JP2004040846A - Charge pumping circuit assembly - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイオード直列回路の各共通接続点に一端が接続される複数のコンデンサを充電させることで昇圧動作を行なうチャージポンプ回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3は、従来のチャージポンプ回路装置の一構成例を示すものである。ダイオード直列回路1は、5個のダイオード2a〜2eが順方向に直列接続されて構成され、そのアノード側には昇圧用の電源V1が接続されるようになっている。そして、5個のダイオード2a〜2eの各共通接続点には、4個のコンデンサ3a〜3dの一端が接続されている。コンデンサ3a,3cの他端は、昇圧制御回路4Aの出力端子5Aに共通に接続されており、コンデンサ3b,3dの他端は、昇圧制御回路4Bの出力端子5Bに共通に接続されている。
【0003】
昇圧制御回路4A,4Bは、以下のように構成されている。尚、両者の構成は対称であるから、以下では特に区別が必要な場合を除き符号A,Bを付さずに説明する。PNPトランジスタ6のエミッタは駆動用電源V2に接続されており、コレクタは、抵抗7及び8の直列回路を介してNPNトランジスタ9のコレクタに接続されている。尚、駆動用電源V2は昇圧用電源V1より生成され、
V2<V1の関係にある。
【0004】
抵抗7及び8の共通接続点は出力端子5に接続されている。トランジスタ9のエミッタはグランドに接続されており、ベースは、抵抗10を介して信号入力端子11に接続されており、外部より与えられる制御信号(1)を受けるようになっている。
【0005】
また、トランジスタ6のベースは、抵抗12を介して駆動用電源V2に接続されていると共に、抵抗13を介してNPNトランジスタ14のコレクタに接続されている。トランジスタ14のエミッタはグランドに接続されており、ベースは、抵抗15を介して信号入力端子16に接続され、外部より与えられる制御信号(2)を受けるようになっている。
【0006】
そして、昇圧制御回路4Bの抵抗15Bは、信号入力端子11に接続されており、昇圧制御回路4Bの抵抗10Bは、信号入力端子16に接続されている。外部の図示しない信号出力回路より信号入力端子11,16に印加される制御信号(1),(2)は、正相,逆相の関係にある矩形波信号となっている。
【0007】
次に、上記構成のチャージポンプ回路装置における昇圧動作について説明する。制御信号(1)がハイレベルの場合、制御信号(2)はロウレベルである。この時、昇圧制御回路4Aのトランジスタ14Aはオフ、トランジスタ9Aはオンとなるので、トランジスタ6もオフとなる。従って、出力端子5Aの電位は、低電位VPLとなる。逆に、制御信号(1)がロウレベルの場合、制御信号(2)はハイレベルであるから、昇圧制御回路4Aのトランジスタ14Aはオン、トランジスタ9Aはオフとなるので、トランジスタ6はオンとなる。従って、出力端子5Aの電位は、高電位VPHとなる。
【0008】
即ち、出力端子5Aの電位は、VPL,VPH,VPL,VPH,・・・に交互に変化し、与えられる制御信号(1),(2)が逆相関係となる出力端子5Bの電位は、VPH,VPL,VPH,VPL,・・・に交互に変化する。
【0009】
制御信号(1)がハイレベルの場合について考えると、出力端子5Aの電位が低電位VPLとなるので、コンデンサ3a,3cは充電される。この時コンデンサ3aに充電される電荷Q1は、コンデンサ3aの容量をC1,ダイオード2の順方向電圧をVfとすると、
Q1=C1(V1−Vf−VPL) ・・・(1)
となる。
【0010】
次に、制御信号(1)がロウレベルになると、出力端子5Aの電位は高電位VPHとなるので、理想的にはコンデンサ3aの充電電荷Q1は保持されるため、出力端子5Aの電位は(VPH−VPL)だけ上昇することになる。この時、ダイオード2aのカソード側の電位Vaは、
となる。
【0011】
この時、ダイオード2bのカソード側の電位Vbは、
Vb=Va−Vf ・・・(3)
である。また、昇圧制御回路4Bの出力端子5Bは低電位VPLとなるので、コンデンサ3bには、その容量をC2とすると、
の電荷が充電される。
【0012】
そして、次に制御信号のレベルが反転すると、出力端子5Bの電位は(VPH−VPL)だけ上昇するので、(2)式より
となる。
以上の動作を繰り返すことで、昇圧出力VCPは、(6)式のようになる。
VCP=Vd−Vf>Vc>Vb>Va>V1 ・・・(6)
【発明が解決しようとする課題】
ところで、昇圧制御回路4においてはPNPトランジスタ6とNPNトランジスタ9とのオンオフが交互に切替わるため、そのオンオフ切替わりのタイミングにおいて両者が同時にオン状態になる期間があると、電源V2よりグランドに貫通電流が流れてしまう。一般に、PNPトランジスタの動作はNPNトランジスタよりも遅いため、両者が同時にオンする期間は発生し易くなる。
【0013】
即ち、制御信号(1),(2)は互いに位相が180度異なる正相,逆相の矩形波信号であり、理想的にはトランジスタ6と9とが制御信号(1),(2)に同期して一方だけがオンとなる動作を交互に繰り返すはずである。しかしながら、実際のトランジスタでは、矩形波信号の変化速度に比較してターンオン,ターンオフするのに時間を要する。
【0014】
そして、図4(b)に示すPNPトランジスタ6の動作速度が図4(a)に示すNPNトランジスタ9の動作速度よりも遅くなっていることで、両者が同時にオンしている期間がより長く発生しており、その結果、図4(c)に示す貫通電流が多く流れてしまうことになる。尚、昇圧制御回路4A,4Bの動作は逆相となる関係にあるので、両者を流れる貫通電流の合計は略一定となる。
【0015】
また、上記のようなチャージポンプ回路装置は、例えばEEPROMの内部で書込み電圧を得る場合などにICとして構成される場合が多いが、プロセスの制約からPNPトランジスタ6をラテラル型で形成せざるを得ない場合は、動作速度が遅くなる傾向が顕著となる。貫通電流の発生は電力消費の増加につながるため、極力抑制することが好ましい。
【0016】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、貫通電流の発生を極力抑制することが可能なチャージポンプ回路装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明のチャージポンプ回路装置によれば、昇圧制御回路の第2NPNトランジスタがオンとなることで、PNPトランジスタにベース電流が流れてオン状態となる場合、PNPトランジスタのベースとコレクタは、第1及び第2ダイオードの作用によって電位が等しくなる。即ち、PNPトランジスタのコレクタ電位VCは、エミッタ電位をVE,エミッタ−コレクタ間電圧をVECとすると、
VC=VE−VEC ・・・(7)
であるから、ダイオードの順方向電圧をVFとすると、ベース電位VBは、
VB=VE−VEC−VF+VF=VC ・・・(8)
となっている。
【0018】
即ち、PNPトランジスタのベース電位VBは、実質的にエミッタ電位VEからエミッタ−コレクタ間電圧VECだけしか低下していないので、飽和領域に至ることなく活性領域でオンしている状態となる。よって、その状態から第2NPNトランジスタがオフとなることでPNPトランジスタもオフとなる場合は、飽和領域でオンしている場合に比較してより短い時間でターンオフするようになる。その結果、第1NPNトランジスタとPNPトランジスタのオンオフが切替わる場合に両者が同時にオンする期間が短くなり、貫通電流が流れることを極力抑制して消費電力の増加を防止することができるようになる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図1及び図2を参照して説明する。尚、図3と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。本実施例では、図3に示すチャージポンプ回路装置における昇圧制御回路4A,4Bに、ダイオード(第1ダイオード)21A及び21B,ダイオード(第2ダイオード)22A及び22Bを加えて昇圧制御回路23A,23Bを構成したものである。
【0020】
即ち、ダイオード21は、昇圧制御回路23におけるPNPトランジスタ6のベースと抵抗13との間に順方向で挿入されており、ダイオード22は、PNPトランジスタ6のコレクタと、ダイオード21のカソードとの間に接続されている。
【0021】
次に、本実施例の作用について図2をも参照して説明する。トランジスタ10(第2NPNトランジスタ)がオンとなることで、トランジスタ6にベース電流が流れてオン状態となる場合、トランジスタ6のベースとコレクタは、ダイオード21及び22の作用によって電位が等しくなる。即ち、トランジスタ6のコレクタ電位VCは、エミッタ電位をVE,エミッタ−コレクタ間電圧をVECとすると(7)式で表され、ダイオードの順方向電圧をVFとすると、ベース電位VBは、(8)式で表される。
【0022】
即ち、トランジスタ6のベース電位VBは、実質的にエミッタ電位VEからエミッタ−コレクタ間電圧VECだけしか低下していないので、飽和領域に至ることなく活性領域でオンしている状態となる。よって、その状態からトランジスタ10がオフとなることでトランジスタ6もオフとなる場合は、飽和領域でオンしている場合に比較してより短い時間でターンオフするようになる(図2(b)参照)。その結果、トランジスタ9(第1NPNトランジスタ)とトランジスタ6のオンオフが切替わる場合に両者が同時にオンする期間が短くなり(図2(c)参照)、貫通電流が流れることは極力抑制される。
【0023】
以上のように本実施例によれば、ダイオード直列回路1の各共通接続点に一端が接続される複数のコンデンサ3a〜3dを備え、これらのコンデンサ3を充電することで昇圧動作を行なうチャージポンプ回路装置の昇圧制御回路23を、PNPトランジスタ6のベースとNPNトランジスタ14のコレクタ側との間に順方向接続されるダイオード21と、PNPトランジスタ6のコレクタとNPNトランジスタ7のコレクタ側との間に順方向接続されるダイオード22を備えて構成した。
【0024】
従って、これらのダイオード21及び22の作用により、PNPトランジスタ6は、飽和領域に至ることなく活性領域でオンしている状態となり、オフとなる場合は飽和領域でオンしている場合に比較してより短い時間でターンオフするようになる。その結果、NPNトランジスタ7とPNPトランジスタ6のオンオフが切替わる場合に両者が同時にオンする期間が短くなり、貫通電流が流れることを極力抑制して消費電力の増加を防止することができるようになる。
【0025】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
電源V1,V2を同一の電源としても良い。
昇圧用コンデンサの個数は4個に限ることなく、例えば2個でもよく、また8個以上であっても良い。そして、ダイオード直列回路の直列数もコンデンサの数に応じて適宜設定すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であり、チャージポンプ回路装置の電気的構成を示す図
【図2】PNPトランジスタとNPNトランジスタのオンオフタイミングと、両者を介して流れる貫通電流の波形とを示す図
【図3】従来技術を示す図1相当図
【図4】図2相当図
【符号の説明】
1はダイオード直列回路、2はダイオード、3はコンデンサ、6はPNPトランジスタ、9はNPNトランジスタ(第1NPNトランジスタ)、10はNPNトランジスタ(第2NPNトランジスタ)、21はダイオード(第1ダイオード)、22はダイオード(第2ダイオード)、23は昇圧制御回路を示す。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a charge pump circuit device that performs a boosting operation by charging a plurality of capacitors having one ends connected to respective common connection points of a diode series circuit.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows a configuration example of a conventional charge pump circuit device. The diode series circuit 1 is configured by connecting five diodes 2a to 2e in series in a forward direction, and a boosting power supply V1 is connected to the anode side. One end of each of the four
[0003]
The
V2 <V1.
[0004]
The common connection point of the resistors 7 and 8 is connected to the output terminal 5. The emitter of the transistor 9 is connected to the ground, the base is connected to the
[0005]
The base of the
[0006]
The
[0007]
Next, a boosting operation in the charge pump circuit device having the above configuration will be described. When the control signal (1) is at a high level, the control signal (2) is at a low level. At this time, the
[0008]
That is, the potential of the
[0009]
Considering the case where the control signal (1) is at the high level, the potential of the
Q1 = C1 (V1-Vf-VPL) (1)
It becomes.
[0010]
Next, when the control signal (1) becomes low level, the potential of the
It becomes.
[0011]
At this time, the potential Vb on the cathode side of the
Vb = Va-Vf (3)
It is. Since the
Is charged.
[0012]
Then, when the level of the control signal is inverted next, the potential of the
It becomes.
By repeating the above operation, the boosted output VCP becomes as shown in equation (6).
VCP = Vd-Vf>Vc>Vb>Va> V1 (6)
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the step-up control circuit 4, the
[0013]
That is, the control signals (1) and (2) are positive-phase and negative-phase rectangular wave signals whose phases are different from each other by 180 degrees. Ideally, the
[0014]
Since the operation speed of the
[0015]
In addition, the above-described charge pump circuit device is often configured as an IC when, for example, a write voltage is obtained inside an EEPROM. However, due to process restrictions, the
[0016]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a charge pump circuit device capable of minimizing generation of a through current.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
According to the charge pump circuit device of the present invention, when the base current flows through the PNP transistor by turning on the second NPN transistor of the boost control circuit and the PNP transistor is turned on, the base and the collector of the PNP transistor are the first and the collector. The potentials are equalized by the action of the second diode. That is, assuming that the collector potential VC of the PNP transistor is VE for the emitter potential and VEC for the emitter-collector voltage,
VC = VE−VEC (7)
Therefore, assuming that the forward voltage of the diode is VF, the base potential VB is
VB = VE-VEC-VF + VF = VC (8)
It has become.
[0018]
That is, since the base potential VB of the PNP transistor is substantially reduced only by the emitter-collector voltage VEC from the emitter potential VE, the PNP transistor is turned on in the active region without reaching the saturation region. Therefore, when the second NPN transistor is turned off from that state and the PNP transistor is also turned off, the transistor is turned off in a shorter time than when it is turned on in the saturation region. As a result, when the first NPN transistor and the PNP transistor are switched on and off, the period during which both are turned on at the same time is shortened, and the flow of through current is suppressed as much as possible, thereby preventing an increase in power consumption.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and only different parts will be described below. In the present embodiment, diodes (first diodes) 21A and 21B and diodes (second diodes) 22A and 22B are added to the step-up
[0020]
That is, the diode 21 is inserted between the base of the
[0021]
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. When the base current flows to the
[0022]
That is, since the base potential VB of the
[0023]
As described above, according to the present embodiment, the charge pump that includes the plurality of
[0024]
Therefore, by the action of these diodes 21 and 22, the
[0025]
The present invention is not limited to the embodiment described above and illustrated in the drawings, and the following modifications or extensions are possible.
The power supplies V1 and V2 may be the same power supply.
The number of boosting capacitors is not limited to four, but may be, for example, two, or may be eight or more. Then, the series number of the diode series circuit may be appropriately set according to the number of capacitors.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an embodiment of the present invention, showing an electrical configuration of a charge pump circuit device. FIG. 2 shows ON / OFF timings of a PNP transistor and an NPN transistor, and a waveform of a through current flowing through both of them. FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing the prior art. FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG.
1 is a diode series circuit, 2 is a diode, 3 is a capacitor, 6 is a PNP transistor, 9 is an NPN transistor (first NPN transistor), 10 is an NPN transistor (second NPN transistor), 21 is a diode (first diode), and 22 is Diodes (second diodes) and 23 indicate a boost control circuit.
Claims (1)
このダイオード直列回路の各共通接続点に一端が接続される複数のコンデンサと、
前記コンデンサの他端に接続される出力端子を低電位と高電位とに交互に変化させることで、当該コンデンサを充電させて昇圧動作を行なう昇圧制御回路とを備えてなるチャージポンプ回路装置において、
前記昇圧制御回路は、
エミッタが電源側に接続され、オン状態になると前記出力端子を高電位にするPNPトランジスタと、
このPNPトランジスタのコレクタ側とグランドとの間に接続され、当該PNPトランジスタがオフ状態となる期間にオン状態になることで前記出力端子を低電位にする第1NPNトランジスタと、
前記PNPトランジスタのベース側とグランドとの間に接続され、自身がオン状態になることで、当該PNPトランジスタをオン状態にする第2NPNトランジスタと、
前記PNPトランジスタのベースと前記第2NPNトランジスタのコレクタ側との間に順方向接続される第1ダイオードと、
前記PNPトランジスタのコレクタと前記第2NPNトランジスタのコレクタ側との間に順方向接続される第2ダイオードとで構成されることを特徴とするチャージポンプ回路装置。A diode series circuit in which a plurality of diodes are connected in series, a boosting power supply is connected to the anode side and a boosted output is obtained on the cathode side;
A plurality of capacitors having one end connected to each common connection point of the diode series circuit;
A charge pump circuit device comprising: a boost control circuit that charges the capacitor to perform a boost operation by alternately changing an output terminal connected to the other end of the capacitor to a low potential and a high potential.
The boost control circuit includes:
A PNP transistor having an emitter connected to the power supply side and setting the output terminal to a high potential when turned on;
A first NPN transistor that is connected between the collector side of the PNP transistor and the ground and that is turned on during a period in which the PNP transistor is turned off, thereby setting the output terminal to a low potential;
A second NPN transistor that is connected between the base side of the PNP transistor and the ground and turns on when the transistor itself turns on;
A first diode connected in a forward direction between a base of the PNP transistor and a collector of the second NPN transistor;
A charge pump circuit device comprising a second diode connected in a forward direction between a collector of the PNP transistor and a collector of the second NPN transistor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002190368A JP2004040846A (en) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | Charge pumping circuit assembly |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JP2004040846A true JP2004040846A (en) | 2004-02-05 |
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Country | Link |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7474304B2 (en) | 2004-10-01 | 2009-01-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Driving voltage generating circuit and display device including the same |
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2002
- 2002-06-28 JP JP2002190368A patent/JP2004040846A/en active Pending
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