲元件的电源，该缓冲元件对作为充电泵电路的各级开关元件的MOSFET进行控制。因此，从缓冲元件可输出的脉冲的振幅变小，作为开关元件的MOSFET的驱动能力也下降，由此，在开关元件中的损耗会增加。结果，存在着输出能力下降的问题。
专利文献1：特开2005-102375号公报
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够解决上述现有问题中至少一个的充电泵电路，即提供一种输出与基准电压不同的两个电压，例如输出正、负电位的充电泵电路。
本发明提供一种充电泵电路，其生成与基准电位不同的第一电压、和与上述基准电压以及上述第一电压不同的第二电压，其特征在于，具备：第一充电泵电路部，其与电容器连接，包括多个开关元件而构成，用于生成上述第一电压；第二充电泵电路部，其与电容器连接，包括多个开关元件而构成，用于生成上述第二电压；包括缓冲元件的驱动脉冲供给部，所述缓冲元件与上述第一充电泵电路部和上述第二充电泵电路部所具备的上述开关元件连接，供给对上述开关元件进行驱动的驱动脉冲；和充电脉冲供给部，其经由上述电容器与上述第一充电泵电路部和上述第二充电泵电路部连接，生成对上述电容器充电的时钟脉冲。
具体而言，在上述升压型充电泵电路部和上述降压型充电泵电路部中，场效应晶体管(MOSFET)可适合用作开关元件。在这种情况下，上述驱动脉冲供给部对MOSFET的栅极输出栅极脉冲。
这样，在本发明的实施方式中，由于对升压型充电泵电路部和降压型充电泵电路部公共设有输出驱动脉冲的驱动脉冲供给部，所以，可使相对于基准电位(接地电位)输出正、负电压的充电泵电路的结构简单化。结果，在将充电泵电路IC芯片化时可减小外部管脚的个数，并会提高制造电路的成品率(yield)而使制造成本降低。
在此，优选上述第一充电泵电路部是升压型充电泵电路，上述第二充电泵电路部是降压型充电泵电路，上述第一电压是被升压为比上述基准电压高的电压，上述第二电压是被降压为比上述基准电压低的电压。
并且，优选上述驱动脉冲供给部所包括的上述缓冲元件，将上述第一电压和上述第二电压作为电源，上述第一电压由上述第一充电泵电路部生成且高于基准电位，上述第二电压由上述第二充电泵电路部生成且低于基准电位。
这样，通过将由上述升压型充电泵电路部和上述降压型充电泵电路部升压或降压后的电压，用作驱动脉冲供给部所包括的缓冲元件的电源，可在比以往更大的范围内改变缓冲元件的输出电压。因此，相对于上述升压型充电泵电路部和上述降压型充电泵电路部所包括的开关元件，可得到高的驱动能力(电流能力)。结果，可减小充电泵电路的损失，提高输出效率。
根据本发明，可使输出与基准电压不同的两个电压，例如输出正、负电位的充电泵电路的电路规模减小。而且，可减小充电泵电路的损失，提高输出。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的充电泵电路的结构的图。
图2是说明本发明的实施方式的充电泵电路的作用的时序图。
图3是表示现有充电泵电路的结构的图。
图4是说明现有充电泵电路的作用的时序图。
图5是表示现有充电泵电路的结构的图。
图6是说明现有充电泵电路的作用的时序图。
图中：10a～10c、20a～20c、30a～30c、40a～40c-开关元件；12a～12c、22a～22c、32a～32c、42a～42c-电容器；24a、24b、54a、54b-缓冲元件；14a、14b、16a～16c、26a～26c、56a、56b-缓冲元件；100-充电泵电路；102-升压型充电泵电路部；104-降压型充电泵电路部；106-充电脉冲供给部；108-驱动脉冲供给部。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施方式的充电泵电路100构成为包括：升压型充电泵电路部102、降压型充电泵电路部104、充电脉冲供给部106、和驱动脉冲供给部108。
升压型充电泵电路部102构成为包括：场效应晶体管(MOSFET)30a～30c和电容器32a～32c。降压型充电泵电路部104构成为包括：场效应晶体管(MOSFET)40a～40c和电容器42a～42c。充电脉冲供给部106构成为包括缓冲元件54a、54b。而且，驱动脉冲供给部108构成为包括缓冲元件56a、56b。
在升压型充电泵电路部102中，将P型MOSFET30a～30c用作开关元件。MOSFET30a的漏极与电源连接，保持为电压Vcc。MOSFET30a的源极与MOSFET30b的漏极连接，其连接点与电容器32a的一端连接。电容器32a的另一端与充电脉冲供给部106的缓冲元件54a的输出端连接。而且，MOSFET30b的源极与MOSFET30c的漏极连接，其连接点与电容器32b的一端连接。电容器32b的另一端与充电脉冲供给部106的缓冲元件54b的输出端连接。MOSFET30c的源极经由电容器32c被接地，并且成为第一输出端子T1。
在降压型充电泵电路部104中，将N型MOSFET40a～40c用作开关元件。MOSFET40a的漏极被接地，保持为基准电位(在此为接地电位GND)。MOSFET40a的源极和MOSFET40b的漏极连接，其连接点与电容器42a的一端连接。电容器42a的另一端与充电脉冲供给部106的缓冲元件54a的输出端连接。而且，MOSFET40b的源极和MOSFET40c的漏极连接，其连接点与电容器42b的一端连接。电容器42b的另一端与充电脉冲供给部106的缓冲元件54b的输出端连接。MOSFET40c的源极经由电容器42c被接地，并且成为第二输出端子T2。
对缓冲元件54a的输入端施加充电用的时钟脉冲+，对缓冲元件54b的输入端施加充电用的时钟脉冲-。另一方面，对缓冲元件56a的输入端施加驱动用脉冲t1，对缓冲元件56b的输入端施加驱动用脉冲t2。将驱动用脉冲t1和t2作为以相互不同的定时(timing)进行变化的脉冲。缓冲元件56a的输出端与MOSFET30a、30c、40a、40c的栅极连接，缓冲元件56b的输出端与MOSFET30b、40b的栅极连接。另外，缓冲元件56a、56b的正、负电源端子均与第一输出端子T1和第二输出端子T2连接，缓冲元件56a、56b将升压型充电泵电路部102的输出电压Vout+和降压型充电泵电路部104的输出电压Vout-作为电源电压而动作。
图2是表示对本实施方式的充电泵电路100的作用进行说明的时序图。在图2中，横轴表示时间、纵轴表示电位、沿着纵轴向上的方向表示高的电压。
时钟脉冲+和时钟脉冲-按照在规定周期具有相反相位的方式进行变化。而且，驱动脉冲t1以和时钟脉冲+同相位进行变化，驱动脉冲t2以和时钟脉冲-同相位进行变化。另外，在此为了使说明简单化而将时钟脉冲+和-的脉冲振幅作为与电源电压Vcc相等的振幅。
在升压型充电泵电路部102中，当时钟脉冲+成为低电平且时钟脉冲-成为高电平的时刻(timing)，MOSFET30a、30c成为导通状态、MOSFET30b成为截止状态。由此，电容器32a一端的电位Va与电源电压Vcc相等，电容器32a的另一端等于时钟脉冲+的低电平。接着，在时钟脉冲+变化为高电平且时钟脉冲-变化为低电平的时刻，MOSFET30a、30c成为截止状态，MOSFET30b成为导通状态。基于时钟脉冲+成为高电平，电容器32a一端的电位Va由电源电压Vcc被升高了时钟脉冲+的脉冲振幅份(＝Vcc)，相对于基准电位(接地电位)成为比电源电压Vcc高两倍的电位。由于MOSFET30b为导通状态，所以，电容器32一端的电位Vb与电位Va相等，电容器32b的另一端与时钟脉冲-的低电平相等。接着，在时钟脉冲+变化为低电平且时钟脉冲-变化为高电平的时刻，MOSFET30a、30c返回到导通状态，MOSFET30b返回到截止状态。基于时钟脉冲-成为高电平，电容器32b一端的电位Vb以基准电位为基准，被升压至电源电压Vcc的三倍高的电位。由于MOSFET30c处于导通状态，所以，电容器32c一端的电位Vc与电位Vb相等。即，基准电位(接地电位)与电位Vc的电位差3Vcc成为第一输出电压Vout+。这样，从升压型充电泵电路部102输出相对于基准电位(接地电位GND)被升压了电位差3Vcc的电压。
在降压型充电泵电路部104中，当时钟脉冲+成为高电平且时钟脉冲-成为低电平的时刻，MOSFET40a、40c成为导通状态、MOSFET40b成为截止状态。由此，电容器42a一端的电位Vd与基准电位(接地电位)相等，电容器42a的另一端与时钟脉冲+的高电平相等。接着，在时钟脉冲+变化为低电平且时钟脉冲-变化为高电平的时刻，MOSFET40a、40c成为截止状态、MOSFET40b成为导通状态。基于时钟脉冲+成为低电平，电容器42a一端的电位Vd相对于基准电位(接地电位)被降压了电源电压Vcc份。由于MOSFET40b处于导通状态，所以，电容器42b一端的电位Vc与电位Vd相等，电容器42b另一端的电位与时钟脉冲-的高电平相等。接着，在时钟脉冲+变化为高电平且时钟脉冲-变化为低电平的时刻，MOSFET40a、40c返回到导通状态、MOSFET40b返回到截止状态。基于时钟脉冲-成为低电平，电容器42b一端的电位Vb被降压至相对于基准电位(在此位接地电位GND)低两倍电源电压Vcc的电位。由于MOSFET40c处于导通状态，所以，电容器42c一端的电位Vf与电位Ve相等。即，比基准电位(接地电位)低电位差2Vcc的电位成为第二输出电压Vout+。这样，从降压型充电泵电路部104输出相对于基准电位(接地电位GND)降压了电位差2Vcc的电压。
这样，在本实施方式中，由于对升压型充电泵电路部102和降压型充电泵电路部104公共设有输出驱动脉冲t1、t2的驱动脉冲供给部108，所以，可使相对于基准电位(接地电位)输出正、负电压的充电泵电路100的结构简单化。结果，可在将充电泵电路100进行IC芯片化时减小外部管脚的个数，并且，能够提高制造电路的成品率并使制造成本降低。
而且，通过将输出电压Vout+和输出电压Vout-用作在驱动脉冲供给部108中所包括的缓冲元件56a、56b的电源，可在比以往更大的范围内改变缓冲元件56a、56b的输出电压，由此，可相对于在升压型充电泵电路部102和降压型充电泵电路部104中所包括的MOSFET30a～30c、40a～40c(开关元件)得到高的驱动能力(电流能力)。结果，可减小MOSFET30a～30c、40a～40c(开关元件)中的损失，来提高充电泵电路100的输出效率。
另外，在本实施方式中，用三级的开关元件串联电路构成升压型充电泵电路部102和降压型充电泵电路部104的每一个，但并不限定于此，也可以更改开关元件的级数。而且，虽然将升压型充电泵电路部102和降压型充电泵电路部104的最终级的输出用作在驱动脉冲供给部108中所包括的缓冲元件56a、56b的电源，但根据所需的驱动能力，也可使用升压型充电泵电路部102和降压型充电泵电路部104中间的充电电压。
而且，在本实施方式中，分别用升压型充电泵电路和降压型充电泵电路构成两个充电泵电路，但并不限定于此，也可以用两个升压型充电泵电路构成、或者用两个降压型充电泵电路构成。对于生成同极性且不同电位的两个电压的情况而言，如果两个电压的电位差大，则通过根据两个电压的每一个独立设置充电泵电路，由此，可减小包括升压型或降压型的充电泵电路的电源电路中的消耗功率。

Claims (3)

1、一种充电泵电路，其生成与基准电位不同的第一电压、和与所述基准电压以及所述第一电压不同的第二电压，具备：
第一充电泵电路部，其与电容器连接，包括多个开关元件而构成，用于生成所述第一电压；
第二充电泵电路部，其与电容器连接，包括多个开关元件而构成，用于生成所述第二电压；
包括缓冲元件的驱动脉冲供给部，所述缓冲元件与所述第一充电泵电路部和所述第二充电泵电路部所具备的所述开关元件连接，供给对所述开关元件进行驱动的驱动脉冲；和
充电脉冲供给部，其经由所述电容器与所述第一充电泵电路部和所述第二充电泵电路部连接，生成对所述电容器充电的时钟脉冲。
2、根据权利要求1所述的充电泵电路，其特征在于，
所述第一充电泵电路部是升压型充电泵电路，所述第二充电泵电路部是降压型充电泵电路，
所述第一电压被升压为比所述基准电压高的电压，所述第二电压被降压为比所述基准电压低的电压。
3、根据权利要求2所述的充电泵电路，其特征在于，
所述驱动脉冲供给部所包含的所述缓冲元件，将所述第一电压和所述第二电压作为电源，所述第一电压由所述第一充电泵电路部生成且高于基准电位，所述第二电压由所述第二充电泵电路部生成且低于基准电位。
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