JP2005312169A - Voltage-inverting charge pump circuit - Google Patents

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Hiroaki Ando
弘明 安藤
Daisuke Uchimoto
大介 内本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize an output voltage, in a voltage-inverting charge pump circuit. <P>SOLUTION: A voltage regulating circuit 10 detects the output voltage Vout, compares the output of voltage Vout with a reference voltage Vref, and feeds back the gate terminal of a voltage control element MOSFET 14 so as to satisfy the relation determined by resistors R1, R2. The MOSFET 14 is controlled at a voltage Vgs between its gate and its source by a gate voltage. A charge transfer speed between the charging capacitor C1 and an output capacitor C2 is controlled by changing a channel resistance so as to stabilize the output voltage Vout. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電圧反転型チャージポンプ回路に係り、特に出力電圧を安定化するレギュレーション機能を備えた電圧反転型チャージポンプ回路に関する。   The present invention relates to a voltage inverting charge pump circuit, and more particularly to a voltage inverting charge pump circuit having a regulation function for stabilizing an output voltage.

携帯電話、PHS(Personal Handy Phone)、PDA(Personal Digital Assistance)等に代表される小型情報端末においては、内部で使用されるデバイスにおいて負電源を必要とするものが数多く存在する。しかしながら、携帯電話をはじめとする多くの小型情報端末機器では、電圧源として、出力電圧が3.2〜4.2V程度の正電圧を出力するLiイオン電池が用いられており、負電源を有していない。そこで、電圧反転型のDC/DCコンバータによって負電圧を生成し、前記負電源を必要とするデバイスを駆動している。   In a small information terminal represented by a mobile phone, a PHS (Personal Handy Phone), a PDA (Personal Digital Assistance) and the like, there are many devices that require a negative power source in an internally used device. However, many small information terminal devices such as mobile phones use a Li-ion battery that outputs a positive voltage with an output voltage of about 3.2 to 4.2 V as a voltage source, and has a negative power source. Not done. Therefore, a negative voltage is generated by a voltage inversion type DC / DC converter to drive a device that requires the negative power source.

このような負電圧を生成するための技術として、特許文献1に開示されるように、充電コンデンサと出力コンデンサ間で電荷の転送を繰り返す、電圧反転型のチャージポンプ回路が広く用いられている。
特開2001−258241号公報
As a technique for generating such a negative voltage, as disclosed in Patent Document 1, a voltage inversion type charge pump circuit that repeats charge transfer between a charging capacitor and an output capacitor is widely used.
JP 2001-258241 A

しかしながら、このような電圧反転型チャージポンプ回路は、接続される負荷の状態や、入力電圧によって、その出力電圧が変動するため、安定した電圧供給が求められる用途にそのまま用いることはできない場合がある。   However, such a voltage inverting charge pump circuit may not be used as it is for applications requiring stable voltage supply because its output voltage varies depending on the state of the connected load and the input voltage. .

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数を増やすことなく安定した負電圧が生成可能な電圧反転型チャージポンプ回路の提供にある。   The present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a voltage inversion type charge pump circuit capable of generating a stable negative voltage without increasing the number of components.

本発明のある態様は、容量の一端に固定電圧、すなわち接地電位より高い入力電圧を印加するとともに他端に固定電圧を印加する第1期間と、一端に固定電位を印加するとともに他端を負荷に接続する第2期間とを交互に繰り返すことにより、負荷に固定電位よりも低い電圧を出力する反転型のチャージポンプ回路であって、固定電圧の電源と前記一端の間、固定電圧の電源と前記他端の間、入力電圧の電源と前記一端の間、または負荷と前記他端の間のいずれかに電圧制御用の素子を間挿するとともに、この素子を制御して負荷に印加される電圧を制御する回路を設けたことを特徴とする。   In one aspect of the present invention, a fixed voltage, that is, an input voltage higher than the ground potential is applied to one end of the capacitor and a fixed voltage is applied to the other end, a fixed potential is applied to one end and the other end is loaded. And an inversion type charge pump circuit that outputs a voltage lower than a fixed potential to a load by alternately repeating a second period connected to the power supply, and a fixed voltage power supply between the fixed voltage power supply and the one end A voltage control element is inserted between the other end, an input voltage power source and the one end, or between a load and the other end, and this element is controlled and applied to the load. A circuit for controlling the voltage is provided.

この態様によれば、出力電圧をフィードバックして電圧制御用の素子を制御することにより、充放電の経路の抵抗値を変化させ、出力電圧を所望の電圧に安定化することが可能となる。   According to this aspect, by controlling the voltage control element by feeding back the output voltage, the resistance value of the charging / discharging path can be changed, and the output voltage can be stabilized to a desired voltage.

電圧制御用の素子としてMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用いた場合、デバイス内部に存在する寄生バイポーラトランジスタ、寄生サイリスタが外部からの入力や雑音によってオンすることにより定常的に電流が流れ続け、デバイス破壊を起こすラッチアップが問題となる。このラッチアップは、デバイスの入出力端子に高い電圧や、負の電圧が入力された場合に起こりやすく、特に本発明のように回路内に負電圧で動作する領域が存在する場合には特に注意を有する。従って、上記の形態のように、電圧制御用の素子を、固定電圧よりも高い電圧の範囲で動作する経路に設けることによって、MOSFETのラッチアップの危険性を大幅に低減することができる。   When a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Effect Transistor) is used as a voltage control element, a constant current continues to flow when a parasitic bipolar transistor and a parasitic thyristor existing inside the device are turned on by external input and noise. Latch-up that causes device destruction becomes a problem. This latch-up is likely to occur when a high voltage or a negative voltage is input to the input / output terminals of the device, especially when there is a region that operates with a negative voltage in the circuit as in the present invention. Have Accordingly, by providing the voltage control element in a path that operates in a voltage range higher than the fixed voltage as in the above embodiment, the risk of MOSFET latch-up can be greatly reduced.

また、電圧制御用の素子を第2期間において前記容量と接続される経路に設けた場合には、電圧制御用の素子としてMOSFETを用いた場合のラッチアップの防止に加えて、負荷応答の良い出力電圧の安定化を実現できる。   Further, when the voltage control element is provided in the path connected to the capacitor in the second period, the load response is good in addition to the latch-up prevention when the MOSFET is used as the voltage control element. The output voltage can be stabilized.

本発明の別の態様は、第1スイッチを介して容量の一端に固定電圧より高い入力電圧を印加するとともに第2スイッチを介して他端に固定電圧を印加する第1期間と、第3スイッチを介して前記一端に固定電位を印加するとともに第4スイッチを介して前記他端を負荷に接続する第2期間とを交互に繰り返すことにより、負荷に固定電位よりも低い電圧を印加する反転型のチャージポンプ回路であって、第1スイッチから第4スイッチのいずれかのオンの程度を制御することにより、負荷に印加される電圧を制御する回路を設けたことを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a first period in which an input voltage higher than a fixed voltage is applied to one end of a capacitor via a first switch and a fixed voltage is applied to the other end via a second switch; An inversion type in which a fixed potential is applied to the one end via a switch and a second period in which the other end is connected to a load via a fourth switch is alternately repeated to apply a voltage lower than the fixed potential to the load. The charge pump circuit is provided with a circuit for controlling the voltage applied to the load by controlling the degree of ON of any of the first switch to the fourth switch.

この態様によれば、出力電圧をフィードバックし、第1スイッチ乃至第4スイッチの抵抗値を制御することにより、充放電の経路の抵抗値を変化させ、出力電圧を所望の電圧に安定化することが可能となる。特に、電圧を制御する回路によって第3スイッチのオンの程度を制御した場合には、応答性の良いレギュレーション機能が得られ、出力電圧の安定化を図ることができる。   According to this aspect, by feeding back the output voltage and controlling the resistance values of the first switch to the fourth switch, the resistance value of the charging / discharging path is changed, and the output voltage is stabilized to a desired voltage. Is possible. In particular, when the degree of ON of the third switch is controlled by a circuit for controlling the voltage, a regulation function with good responsiveness can be obtained and the output voltage can be stabilized.

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a representation of the present invention converted between a method, an apparatus, a system, etc. are also effective as an aspect of the present invention.

本発明に係る電圧反転型チャージポンプ回路により、接続される負荷、入力電圧の変動をフィードバックによってレギュレートし、安定した負の出力電圧を供給することができる。   The voltage inverting charge pump circuit according to the present invention can regulate fluctuations of connected load and input voltage by feedback, and can supply a stable negative output voltage.

本発明の実施の形態の説明の前に、電圧反転型チャージポンプ回路の出力電圧の安定化のために、図3に示すように電圧反転型チャージポンプ回路の出力にレギュレータをシリーズに接続する場合について考察する。このような回路構成とした場合は以下の点で問題がある。通常、外部に必要な外付け部品として、チャージポンプ回路42で使用される充電コンデンサC1,出力コンデンサC2がある。しかしながら、チャージポンプ回路の出力にシリーズにレギュレータを接続した場合、多くの用途において前記2つのコンデンサに加え、新たに出力平滑用のコンデンサC3が必要とされる場合が多く、部品点数、実装面積の面で不利である。   Before explaining the embodiment of the present invention, in order to stabilize the output voltage of the voltage inverting charge pump circuit, a regulator is connected in series to the output of the voltage inverting charge pump circuit as shown in FIG. Consider. Such a circuit configuration has the following problems. Usually, externally required external components include a charging capacitor C1 and an output capacitor C2 used in the charge pump circuit 42. However, when a regulator is connected in series to the output of the charge pump circuit, in many applications, in addition to the two capacitors, a new output smoothing capacitor C3 is often required. It is disadvantageous in terms.

このような問題は、特に省スペース化が求められる小型情報端末においては商品力に直接結びつく重要な問題となるため、これらの問題を解決した電圧反転型チャージポンプ回路を考える必要がある。以下に説明する2つの実施の形態は、出力電圧を安定化するという課題に加えて、これらの2次的な課題をも解決するものである。   Such a problem becomes an important problem directly related to the product power especially in a small information terminal that requires space saving. Therefore, it is necessary to consider a voltage inversion type charge pump circuit that solves these problems. The two embodiments described below solve these secondary problems in addition to the problem of stabilizing the output voltage.

本発明の第1の実施の形態について、図1を用いて説明する。本発明の第1の実施の形態にかかる電圧反転型チャージポンプ回路100は、充電コンデンサC1、出力コンデンサC2と、第1〜第4の4つのスイッチSW1〜SW4および電圧レギュレーション回路10とを備える。第1スイッチSW1〜第4スイッチSW4および充電コンデンサC1,出力コンデンサC2は、入力電圧Vinの極性を反転し、Vout=−Vinとして出力する、いわゆる電圧反転型チャージポンプ回路を構成する。第1スイッチSW1および第2スイッチSW2は、それぞれ充電コンデンサC1の両端に接続され、第1スイッチSW1が入力電圧側に、第2スイッチSW2が固定電圧、本実施の形態では接地電位に接続されている。これらのスイッチがオンされると、充電コンデンサC1の両端に電圧Vinが加わり充電される。第3スイッチSW3は、その一端が、充電コンデンサC1の第1スイッチSW1側に接続され、他端が電圧レギュレーション回路10の電圧制御素子たるMOSFET14のドレイン端子に接続されている。第4スイッチは、オン、オフによって充電コンデンサC1と出力コンデンサC2を接続、遮断するために、両コンデンサの間に挿入されている。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The voltage inverting charge pump circuit 100 according to the first embodiment of the present invention includes a charging capacitor C1, an output capacitor C2, first to fourth switches SW1 to SW4, and a voltage regulation circuit 10. The first switch SW1 to the fourth switch SW4, the charging capacitor C1, and the output capacitor C2 constitute a so-called voltage inversion type charge pump circuit that inverts the polarity of the input voltage Vin and outputs it as Vout = −Vin. The first switch SW1 and the second switch SW2 are respectively connected to both ends of the charging capacitor C1, the first switch SW1 is connected to the input voltage side, the second switch SW2 is connected to the fixed voltage, and in this embodiment, the ground potential. Yes. When these switches are turned on, the voltage Vin is applied to both ends of the charging capacitor C1 to be charged. The third switch SW3 has one end connected to the first switch SW1 side of the charging capacitor C1 and the other end connected to the drain terminal of the MOSFET 14 that is a voltage control element of the voltage regulation circuit 10. The fourth switch is inserted between both capacitors in order to connect and disconnect the charging capacitor C1 and the output capacitor C2 by turning on and off.

電圧レギュレーション回路10は、出力電圧Voutと基準電圧Vrefを比較することで、出力電圧Voutの安定化を行う回路であり、抵抗R1,R2および演算増幅器12およびNchのMOSFET14とを備える。抵抗R1は、その一端に基準電圧Vrefが入力され、他端が演算増幅器12の非反転入力端子に接続されている。抵抗R2は、その一端に出力電圧Voutが入力され、他端は演算増幅器12の非反転入力端子に接続される。演算増幅器12の反転入力端子は接地されており、演算増幅器12の出力端子は、電圧制御素子であるNchのMOSFET14のゲート端子に接続されている。このMOSFET14は、第3スイッチSW3と、接地電位間に挿入されており、第3スイッチSW3がオンしたときの出力コンデンサC2の充放電経路に存在することになる。従って、このMOSFET14は、そのゲート電圧を制御することによって、出力コンデンサC2の電荷量を調整することができ、結果として出力電圧Voutを制御する機能を有する。   The voltage regulation circuit 10 is a circuit that stabilizes the output voltage Vout by comparing the output voltage Vout and the reference voltage Vref, and includes resistors R1 and R2, an operational amplifier 12, and an Nch MOSFET 14. The resistor R1 has one end input with the reference voltage Vref and the other end connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 12. The resistor R2 has one end that receives the output voltage Vout and the other end that is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 12. The inverting input terminal of the operational amplifier 12 is grounded, and the output terminal of the operational amplifier 12 is connected to the gate terminal of the Nch MOSFET 14 which is a voltage control element. The MOSFET 14 is inserted between the third switch SW3 and the ground potential, and exists in the charge / discharge path of the output capacitor C2 when the third switch SW3 is turned on. Therefore, the MOSFET 14 can adjust the charge amount of the output capacitor C2 by controlling the gate voltage, and has a function of controlling the output voltage Vout as a result.

このように構成されたレギュレーション機能を有する電圧反転型チャージポンプ回路100の動作について以下説明する。第1期間においては、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2がオンし、第3スイッチSW3および第4スイッチSW4はオフしている。この期間において、充電コンデンサC1は入力電圧Vinに充電される。一方、この間に出力コンデンサC2は、充電コンデンサC1と切り離されており、負荷回路16に電力が供給されるとその出力電圧Voutは所望の電圧から徐々に上昇する。   The operation of the voltage inverting charge pump circuit 100 having the regulation function configured as described above will be described below. In the first period, the first switch SW1 and the second switch SW2 are turned on, and the third switch SW3 and the fourth switch SW4 are turned off. During this period, the charging capacitor C1 is charged to the input voltage Vin. On the other hand, the output capacitor C2 is disconnected from the charging capacitor C1 during this period, and when power is supplied to the load circuit 16, the output voltage Vout gradually rises from a desired voltage.

そこで、第2期間においては、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2がオフし、第3スイッチSW3および第4スイッチSW4はオンさせる。この期間において、充電コンデンサC1に蓄えられた電荷は、第4スイッチSW4を介して出力コンデンサC2に電荷転送され、負荷回路16に電力供給することにより上昇した出力電圧Voutを再び所望の出力電圧になるまで充電する。   Therefore, in the second period, the first switch SW1 and the second switch SW2 are turned off, and the third switch SW3 and the fourth switch SW4 are turned on. During this period, the charge stored in the charging capacitor C1 is transferred to the output capacitor C2 via the fourth switch SW4, and the output voltage Vout that has risen by supplying power to the load circuit 16 is changed to the desired output voltage again. Charge until

電圧反転型チャージポンプ回路は、この第1期間と第2期間を交互に繰り返すことによって、常に出力コンデンサC2に電荷を供給し続け、出力電圧Voutとして負の電圧を得ることができる。いま、負荷回路16が一定で、入力電圧Vinも一定の場合には、上記第1期間、第2期間を繰り返すことにより定常状態で一定の負電圧を出力することが可能となるが、いずれかが変化すると、その出力電圧Voutは変動してしまう。   By alternately repeating the first period and the second period, the voltage inversion type charge pump circuit can continuously supply charges to the output capacitor C2 and obtain a negative voltage as the output voltage Vout. If the load circuit 16 is constant and the input voltage Vin is also constant, it is possible to output a constant negative voltage in a steady state by repeating the first period and the second period. Changes, the output voltage Vout fluctuates.

そこで、電圧レギュレーション回路10は、出力電圧Voutをモニタし、基準電圧Vrefとの間に、以下の関係が成り立つように電圧制御素子であるMOSFET14のゲート端子に帰還をかけている。   Therefore, the voltage regulation circuit 10 monitors the output voltage Vout and applies feedback to the gate terminal of the MOSFET 14 that is a voltage control element so that the following relationship is established with the reference voltage Vref.

(数1)
Vout = −R2/R1×Vref
電圧制御素子であるMOSFET14のゲート電圧に帰還をかけることで、MOSFET14のゲートソース間電圧Vgsが変化し、チャネル抵抗が制御される。このMOSFET14のチャネル抵抗によって、第2期間において充電コンデンサC1と出力コンデンサC2との間の電荷転送を制御することができ、帰還によって常に出力電圧Voutを所望で電圧に安定化することができる。
(Equation 1)
Vout = −R2 / R1 × Vref
By applying feedback to the gate voltage of the MOSFET 14 which is a voltage control element, the gate-source voltage Vgs of the MOSFET 14 changes and the channel resistance is controlled. The channel resistance of the MOSFET 14 can control charge transfer between the charging capacitor C1 and the output capacitor C2 in the second period, and the output voltage Vout can always be stabilized to a desired voltage by feedback.

このように第1の実施の形態によれば、チャージポンプ回路内にレギュレーション機能を持たせることによって、外部に部品を増やすことなく安定した出力電圧を得ることができる。すなわち、図3に示した回路で必要とされたコンデンサC3は、第1の実施の形態では、出力コンデンサC2がその役割を兼ねるため、部品点数を1点減らすことが可能である。また、負電圧を出力するチャージポンプ回路においては、電圧制御用素子として使用するMOSFET14のラッチアップに注意を払う必要であるところ、本実施の形態においては、第3スイッチSW3と固定電圧間の電位は常に正電圧である。従って、電圧制御素子のMOSFET14およびスイッチに、比較的ラッチアップに弱いデバイスを用いる場合においても、ラッチアップの可能性が大幅に低減され、特に有効である。さらに、MOSFET14を、第3スイッチSW3と固定電圧間に挿入することで、放電側のスイッチを制御することになるので速い負荷応答性を得ることができ、出力電圧Voutのリップルやオーバーシュートを低減することが可能となる。   Thus, according to the first embodiment, by providing the regulation function in the charge pump circuit, it is possible to obtain a stable output voltage without increasing the number of components outside. That is, the capacitor C3 required in the circuit shown in FIG. 3 can reduce the number of parts by one because the output capacitor C2 also plays a role in the first embodiment. In the charge pump circuit that outputs a negative voltage, attention must be paid to the latch-up of the MOSFET 14 used as the voltage control element. In the present embodiment, the potential between the third switch SW3 and the fixed voltage is used. Is always a positive voltage. Therefore, even when a device that is relatively weak in latch-up is used for the MOSFET 14 and the switch of the voltage control element, the possibility of latch-up is greatly reduced, which is particularly effective. Furthermore, by inserting the MOSFET 14 between the third switch SW3 and the fixed voltage, the switch on the discharge side is controlled, so that a fast load response can be obtained and the ripple and overshoot of the output voltage Vout are reduced. It becomes possible to do.

本実施の形態では、電圧制御用素子であるMOSFET14を第3スイッチSW3と固定電圧間に挿入した場合について説明したが、第1スイッチSW1と充電コンデンサC1間、第1スイッチSW1と入力端子Vin間に挿入してもよい。この場合においても、MOSFET14は常に正電圧で動作するため、ラッチアップの可能性を低減しつつ出力電圧を安定化できる。MOSFET14は、第4スイッチSW4と充電コンデンサC1間、第4スイッチSW4と出力コンデンサC2間に挿入しても良く、このとき、第1の実施の形態と同様に、放電経路を制御することになるので、速い負荷応答性を得ることができる。また、MOSFET14は、その他いずれのスイッチに接続しても良く、第2スイッチSW2のいずれかの端子や、他のスイッチ間に接続しても、出力電圧を安定化することができる。   In the present embodiment, the case where the MOSFET 14 which is a voltage control element is inserted between the third switch SW3 and the fixed voltage has been described. However, between the first switch SW1 and the charging capacitor C1, and between the first switch SW1 and the input terminal Vin. May be inserted. Even in this case, since the MOSFET 14 always operates at a positive voltage, the output voltage can be stabilized while reducing the possibility of latch-up. The MOSFET 14 may be inserted between the fourth switch SW4 and the charging capacitor C1, and between the fourth switch SW4 and the output capacitor C2, and at this time, the discharge path is controlled as in the first embodiment. Therefore, fast load response can be obtained. Further, the MOSFET 14 may be connected to any other switch, and the output voltage can be stabilized even when connected to any terminal of the second switch SW2 or between other switches.

図2は、本発明の第2の実施の形態にかかる電圧反転型チャージポンプ回路の回路図である。第2の実施の形態にかかる電圧反転型チャージポンプ回路300は、そのレギュレーション機能をチャージポンプ回路そのものに備えるという点において第1の実施の形態と同様であるが、そのレギュレーションの方法を異にする。すなわち、第2の実施の形態では、充放電経路の抵抗値を制御するのではなく、スイッチのオンの程度を調整することによって出力電圧の安定化を図っている。   FIG. 2 is a circuit diagram of a voltage inversion type charge pump circuit according to the second embodiment of the present invention. The voltage inversion type charge pump circuit 300 according to the second embodiment is similar to the first embodiment in that the charge pump circuit itself has the regulation function, but the regulation method is different. . That is, in the second embodiment, the output voltage is stabilized not by controlling the resistance value of the charging / discharging path but by adjusting the degree of ON of the switch.

第2の実施の形態にかかる電圧反転型チャージポンプ回路300もまた、充電コンデンサC1、出力コンデンサC2と、第1〜第4の4つのスイッチSW1、SW2,SW3,SW4および電圧レギュレーション回路36を備える。第2の実施の形態においては、第1スイッチSW1はPch MOSFET、第2スイッチSW2〜第4スイッチSW4はNch MOSFETによって構成されている。電圧反転型チャージポンプ回路本体の動作は、通常のチャージポンプ回路と変わるところはない。   The voltage inversion type charge pump circuit 300 according to the second embodiment also includes a charging capacitor C1, an output capacitor C2, first to fourth switches SW1, SW2, SW3, SW4, and a voltage regulation circuit 36. . In the second embodiment, the first switch SW1 is a Pch MOSFET, and the second switch SW2 to the fourth switch SW4 are Nch MOSFETs. The operation of the voltage inversion type charge pump circuit main body is not different from that of a normal charge pump circuit.

電圧レギュレーション回路36は、抵抗R1,R2,演算増幅器12,振幅制御回路32とを備え、出力電圧Voutが前式を満たすように帰還がかけられている。振幅制御回路32は、入力されたクロック信号に同期して、振幅制御信号AMPに応じた電圧振幅を有するクロック信号を出力する機能を有する。この振幅制御回路32の振幅制御端子には、演算増幅器12の出力信号である振幅制御信号AMPが入力されており、入力信号であるオシレータ34からのクロック信号CLKの振幅を変化させて、第3スイッチSW3のゲート端子に入力される。クロック信号CLKは、オシレータ34により生成され、図2中には示されない他のスイッチをオン、オフするためのクロック信号と同期している。   The voltage regulation circuit 36 includes resistors R1 and R2, an operational amplifier 12, and an amplitude control circuit 32, and feedback is applied so that the output voltage Vout satisfies the above equation. The amplitude control circuit 32 has a function of outputting a clock signal having a voltage amplitude corresponding to the amplitude control signal AMP in synchronization with the input clock signal. An amplitude control signal AMP that is an output signal of the operational amplifier 12 is input to the amplitude control terminal of the amplitude control circuit 32, and the amplitude of the clock signal CLK from the oscillator 34 that is the input signal is changed to change the third amplitude control signal AMP. Input to the gate terminal of the switch SW3. The clock signal CLK is generated by the oscillator 34 and is synchronized with a clock signal for turning on and off other switches not shown in FIG.

第3スイッチSW3のゲート端子に入力される電圧によって、MOSFETのゲートソース間電圧Vgsが変化し、MOSFETのドレイン電流Idsが制御される。このドレイン電流Idsは、第2期間において第4スイッチSW4を介して充電コンデンサC1と出力コンデンサC2間で行われる電荷転送速度に他ならない。結果として、第3スイッチのオンの程度によって出力コンデンサの電荷量、すなわち出力電圧Voutを制御できることになる。   The gate-source voltage Vgs of the MOSFET is changed by the voltage input to the gate terminal of the third switch SW3, and the drain current Ids of the MOSFET is controlled. The drain current Ids is nothing but the charge transfer rate performed between the charging capacitor C1 and the output capacitor C2 via the fourth switch SW4 in the second period. As a result, the charge amount of the output capacitor, that is, the output voltage Vout can be controlled by the degree of ON of the third switch.

このように、第2の実施の形態によれば、第3スイッチがオンする第2期間において、そのオンの程度を調節することにより、第2期間の充放電経路の電流を制御し、出力電圧Voutが一定になるようにレギュレーション機能を持たせることが可能となる。また、第1の実施の形態と同様に、外部に新たな部品を必要としない。   As described above, according to the second embodiment, in the second period in which the third switch is turned on, the current in the charge / discharge path in the second period is controlled by adjusting the degree of the on-state, and the output voltage It is possible to provide a regulation function so that Vout becomes constant. Further, as in the first embodiment, no new parts are required outside.

これら実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   These embodiments are exemplifications, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. is there.

例えば、第2の実施の形態において、スイッチのオンの程度とは、本実施の形態のように、ゲートソース間電圧Vgsにより制御するほか、スイッチのゲート端子に与えられるクロック信号のデューティ比を変化させることによっても実現できる。また、第2の実施の形態では、第3スイッチSW3のゲート電圧を制御しているが、当然、他の第1、第2、第4のスイッチのゲート電圧によっても出力電圧Voutの安定化を図ることができる。   For example, in the second embodiment, the degree of ON of the switch is controlled by the gate-source voltage Vgs as in this embodiment, and the duty ratio of the clock signal applied to the gate terminal of the switch is changed. This can also be realized. In the second embodiment, the gate voltage of the third switch SW3 is controlled. Of course, the output voltage Vout is also stabilized by the gate voltages of the other first, second, and fourth switches. Can be planned.

本発明の第1の実施の形態に係る電圧反転型チャージポンプ回路を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a voltage inversion type charge pump circuit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係る電圧反転型チャージポンプ回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the voltage inversion type charge pump circuit based on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の実施の形態を理解するためのレギュレーション機能付き電圧反転型チャージポンプ回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the voltage inversion type | mold charge pump circuit with a regulation function for understanding embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 電圧レギュレーション回路、 12 演算増幅器、 14 MOSFET、 16 負荷回路、 32 振幅制御回路、 34 オシレータ、 36 電圧レギュレーション回路、 100 電圧反転型チャージポンプ回路、 300 電圧反転型チャージポンプ回路、 SW1 第1スイッチ、 SW2 第2スイッチ、 SW3 第3スイッチ、 SW4 第4スイッチ、 C1 充電コンデンサ、 C2 出力コンデンサ、 R1 抵抗、 R2 抵抗、 CLK クロック信号、 AMP 振幅制御信号。   10 voltage regulation circuit, 12 operational amplifier, 14 MOSFET, 16 load circuit, 32 amplitude control circuit, 34 oscillator, 36 voltage regulation circuit, 100 voltage inversion type charge pump circuit, 300 voltage inversion type charge pump circuit, SW1 first switch, SW2 second switch, SW3 third switch, SW4 fourth switch, C1 charging capacitor, C2 output capacitor, R1 resistor, R2 resistor, CLK clock signal, AMP amplitude control signal.

Claims (5)

容量の一端に固定電圧より高い入力電圧を印加するとともに他端に前記固定電圧を印加する第1期間と、前記一端に前記固定電位を印加するとともに前記他端を負荷に接続する第2期間とを交互に繰り返すことにより、前記負荷に前記固定電位よりも低い電圧を印加する反転型のチャージポンプ回路であって、
前記固定電圧の電源と前記一端の間、前記固定電圧の電源と前記他端の間、前記入力電圧の電源と前記一端の間、または前記負荷と前記他端の間のいずれかに電圧制御用の素子を間挿するとともに、この素子を制御して前記負荷に印加される電圧を制御する回路を設けたことを特徴とするチャージポンプ回路。
A first period in which an input voltage higher than a fixed voltage is applied to one end of the capacitor and the fixed voltage is applied to the other end; a second period in which the fixed potential is applied to the one end and the other end is connected to a load; Is an inversion type charge pump circuit that applies a voltage lower than the fixed potential to the load by alternately repeating
For voltage control between the fixed voltage power source and the one end, between the fixed voltage power source and the other end, between the input voltage power source and the one end, or between the load and the other end. And a circuit for controlling the voltage to be applied to the load by controlling the element.
前記素子を前記固定電圧よりも高い電圧の範囲で動作する経路に設けたことを特徴とする請求項1に記載のチャージポンプ回路。   The charge pump circuit according to claim 1, wherein the element is provided in a path that operates in a voltage range higher than the fixed voltage. 前記素子を前記第2期間において前記容量と接続される経路に設けたことを特徴とする請求項1に記載のチャージポンプ回路。   The charge pump circuit according to claim 1, wherein the element is provided in a path connected to the capacitor in the second period. 第1スイッチを介して容量の一端に固定電圧より高い入力電圧を印加するとともに第2スイッチを介して他端に前記固定電圧を印加する第1期間と、第3スイッチを介して前記一端に前記固定電位を印加するとともに第4スイッチを介して前記他端を負荷に接続する第2期間とを交互に繰り返すことにより、前記負荷に前記固定電位よりも低い電圧を印加する反転型のチャージポンプ回路であって、
第1スイッチから第4スイッチのいずれかのオンの程度を制御することにより、前記負荷に印加される電圧を制御する回路を設けたことを特徴とするチャージポンプ回路。
A first period in which an input voltage higher than a fixed voltage is applied to one end of the capacitor via the first switch and the fixed voltage is applied to the other end via the second switch, and the one end to the one end via the third switch An inverting charge pump circuit for applying a voltage lower than the fixed potential to the load by alternately applying a fixed potential and a second period in which the other end is connected to the load via a fourth switch. Because
A charge pump circuit comprising a circuit for controlling a voltage applied to the load by controlling a degree of ON of any one of the first switch to the fourth switch.
前記電圧を制御する回路は、前記第3スイッチのオンの程度を制御することを特徴とする請求項4に記載のチャージポンプ回路。   5. The charge pump circuit according to claim 4, wherein the circuit for controlling the voltage controls the degree of ON of the third switch.
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