JP2006262690A

JP2006262690A - 入力電圧に適応的に制御される電圧昇圧装置

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Publication number: JP2006262690A
Application number: JP2006064882A
Authority: JP
Inventors: Kyu Y Chung; 圭榮鄭
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2006-09-28
Also published as: KR20060099707A; KR100752643B1; TW200635191A; US20060202743A1; CN1835363A

Abstract

【課題】入力電圧に適応的に制御される電圧昇圧装置を提供する。
【解決手段】二つの入力端子間の電圧差を出力電流として発生させるＯＴＡ（ＯｐｅｒａｒｔｉｎａｌＴｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）を利用する電圧昇圧装置である。ＯＴＡの正入力端子には、電圧昇圧装置の目標出力電圧レベルをｎ（ｎ≧１）に分割した電圧レベルが印加され、負入力端子には、電圧昇圧装置の出力電圧レベルをｎに分割した電圧レベルが印加される。ＯＴＡの出力電流は、入力キャパシタにチャージされつつ、第１入力電圧として発生し、第１入力電圧は、バッファを通じて第２入力電圧として発生する。第２入力電圧は、電圧昇圧部に入力されてｎ倍の第２入力電圧レベルを有する出力電圧を発生させる。これにより、電圧昇圧装置の出力電圧は、目標電圧の付近でリプルを最小化しつつ、目標電圧を発生させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体集積回路に係り、特に、入力電圧に適応的に制御される電圧昇圧装置及びその電圧昇圧方法に関する。

図１は、従来のチャージポンプを利用した電圧昇圧装置を説明する図面である。これを参照すれば、電圧昇圧装置１００は、第１ないし第４スイッチ１０２，１０６，１０８，１１０と、第１及び第２キャパシタ１０４，１１２とで構成される。第１及び第３スイッチ１０２，１０８は、第１制御信号Ｐ１に応答してオンになり、第２及び第４スイッチ１０６，１１０は、第２制御信号Ｐ２に応答してオンになる。第１制御信号Ｐ１と第２制御信号Ｐ２とは、図２に示したように、互いに逆の位相を有するパルス信号である。第１制御信号Ｐ１がロジックハイである区間の間に、受信される入力電圧ＶＩＮによって第１キャパシタ１０４が充電される。次いで、第２制御信号Ｐ２がロジックハイである区間の間に、第１キャパシタ１０４に充電された電圧レベルによって第２キャパシタ１１２が充電される。第２キャパシタ１１２に充電される出力電圧ＶＯＵＴは、入力電圧ＶＩＮレベルの２倍に該当する電圧レベル２ＶＩＮに発生する。出力電圧ＶＯＵＴは、出力電圧ＶＯＵＴに連結される回路を駆動するが、それにより、出力電圧ＶＯＵＴに負荷電流Ｉ_Ｌがかかるように見える。

図３は、図１の電圧昇圧装置１００に存在する寄生抵抗を含む回路図である。これを参照すれば、昇圧電圧装置１００は、入力電圧ＶＩＮが外部から入力端子に受信される電圧であるので、入力端子の接触抵抗Ｒｉｎを有する。そして、第１キャパシタ１０４は、外部素子として使われるので、第１キャパシタ１０４の両端に接触抵抗Ｒｓを有し、第２キャパシタ１１２も外部素子として使われるので、出力電圧ＶＯＵＴとの接触抵抗Ｒ_Ｌを有する。このような寄生抵抗Ｒｉｎ，Ｒｓ，Ｒ_Ｌは、出力電圧ＶＯＵＴレベルを降下させる。各寄生抵抗Ｒｉｎ，Ｒｓ，Ｒ_Ｌによる出力電圧降下Ｖｄｅｇは、次の通りである。

また、出力電圧ＶＯＵＴにかかる負荷電流Ｉ_Ｌによる出力電圧降下は、次の通りである。

これにより、出力電圧ＶＯＵＴは、目標の２倍の入力電圧ＶＩＮ、すなわち、２ＶＩＮから寄生抵抗Ｒｉｎ，Ｒｓ，Ｒ_Ｌ及び負荷電流Ｉ_Ｌによる出力電圧降下を引算した電圧レベルに現れる。

すなわち、電圧昇圧装置１００は、その回路構成上有する寄生抵抗Ｒｉｎ，Ｒｓ，Ｒ_Ｌ及び負荷電流Ｉ_Ｌによって、目標の出力電圧ＶＯＵＴを降下させるという問題点を有する。

したがって、寄生抵抗及び負荷電流による出力電圧の降下なしに出力電圧を入力電圧の２倍または任意の倍数（×ｎ）に昇圧させる電圧昇圧装置の存在が必要である。

本発明が解決しようとする課題は、入力電圧に適応的に制御されて入力電圧を任意の倍数（×ｎ）に昇圧させる電圧昇圧装置を提供することである。

前記課題を達成するために、本発明の一実施形態による電圧昇圧装置は、正入力端子には、電圧昇圧装置の目標出力電圧レベルをｎ（ｎ≧２）に分割した電圧レベルが印加され、負入力端子には、出力電圧レベルをｎに分割した電圧レベルが印加され、正入力端子と負入力端子との電圧差によって出力電流を発生させるＯＴＡ（ＯｐｅｒａｔｉｏｎａｌＴｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）と、ＯＴＡの出力電流によって充電されて第１入力電圧を発生させる入力キャパシタと、第１入力電圧を受信して第２入力電圧を発生させるバッファと、第２入力電圧をｎ（ｎ≧２）倍に昇圧して出力電圧を発生させる電圧昇圧部と、を備える。

前記課題を達成するために、本発明の他の実施形態による電圧昇圧装置は、正入力端子には、電圧昇圧装置の出力電圧から目標出力電圧を引算した電圧レベルをｎ＋１（ｎ≧２）に分割した電圧レベルが印加され、負入力端子には、接地電圧レベルが印加され、正入力端子と負入力端子との電圧差によって出力電流を発生させるＯＴＡと、ＯＴＡの出力電流によって充電されて第１入力電圧を発生させる入力キャパシタと、第１入力電圧を受信して第２入力電圧を発生させるバッファと、第２入力電圧をｎ（ｎ≧２）倍に昇圧して出力電圧を発生させる電圧昇圧部と、を備える。

本発明の電圧昇圧装置によれば、寄生抵抗や負荷電流による出力電圧の降下なしに目標電圧を安定的に発生させ、かつ目標電圧の付近でのリプルを最小化させる。

本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の望ましい実施形態を例示する添付図面及び添付図面に記載された内容を参照せねばならない。

以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同じ参照符号は、同じ部材を表す。

図４は、本発明の第１実施形態による正（＋）電圧昇圧装置を説明する図面である。これを参照すれば、電圧昇圧装置４００は、第１及び第２抵抗４１０，４２０、ＯＴＡ４３０、入力キャパシタ４４０、バッファ４５０、そして、ｎ（ｎ≧２）倍の電圧昇圧部４６０を備える。第１抵抗４１０及び第２抵抗４２０は、出力電圧Ｖｏと接地電圧Ｖｓｓとの間に直列に連結され、第１抵抗４１０は、（ｎ−１）Ｒ抵抗値を有し、第２抵抗４２０は、Ｒ抵抗値を有する。第１抵抗４１０と第２抵抗４２０との間のノードには、出力電圧Ｖｏレベルをｎ（ｎ≧２）に分割した電圧レベルＶｏ／ｎがかかる。

ＯＴＡ４３０は、正（＋）入力端子及び負（−）入力端子に入力される電圧の差Ｖｄによって、その出力電流Ｉｏのレベルが変わる特性を有する。図５に示したように、電圧差Ｖｄが一定電圧範囲△Ｖｉ内にあれば、出力電流Ｉｏは、電圧差Ｖｄに比例して発生する線形的な特性を有し、電圧差Ｖｄが一定範囲△Ｖｉを逸脱すれば、電圧差Ｖｄに関係なく最大出力電流Ｉｏ＿ｍａｘと発生する飽和特性を有する。ＯＴＡ４３０の正（＋）入力端子には、電圧昇圧装置４００の目標出力電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}レベルをｎ（ｎ≧１）に分割した電圧レベルＶ_{ｏ＿ｔａｒ}／ｎが印加され、負（−）入力端子には、電圧昇圧装置４００の出力電圧Ｖｏレベルをｎに分割した電圧レベルＶｏ／ｎが印加される。

ＯＴＡ４３０の出力電流Ｉｏは、入力キャパシタ４４０にチャージされつつ、第１入力電圧ＶＩＮ’を発生させる。第１入力電圧ＶＩＮ’は、バッファ４５０を通じて第２入力電圧ＶＩＮと発生する。バッファ４５０は、利得が１であるアナログバッファで構成され、第１入力電圧ＶＩＮ’と第２入力電圧ＶＩＮとは、同じ電圧レベルを有する。第２入力電圧ＶＩＮは、アナログバッファの特性によって大きい電流駆動能力を有する。ｎ倍の電圧昇圧部４６０は、大きい電流駆動能力の第２入力電圧ＶＩＮを入力して第２入力電圧ＶＩＮのｎ倍に該当する電圧レベルｎ×ＶＩＮを有する正（＋）の出力電圧Ｖｏを発生させる。

図６ないし図９は、電圧昇圧装置４００の動作とＯＴＡ４３０特性グラフとを連係して説明する図面である。

第一に、電圧昇圧装置４００の出力電圧Ｖｏレベルが、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}レベルからｎ倍の一定電圧範囲ｎ・△Ｖｉを引算した電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}−ｎ・△Ｖｉレベルより小さく現れる場合を参照すれば、出力電圧Ｖｏは、次のように整理される。

これにより、図６Ａに示したＯＴＡ４１０特性グラフで、ＯＴＡ４３０の入力電圧差Ｖｄは、正（＋）の一定電圧範囲△Ｖｉを逸脱したＡ領域にあり、ＯＴＡ４３０の出力電流Ｉｏは、最大出力電流Ｉｏ＿ｍａｘとなる。第１及び第２入力電圧ＶＩＮ’，ＶＩＮは、時間ｔに対して最も速い増加量である最大出力電流Ｉｏ＿ｍａｘを入力キャパシタ４４０のキャパシタンスＣｉｎで割ったＩｏ＿ｍａｘ／Ｃｉｎの増加量を有する。これにより、電圧昇圧部４５０の出力電圧Ｖｏは、図６Ｂに示したように、ｎ倍のＩｏ＿ｍａｘ／Ｃｉｎ傾斜、すなわち、ｎ・Ｉｏ＿ｍａｘ／Ｃｉｎ傾斜を有し、初期出力電圧ＶｉｎｉｔからＶ_{ｏ＿ｔａｒ}−ｎ・△Ｖｉ電圧レベルまで発生する。一方、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に比べて大きく低い場合、第１及び第２入力電圧ＶＩＮ’，ＶＩＮを速く高めて出力電圧Ｖｏが速く上昇できるように、入力キャパシタ４４０のキャパシタンスＣｉｎを調節できる。

第二に、電圧昇圧装置４００の出力電圧ＶｏがＶ_{ｏ＿ｔａｒ}−ｎ・△Ｖｉよりは高く、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}よりは低く現れる場合に、出力電圧Ｖｏは、次のように整理される。

これにより、図７Ａに示したＯＴＡ４３０特性グラフで、ＯＴＡ４３０の入力電圧差Ｖｄは、正（＋）の一定電圧範囲△Ｖｉ内であるＢ領域にあり、ＯＴＡ４３０の出力電流Ｉｏは、０と最大出力電流Ｉｏ＿ｍａｘとの間となる。電圧昇圧部４５０に入力される第２入力電圧ＶＩＮは、時間ｔに対して出力電流Ｉｏを入力キャパシタ４４０のキャパシタンスＣｉｎで割ったＩｏ／Ｃｉｎの増加量を有して上昇する。これにより、電圧昇圧部４５０の出力電圧Ｖｏは、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に向かって上昇する。しかし、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に近づくほど、ＯＴＡ４３０の入力電圧差Ｖｄが小さくなるため、第１及び第２入力電圧ＶＩＮ’，ＶＩＮ及び出力電圧Ｖｏの上昇量も減少する。それにより、出力電圧ｖｏは、図８Ｂに示したように、ｎ・Ｉｏ／Ｃｉｎ傾斜が次第に減少しつつ、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に柔らかく収斂する。

第三に、電圧昇圧装置４００の出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}よりは高く、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}レベルにｎ倍の一定電圧範囲ｎ・△Ｖｉを加算した電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}＋ｎ・△Ｖｉよりは低く現れる場合に、出力電圧Ｖｏは、次のように整理される。

これにより、図８Ａに示したＯＴＡ４３０特性グラフで、ＯＴＡ４３０の入力電圧差Ｖｄは、負（−）の一定電圧範囲△Ｖｉ内であるＣ領域にあり、ＯＴＡ４３０の出力電流Ｉｏは、負（−）の最大出力電流Ｉｏ＿ｍａｘと０との間となる。電圧昇圧部４５０に入力される第２入力電圧ＶＩＮは、時間ｔに対して出力電流Ｉｏを入力キャパシタ４４０のキャパシタンスＣｉｎで割ったＩｏ／Ｃｉｎの増加量を有して下降する。これにより、電圧昇圧部４５０の出力電圧Ｖｏは、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に向かって降下する。しかし、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に近づくほど、ＯＴＡ４３０の入力電圧差Ｖｄが小さくなるため、第１及び第２入力電圧ＶＩＮ’，ＶＩＮ及び出力電圧Ｖｏの上昇量も減少する。それにより、出力電圧Ｖｏは、図８Ｂに示したように、−ｎ・Ｉｏ／Ｃｉｎ傾斜が次第に減少しつつ、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に柔らかく収斂する。このとき、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に比べて若干高い場合に、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に対する差が小さくなるほど、第１及び第２入力電圧ＶＩＮ’，ＶＩＮの降下速度を低下させて、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}の付近でのリプルを最小化させる。

第四に、電圧昇圧装置４００の出力電圧Ｖｏが、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}レベルにｎ倍の一定電圧範囲ｎ・△Ｖｉを加算した電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}＋ｎ・△Ｖｉより高く現れる場合を参照すれば、出力電圧Ｖｏは、次のように整理される。

これにより、図９Ａに示したＯＴＡ４３０特性グラフで、ＯＴＡ４３０の入力電圧差Ｖｄは、負（−）の一定電圧範囲△Ｖｉを引算したＤ領域にあり、ＯＴＡ４３０の出力電流Ｉｏは、負（−）の最大出力電流Ｉｏ＿ｍａｘとなる。第１及び第２入力電圧ＶＩＮ’，ＶＩＮは、時間ｔに対して最も速い増加量である負（−）の最大出力電流Ｉｏ＿ｍａｘを入力キャパシタ４４０のキャパシタンスＣｉｎで割った−Ｉｏ＿ｍａｘ／Ｃｉｎの減少量を有する。これにより、電圧昇圧部４５０の出力電圧Ｖｏは、図９Ｂに示したように、負（−）のｎ倍のＩｏ＿ｍａｘ／Ｃｉｎ傾斜、すなわち、−ｎ・Ｉｏ＿ｍａｘ／Ｃｉｎ傾斜を有し、最大出力電圧Ｖｏ＿ｍａｘからＶ_{ｏ＿ｔａｒ}＋ｎ・△Ｖｉ電圧レベルまで発生する。一方、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に比べて大きく高い場合、第１及び第２入力電圧ＶＩＮ’，ＶＩＮを速く降下させて出力電圧Ｖｏが速く上昇できるように入力キャパシタ４４０のキャパシタンスＣｉｎを調節できる。

図６ないし図９で説明された電圧昇圧装置４００の動作グラフは、図１０で全体的に示される。

図１１は、本発明の第２実施形態による負（−）電圧昇圧装置を説明する図面である。これを参照すれば、電圧昇圧装置１１００は出力電圧Ｖｏと１／ｎ倍の標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}との間に直列連結される第１及び第２抵抗１１１０，１１２０、第１抵抗１１１０と第２抵抗１１２０との間のノード電圧と接地電圧とを入力するＯＴＡ１１３０、ＯＴＡ１１３０の出力電流Ｉｏによってチャージされる入力キャパシタ１１４０、入力キャパシタ１１４０にチャージされた第１入力電圧ＶＩＮ’を受信して第２入力電圧ＶＩＮを発生させるバッファ１１５０、そして、第２入力電圧ＶＩＮを受信してｎ倍に昇圧させて、負（−）の出力電圧Ｖｏを発生させるｎ倍の電圧昇圧部１１６０を備える。

第１抵抗１１１０は、基準抵抗値をＲとしたとき、ｎ倍のＲ、すなわち、ｎＲの抵抗値を有し、第２抵抗１１２０は、基準抵抗値Ｒを有する。これにより、第１抵抗１１１０と第２抵抗１１２０との間のノード電圧レベルは、（Ｖｏ−Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}）／ｎ＋１と現れる。

ＯＴＡ１１３０は、前述した図５と同様に、正（＋）入力端子及び負（−）入力端子に入力される電圧の差Ｖｄによって、その出力電流Ｉｏのレベルが変わる特性を有するが、電圧差Ｖｄが一定電圧範囲△Ｖｉ内にあれば、出力電流Ｉｏは、電圧差Ｖｄに比例して発生する線形的な特性を有し、電圧差Ｖｄが一定範囲△Ｖｉを逸脱すれば、電圧差Ｖｄに関係なく最大出力電流Ｉｏ＿ｍａｘとして発生する飽和特性を有する。ＯＴＡ１１３０の正（＋）入力端子には、第１抵抗１１１０と第２抵抗１１２０との間のノード電圧Ｖｏ−Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}／ｎ＋１が印加され、負（−）入力端子には、接地電圧Ｖｓｓが印加される。

図１２ないし図１５は、負（−）電圧昇圧装置１１００の動作とＯＴＡ１１３０特性グラフとを連係して説明する図面である。

第一に、負（−）電圧昇圧装置４００の出力電圧Ｖｏが、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}レベルに（ｎ＋１）倍の一定電圧範囲ｎ・△Ｖｉを加算した電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}＋（ｎ＋１）・△Ｖｉより高く現れる場合を参照すれば、出力電圧Ｖｏは、次のように整理される。

これにより、図１２Ａに示したＯＴＡ１１３０特性グラフで、ＯＴＡ１１３０の入力電圧差Ｖｄは、正（＋）の一定電圧範囲△Ｖｉを逸脱したＡ領域にあり、ＯＴＡ１１３０の出力電流Ｉｏは、最大出力電流Ｉｏ＿ｍａｘとなる。第１及び第２入力電圧ＶＩＮ’，ＶＩＮは、時間ｔに対して最も速い減少量である最大出力電流Ｉｏ＿ｍａｘを入力キャパシタ４４０のキャパシタンスＣｉｎで割ったＩｏ＿ｍａｘ／Ｃｉｎの減少量を有する。これにより、電圧昇圧部４５０の出力電圧Ｖｏは、図１２Ｂに示したように、負（−）のｎ倍のＩｏ＿ｍａｘ／Ｃｉｎ傾斜、すなわち、−ｎ・Ｉｏ＿ｍａｘ／Ｃｉｎ傾斜を有し、負（−）の最大出力電圧Ｖｏ＿ｍａｘからＶ_{ｏ＿ｔａｒ}＋（ｎ＋１）・△Ｖｉ電圧レベルまで発生する。一方、出力電圧Ｖｏが負（−）の目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に比べて大きく高い場合、第１及び第２入力電圧ＶＩＮ’，ＶＩＮを速く降下させて出力電圧Ｖｏが速く降下できるように、入力キャパシタ４４４０のキャパシタンスＣｉｎを調節できる。

第二に、電圧昇圧装置４００の出力電圧ＶｏがＶ_{ｏ＿ｔａｒ}＋（ｎ＋１）・△Ｖｉよりは低く、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}よりは高く現れる場合に、出力電圧Ｖｏは、次のように整理される。

これにより、図１３Ａに示したＯＴＡ１１３０特性グラフで、ＯＴＡ１１３０の入力電圧差Ｖｄは、正（＋）の一定電圧範囲△Ｖｉ内であるＢ領域にあり、ＯＴＡ１１３０の出力電流Ｉｏは、０と最大出力電流Ｉｏ＿ｍａｘとの間となる。電圧昇圧部１１５０に入力される第２入力電圧ＶＩＮは、時間ｔに対して出力電流Ｉｏを入力キャパシタ１１４０のキャパシタンスＣｉｎで割ったＩｏ／Ｃｉｎの減少量を有して下降する。これにより、電圧昇圧部１１５０の出力電圧Ｖｏは、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に向かって降下する。しかし、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に近づくほど、ＯＴＡ１１３０の入力電圧差Ｖｄが小さくなるため、第１及び第２入力電圧ＶＩＮ’，ＶＩＮ及び出力電圧Ｖｏの降下量も減少する。それにより、出力電圧Ｖｏは、図１３Ｂに示したように、−ｎ・Ｉｏ／Ｃｉｎ傾斜が次第に減少しつつ、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に柔らかく収斂する。

第三に、電圧昇圧装置１１００の出力電圧Ｖｏが、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}レベルから（ｎ＋１）倍の一定電圧範囲（ｎ＋１）・△Ｖｉを引算した電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}＋（ｎ＋１）・△Ｖｉよりは高く、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}よりは低く現れる場合に、出力電圧Ｖｏは、次のように整理される。

これにより、図１４Ａに示したＯＴＡ４３０特性グラフで、ＯＴＡ４３０の入力電圧差Ｖｄは、負（−）の一定電圧範囲△Ｖｉ内であるＣ領域にあり、ＯＴＡ４３０の出力電流Ｉｏは、負（−）の最大出力電流Ｉｏ＿ｍａｘと０との間となる。電圧昇圧部４５０に入力される第２入力電圧ＶＩＮは、時間ｔに対して出力電流Ｉｏを入力キャパシタ４４０のキャパシタンスＣｉｎで割ったＩｏ／Ｃｉｎの増加量を有して上昇する。これにより、電圧昇圧部４５０の出力電圧Ｖｏは、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に向かって上昇する。しかし、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に近づくほど、ＯＴＡ４３０の入力電圧差Ｖｄが小さくなるため、第１及び第２入力電圧ＶＩＮ’，ＶＩＮ及び出力電圧Ｖｏの上昇量も減少する。それにより、出力電圧Ｖｏは、図１４Ｂに示したように、その傾斜が次第に減少しつつ、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に柔らかく収斂する。このとき、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に比べて若干低い場合に、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に対する差が小さくなるほど第１及び第２入力電圧ＶＩＮ’，ＶＩＮの上昇速度を低下させて、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}の付近でのリプルを最小化させる。

第四に、電圧昇圧装置４００の出力電圧Ｖｏが、目標電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}レベルから（ｎ＋１）倍の一定電圧範囲（ｎ＋１）・△Ｖｉを引算した電圧Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}＋ｎ・△Ｖｉより低く現れる場合を参照すれば、出力電圧Ｖｏは、次のように整理される。

これにより、図１５Ａに示したＯＴＡ１１３０特性グラフクで、ＯＴＡ１１３０の入力電圧差Ｖｄは、負（−）の一定電圧範囲△Ｖｉを逸脱したＤ領域にあり、ＯＴＡ１１３０の出力電流Ｉｏは、負（−）の最大出力電流Ｉｏ＿ｍａｘとなる。第１及び第２入力電圧ＶＩＮ’，ＶＩＮは、時間ｔに対して最も速い増加量である負（−）の最大出力電流Ｉｏ＿ｍａｘを入力キャパシタ４４０のキャパシタンスＣｉｎで割った−Ｉｏ＿ｍａｘ／Ｃｉｎの増加量を有する。これにより、電圧昇圧部４５０の出力電圧Ｖｏは、図１５Ｂに示したように、正（＋）のｎ倍のＩｏ＿ｍａｘ／Ｃｉｎ傾斜、すなわち、ｎ・Ｉｏ＿ｍａｘ／Ｃｉｎ傾斜を有し、負（−）の初期出力電圧Ｖｉｎｉｔから−Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}＋ｎ・△Ｖｉ電圧レベルまで発生する。一方、出力電圧Ｖｏが目標電圧−Ｖ_{ｏ＿ｔａｒ}に比べて大きく低い場合、第１及び第２入力電圧ＶＩＮ’，ＶＩＮを速く上昇させて、出力電圧Ｖｏが速く上昇できるように入力キャパシタ４４０のキャパシタンスＣｉｎを調節できる。

図１２ないし図１５で説明された電圧昇圧装置１１００の動作グラフは、図１６で全体的に示される。

したがって、本発明の正電圧昇圧装置４００及び負電圧昇圧装置１１００は、寄生抵抗や負荷電流による出力電圧の降下なしに目標電圧を安定的に発生させる。

本発明は、図面に示された一実施形態を参照して説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。

本発明は、電圧昇圧装置関連の技術分野に適用可能である。

従来のチャージポンプを利用した電圧昇圧装置を説明する図面である。図１の第１及び第２制御信号の波形を説明する図面である。図１の電圧昇圧装置に存在する寄生抵抗を含む回路図である。本発明の第１実施形態による正電圧昇圧装置を説明する図面である。図４のＯＴＡの特性グラフを示す図面である。図４の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図４の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図４の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図４の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図４の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図４の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図４の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図４の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図４の正電圧昇圧装置の動作グラフを示す図面である。本発明の第２実施形態による負電圧昇圧装置を説明する図面である。図１１の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図１１の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図１１の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図１１の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図１１の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図１１の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図１１の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図１１の電圧昇圧装置の動作をＯＴＡ特性グラフの領域別に具体的に説明する図面である。図１１の負電圧昇圧装置の動作グラフを示す図面である。

符号の説明

４００電圧昇圧装置
４１０第１抵抗
４２０第２抵抗
４３０ＯＴＡ
４４０入力キャパシタ
４５０バッファ
４６０電圧昇圧部

Claims

正電圧昇圧装置において、
正入力端子には、前記電圧昇圧装置の目標出力電圧レベルをｎ（ｎ≧２）に分割した電圧レベルが印加され、負入力端子には、前記出力電圧レベルをｎに分割した電圧レベルが印加され、前記正入力端子と前記負入力端子との電圧差によって出力電流を発生させるＯＴＡ（ＯｐｅｒａｒｔｉｎａｌＴｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）と、
前記ＯＴＡの出力電流によって充電されて第１入力電圧を発生させる入力キャパシタと、
前記第１入力電圧を受信して第２入力電圧を発生させるバッファと、
前記第２入力電圧をｎ（ｎ≧２）倍に昇圧して前記出力電圧を発生させる電圧昇圧部と、を備えることを特徴とする正電圧昇圧装置。
前記バッファは、
前記第１入力電圧と同じ電圧レベルを有し、大きい電流駆動能力を有する前記第２入力電圧を発生させることを特徴とする請求項１に記載の正電圧昇圧装置。
前記バッファは、
利得がほぼ１であるアナログバッファで構成されることを特徴とする請求項１に記載の正電圧昇圧装置。
前記電圧昇圧部は、
前記第２入力電圧を受信して前記出力電圧を発生させるチャージポンプで構成されることを特徴とする請求項１に記載の正電圧昇圧装置。
正電圧昇圧装置において、
前記電圧昇圧装置の出力電圧と接地電圧との間に直列連結される第１及び第２抵抗と、
正入力端子には、前記電圧昇圧装置の目標出力電圧レベルをｎ（ｎ≧２）に分割した電圧が連結され、負入力端子には、前記第１抵抗と前記第２抵抗との間のノードが連結され、前記正入力端子と前記負入力端子との電圧差によって出力電流を発生させるＯＴＡと、
前記ＯＴＡの出力電流によって充電されて第１入力電圧を発生させる入力キャパシタと、
前記第１入力電圧を受信して第２入力電圧を発生させるバッファと、
前記第２入力電圧をｎ（ｎ≧２）倍に昇圧して前記出力電圧を発生させる電圧昇圧部と、を備えることを特徴とする正電圧昇圧装置。
前記電圧昇圧装置は、
基準抵抗値をＲとしたとき、前記第１抵抗は、（ｎ−１）Ｒ抵抗値を有し、第２抵抗は、Ｒ抵抗値を有することを特徴とする請求項５に記載の正電圧昇圧装置。
前記バッファは、
前記第１入力電圧と同じ電圧レベルを有し、大きい電流駆動能力を有する前記第２入力電圧を発生させることを特徴とする請求項５に記載の正電圧昇圧装置。
前記バッファは、
利得がほぼ１であるアナログバッファで構成されることを特徴とする請求項５に記載の正電圧昇圧装置。
前記電圧昇圧部は、
前記第２入力電圧を受信して前記出力電圧を発生させるチャージポンプで構成されることを特徴とする請求項５に記載の正電圧昇圧装置。
負電圧昇圧装置において、
正入力端子には、前記電圧昇圧装置の出力電圧から目標出力電圧を引算した電圧レベルをｎ＋１（ｎ≧２）に分割した電圧レベルが印加され、負入力端子には、接地電圧レベルが印加され、前記正入力端子と前記負入力端子との電圧差によって出力電流を発生させるＯＴＡと、
前記ＯＴＡの出力電流によって充電されて第１入力電圧を発生させる入力キャパシタと、
前記第１入力電圧を受信して第２入力電圧を発生させるバッファと、
前記第２入力電圧をｎ（ｎ≧１）倍に昇圧して前記出力電圧を発生させる電圧昇圧部と、を備えることを特徴とする負電圧昇圧装置。
前記バッファは、
前記第１入力電圧と同じ電圧レベルを有し、大きい電流駆動能力を有する前記第２入力電圧を発生させることを特徴とする請求項１０に記載の負電圧昇圧装置。
前記バッファは、
利得が１であるアナログバッファで構成されることを特徴とする請求項１０に記載の負電圧昇圧装置。
前記負電圧昇圧部は、
前記第２入力電圧を受信して前記出力電圧を発生させるチャージポンプで構成されることを特徴とする請求項１に記載の負電圧昇圧装置。
前記負電圧昇圧装置は、
前記第２入力電圧をｎ（ｎ≧２）倍に昇圧することを特徴とする請求項１０に記載の負電圧昇圧装置。
負電圧昇圧装置において、
前記電圧昇圧装置の出力電圧と前記電圧昇圧装置の副目標出力電圧レベルをｎ（ｎ≧２）に分割した電圧との間に直列連結される第１及び第２抵抗と、
正入力端子には、前記第１抵抗と前記第２抵抗との間のノードが連結され、負入力端子には、接地電圧が連結されて、前記正入力端子と前記負入力端子との電圧差によって出力電流を発生させるＯＴＡと、
前記ＯＴＡの出力電流によって充電されて第１入力電圧を発生させる入力キャパシタと、
前記第１入力電圧を受信して第２入力電圧を発生させるバッファと、
前記第２入力電圧をｎ（ｎ≧２）倍に昇圧して前記出力電圧を発生させる電圧昇圧部と、を備えることを特徴とする負電圧昇圧装置。
前記負電圧昇圧装置は、
基準抵抗値をＲとしたとき、前記第１抵抗は、ｎＲ抵抗値を有し、第２抵抗は、Ｒ抵抗値を有することを特徴とする請求項１５に記載の負電圧昇圧装置。
前記バッファは、
前記第１入力電圧と同じ電圧レベルを有し、大きい電流駆動能力を有する前記第２入力電圧を発生させることを特徴とする請求項１５に記載の負電圧昇圧装置。
前記バッファは、
利得が１であるアナログバッファで構成されることを特徴とする請求項１５に記載の負電圧昇圧装置。
前記負電圧昇圧部は、
前記第２入力電圧を受信して前記出力電圧を発生させるチャージポンプで構成されることを特徴とする請求項１５に記載の負電圧昇圧装置。
前記負電圧昇圧装置は、
前記第２入力電圧をｎ（ｎ≧２）倍に昇圧することを特徴とする請求項１５に記載の負電圧昇圧装置。