JP2001067133A - 電源回路 - Google Patents

電源回路

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボルテージフォロワの出力段を構成する電源
回路において、出力電圧へのノイズ成分の除去能力を向
上し、容量性負荷の駆動能力を大きくすると共に、低消
費電力化も合わせて達成する。 【解決手段】 電源間に第1スイッチング素子Q11と
第2スイッチング素子Q12を設ける。入力電圧Vin
と出力電圧Voとを比較CP11し、この出力電圧Vo
が入力電圧Vinを上回るときに、第1スイッチング素
子Q11を導通させる。また、参照電圧Vrefと出力
電圧Voとを比較CP12し、この出力電圧Voが前記
参照電圧Vrefを下回るときに、前記第2スイッチン
グ素子Q12を導通させる。この差動増幅器CP12の
動作にヒステリシス特性を持たせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、設定された電圧を
インピーダンス変換して出力する電源回路、特に複数の
電圧を必要とする液晶表示装置に好適な電源回路に関す
る。
【0002】携帯電話やページャなどの携帯機器用の表
示装置として、液晶表示装置が使用されている。液晶表
示装置では、複数のバイアス電圧を用いてデューティ駆
動する図5に示すような駆動回路が用いられ、多くの表
示素子を駆動できるようにしている。
【0003】図5の液晶表示装置は、電源電圧Vddと
接地電圧Eとの間に、直列に接続された各々1MΩ程の
抵抗で分圧して複数のバイアス電圧を発生するバイアス
回路部51と、発生された各バイアス電圧をインピーダ
ンス変換して出力するためのボルテージフォロワ521
〜523を有するバッファ回路部52と、バッファ回路
部の出力電圧を表示データなどに応じて点灯すべき液晶
表示素子541の電極に選択して印加するための選択回
路部53と、複数の液晶表示素子541から表示パター
ンが形成される表示パネル部54から構成されている。
【0004】そして、複数のバイアス電圧によるデュー
ティ駆動を行うことにより、表示パネル部54上の多数
の液晶表示素子の電極間に印加された電圧が所定値以上
のもののみを点灯表示することができる。
【0005】このように構成された液晶表示装置では、
特に使用時間をできるだけ長くするために低消費電力化
と、負荷容量が大きい場合にも駆動波形の鈍化を防止し
表示品位を保つために容量性負荷を駆動する駆動力の向
上が必要である。
【0006】このため、従来、バッファ回路部のボルテ
ージフォロワの出力段を構成する電源回路として、図
6,図7のような回路が用いられている。
【0007】図6において、電源電圧Vddと接地電圧
E間に定電流源I61とNチャンネル形のMOSFET
Q61とが直列に接続され、その接続点から出力電圧V
oが出力される。また、差動増幅器CP61が設けら
れ、その反転入力端子−に入力電圧Vinが入力され、
非反転入力端子+に出力電圧Voが入力され、出力がM
OSFETQ61のゲートに印加される。
【0008】この図6の電源回路において、定電流源I
61から常時定電流i1が供給される一方、入力電圧V
inと出力電圧Voとが差動増幅器CP61で比較さ
れ、その比較結果でMOSFETQ61が導通制御され
ている。このため、出力電圧Voは入力電圧Vinに等
しくなるように制御されることになる。
【0009】ところで、液晶表示装置の駆動回路におい
ては、容量性負荷を種々の電圧値のバイアス電圧を組み
合わせて駆動することから、出力電圧Voが押し上げら
れたり、引き下げられたりする。いずれの原因にして
も、出力電圧Voが所定の値から変動することになる。
以後、この変動方向が正方向のものを正ノイズ(Hノイ
ズ)、変動方向が負方向のものを負ノイズ(Lノイズ)
とする。
【0010】さて、図6の電源回路では、Hノイズが発
生し出力電圧Voが上昇すると、差動増幅器CP61の
出力電圧によりMOSFETQ61が制御され、上昇し
た出力電圧Voを低下させ、出力電圧Voが入力電圧V
inになった時点で動作が停止する。従って、その上昇
した出力電圧Voを低下させる能力はMOSFETQ6
1のドライブ能力に依って定まることになる。
【0011】一方、Lノイズが発生し出力電圧Voが低
下すると、まず差動増幅器CP61の出力電圧によりM
OSFETQ61が制御される。そして、定電流源I6
1を通して定電流i1が注入され、時間の経過につれて
出力電圧Voが上昇していく。そして、出力電圧Voが
入力電圧Vinに等しくなったときに、差動増幅器CP
61の出力がハイレベルとなりMOSFETQ61が導
通して、常に出力電圧Voが入力電圧Vinに等しくな
るように制御される。従って、その低下した出力電圧V
oを上昇させる能力は定電流源I61のi1の大きさに
依って定まることになる。
【0012】そして、この出力電圧Voを入力電圧Vi
nに等しく保つために、MOSFETQ61は定電流源
I61のi1を定常的に流し続けることになる。
【0013】このように出力電圧のノイズ成分、特に負
ノイズ成分を低くするためには、定電流源I61のi1
を大きくする必要があるが、このことは液晶表示装置に
おける大きな目標である低消費電力化と相反する状態に
なる。
【0014】図7は、このような図6における問題を改
善する従来の電源回路であり、図6における定電流源I
61に並列に、Pチャンネル形MOSFETQ62と定
電流源I62の直列回路を設けたものである。その他の
構成、作用は図6におけると同様である。
【0015】図7で、出力電圧Voにノイズの乗りやす
いタイミング時に定期的に、MOSFETQ62のゲー
トにオン制御信号を与えて、MOSFETQ62を導通
させ、定電流源I62の定電流i2を定電流源I61の
定電流i1に重畳させる。これにより、特にLノイズ時
の対応能力を高めようとするものである。
【0016】しかし、MOSFETQ62の導通は、出
力電圧Voへのノイズ成分の有無に関わらず、定期的に
行われるものであるため、Lノイズ時の対応能力は多少
は改善されるものの、基本的な解決手段とはなり得ない
ものであった。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の電
源回路では、出力電圧のノイズ成分、特に負ノイズ成分
を低くするためには、定電流源の電流値を大きくする必
要があるが、このことは電源回路の低消費電力化と相反
する状態になってしまうと言う問題があった。
【0018】そこで、本発明は、ボルテージフォロワの
出力段を構成する電源回路において、出力電圧へのノイ
ズ成分の除去能力を向上し、容量性負荷の駆動能力を大
きくすると共に、低消費電力化も合わせて達成できる電
源回路を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】請求項1の電源回路は、
出力端子と第1電源E間に接続された第1スイッチング
素子Q11と、第2電源Vddと前記出力端子間に接続
された第2スイッチング素子Q12と、入力電圧Vin
と前記出力端子の出力電圧Voとを比較し、この出力電
圧Voが入力電圧Vinを上回るときに、前記第1スイ
ッチング素子Q11を導通させる第1比較器CP11
と、参照電圧Vrefと前記出力電圧Voとを比較し、
この出力電圧Voが前記参照電圧Vrefを下回るとき
に、前記第2スイッチング素子Q12を導通させる第2
比較器CP12とを備え、該第2比較器CP12の動作
にヒステリシス特性を持たせたことを特徴とする。
【0020】請求項1の電源回路によれば、出力電圧V
oを上昇させる時に第2スイッチング素子Q12を導通
させるから、従来の定電流型電源回路に比べて、負荷駆
動能力が著しく向上する。
【0021】また、第2スイッチング素子Q12を設
け、且つこの第2スイッチング素子Q12の導通/非導
通を制御する比較器CP12にヒステリシス特性を持た
せたことにより、ノイズ成分の除去能力を向上すること
ができると共に、出力電圧における歪み成分を極めて小
さくすることができる。
【0022】また、第1スイッチング素子Q11と第2
スイッチング素子Q12とをそれぞれ比較器CP11,
比較器CP12で同時に導通することがないように制御
することで、電源間の貫通電流が発生することはなく、
併せて負荷が容量性負荷の場合には消費電力はほとんど
無視できるから、低消費電力化が図られる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図1〜図4を参照して説明する。
【0024】図1は、本発明の実施例に係る電源回路を
示す図である。この図1において、電源電圧Vddと接
地電圧E間にPチャンネル形のMOSFETQ12とN
チャンネル形のMOSFETQ11が直列に接続され、
この接続点Aから出力電圧Voが出力される。このMO
SFETQ12が負荷に給電するスイッチとして機能
し、MOSFETQ11が吸収するためのスイッチとし
て機能する。そして、差動増幅器CP11の反転入力端
子−に入力電圧Vinが入力され、非反転入力端子+に
出力電圧Voが入力され、比較器として機能し、その出
力がMOSFETQ11のゲートに印加される。
【0025】また、差動増幅器CP12の反転入力端子
−には参照電圧Vref1あるいはVref2が入力さ
れ、非反転入力端子+には出力電圧Voが入力され、比
較器として機能し、その出力(C点電位)がMOSFE
TQ12のゲートに印加される。そして、電源電圧Vd
dと接地電圧E間との間に抵抗R11と抵抗R12が直
列接続され、抵抗R13とNチャンネル形MOSFET
Q13の直列回路が抵抗R12に並列接続されている。
したがって、参照電圧であるB点電位は、MOSFET
Q13の導通/非導通に応じて、参照電圧としてVre
f1あるいはVref2の2つの値のいずれかの値を取
る。
【0026】そして、このMOSFETQ13のゲート
には、C点電位、すなわち差動増幅器CP12の出力電
位が入力されるから、差動増幅器CP12は出力電圧V
oに関して、ヒステリシス特性を持つことになる。
【0027】さて、この図1の電源回路の動作を、図2
の特性図を参照しつつ説明する。まず、通常時の状態
は、出力電圧Voは入力電圧Vinとほぼ等しい電圧値
にあり、MOSFETQ12はオフ状態、MOSFET
Q11は不定(オンの場合もあるし、オフの場合もあり
得る)の状態にある。差動増幅器CP12の出力はHレ
ベルにあり、MOSFETQ13はオン状態で、B点電
位は低い電位の参照電圧Vref2となっている。
【0028】この電源回路の考え方を理解しやすくする
ために、これらの各電圧の関係を整理し、かつ仮定の具
体的電位を設定すると、次のようになる。 Vin(3.0V)=定常時のVo=Vref1>Vr
ef2(2.7V)
【0029】この通常時の状態から、出力電圧VoにL
ノイズが重畳される(t1)と、出力電圧Voは低下し
ていき、そのときの参照電圧Vref2まで低下する
と、差動増幅器CP12の動作状態が反転し、その出力
がLレベルになる。したがって、MOSFETQ12が
オフからオン状態になり、電源電圧Vddから負荷に電
流が供給され始める。また、この時、MOSFETQ1
3がオンからオフ状態になり、高い参照電圧Vref1
が差動増幅器CP12に供給される。
【0030】Lノイズのエネルギーが大きい場合には、
出力電圧Voは参照電圧Vref2を越えてさらに低下
し、時点t2で上昇に転じる。この時、高い参照電圧V
ref1となっているので、電源電圧VddからMOS
FETQ12を介して電流が供給され続け、出力電圧V
oが上昇を続ける。
【0031】そして、出力電圧Voが高い参照電圧Vr
ef1となった時点t3で、差動増幅器CP12の出力
がHレベルに反転し、MOSFETQ12がオフし、M
OSFETQ13がオンし、低い参照電圧Vref2と
なり、通常の動作状態に復帰する。
【0032】つまり、出力電圧Voに関して差動増幅器
CP12が、ヒステリシス動作を行っている。
【0033】次に、通常時の動作状態から、出力電圧V
oにHノイズが重畳される(t4)と、出力電圧Voは
上昇していく。この時、出力電圧Voが入力電圧Vin
を越えたときに、差動増幅器CP11の出力はHレベル
となるので、MOSFETQ11がオンしている。
【0034】Hノイズのエネルギーにより、出力電圧V
oは入力電圧Vinより高い電圧まで上昇し、時点t5
で降下に転じる。その後、出力電圧Voは降下を続け
て、入力電圧Vinと等しくなった時点t6で、MOS
FETQ11がオフして、定常状態に回復する。
【0035】本発明の実施例は、以上のように動作する
が、この実施例の1つの特徴である差動増幅器CP12
のヒステリシスの作用について、理解を明確にするため
に、ヒステリシスを有さない参考例について、図3及び
図4を用いて、説明する。
【0036】この参考例は、図1,図2の本発明の実施
例と比較して、参照電圧を高低の2値に切り替える点が
無いだけで、その他は同じである。
【0037】さて、この参考例において、出力電圧Vo
が入力電圧Vinにある通常の動作状態から、出力電圧
VoにLノイズが重畳される(t1)と、出力電圧Vo
は低下していき、参照電圧Vrefまで低下すると、差
動増幅器CP12の動作状態が反転し、その出力がLレ
ベルになる。したがって、MOSFETQ12がオフか
らオン状態になり、電源電圧Vddから負荷に電流が供
給され始める。
【0038】Lノイズのエネルギーにより、出力電圧V
oは参照電圧Vrefを越えてさらに低下し、時点t2
で上昇に転じる。
【0039】そして、出力電圧Voが参照電圧となった
時点t3で、差動増幅器CP12の出力がHレベルに反
転し、MOSFETQ12がオフする。従って、出力電
圧Voは定常動作状態より低い電圧Vrefに留まった
状態となる。
【0040】次に、この出力電圧Voが定常動作状態よ
り低い電圧Vrefに留まった状態から、出力電圧Vo
にHノイズが重畳される(t4)と、出力電圧Voは上
昇していく。そして、出力電圧Voが入力電圧Vinを
越えたときに、差動増幅器CP11の出力がHレベルと
なるので、MOSFETQ11がオンする。
【0041】Hノイズのエネルギーにより、出力電圧V
oは入力電圧Vinより高い電圧まで上昇し、時点t5
で降下に転じる。その後、出力電圧Voは降下を続け
て、入力電圧Vinと等しくなった時点t6で、MOS
FETQ11がオフして、定常状態に回復する。
【0042】このように、差動増幅器CP12の動作に
ヒステリシスを持たない参考例では、一旦Lノイズに見
舞われると、出力電圧Voは参照電圧Vrefまでしか
回復できない。図4の説明のようにHノイズがいつも到
来してくれる訳ではなく、ヒステリシスを持たない場合
には、どうしてもLノイズに依る歪み分(Vin−Vr
ef)が残ってしまうことになる。
【0043】この場合、参照電圧Vrefを入力電圧V
inに等しくする、あるいは近づけることが考えられる
かも知れないが、電圧の設定誤差や、構成素子の特性の
ばらつきなどのために、安定した動作を確保することが
難しく、MOSFETQ11とMOSFETQ12とが
同時に導通し、いわゆる貫通電流が電源間に流れること
にもなる。このようなことを避けるために、参照電圧V
refを入力電圧Vinより少し低い値に設定せざるを
得ないことになる。
【0044】本発明実施例の電源回路によれば、負荷に
給電したり、低下した出力電圧Voを上昇させる時にの
みMOSFETQ12をオン状態にするからそのインピ
ーダンスを極めて小さくすることができる。このため、
従来の定電流回路を用いた給電経路に比べて大きな電流
を流すことができるから、高容量性負荷等の負荷駆動能
力を高めることができる。
【0045】また、この給電側のMOSFETQ12の
オン・オフを制御する差動増幅器CP12にヒステリシ
ス特性を持たせているから、Hノイズ成分あるいはLノ
イズ成分のどちらのノイズに対しても、その除去能力を
向上することができる。そして、出力電圧Voを正負い
ずれの方向からでも所定の電圧(Vin)にセットする
ことができるので、出力電圧Voにおける歪み成分を極
めて小さくできる。
【0046】また、給電側のMOSFETQ12と吸収
側のMOSFETQ11とをそれぞれ差動増幅器CP1
1,差動増幅器CP12で同時に導通することがないよ
うに制御することで、電源間の貫通電流が発生すること
はない。また、併せて負荷が容量性負荷の場合には消費
電力はほとんど無視できる。したがって、電源回路の低
消費電力化が図られるし、回路装置のレイアウト寸法も
小さくすることができる。
【0047】
【発明の効果】本発明の電源回路によれば、出力電圧V
oを上昇させる時に第2スイッチング素子を導通させる
から、従来の定電流型電源回路に比べて、負荷駆動能力
が著しく向上する。
【0048】また、第2スイッチング素子の導通/非導
通を制御する比較器にヒステリシス特性を持たせたこと
により、ノイズ成分の除去能力を向上することができる
と共に、出力電圧における歪み成分を極めて小さくする
ことができる。
【0049】また、第1スイッチング素子と第2スイッ
チング素子とをそれぞれ比較器で同時に導通することが
ないように制御することで、電源間の貫通電流が発生す
ることはなく、併せて負荷が容量性負荷の場合には消費
電力はほとんど無視できるから、低消費電力化が図られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る電源回路を示す図。
【図2】本発明の実施例に係る電源回路の動作を説明す
る図。
【図3】本発明の参考例に係る電源回路を示す図。
【図4】本発明の参考例に係る電源回路の動作を説明す
る図。
【図5】一般的な液晶表示装置を示す図。
【図6】従来の電源回路を示す図。
【図7】従来の電源回路を示す図。
【符号の説明】
Q11、Q13 Nチャンネル形MOSFET Q12 Pチャンネル形MOSFET CP11、CP12 差動増幅器 Vo 出力電圧 Vin 入力電圧 Vref1,Vref2 参照電圧

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出力端子と第1電源間に接続された第1
    スイッチング素子と、 第2電源と前記出力端子間に接続された第2スイッチン
    グ素子と、 入力電圧と前記出力端子の出力電圧とを比較し、この出
    力電圧が入力電圧を上回るときに、前記第1スイッチン
    グ素子を導通させる第1比較器と、 参照電圧と前記出力電圧とを比較し、この出力電圧が前
    記参照電圧を下回るときに、前記第2スイッチング素子
    を導通させる第2比較器とを備え、 該第2比較器の動作にヒステリシス特性を持たせたこと
    を特徴とする電源回路。
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