JP2008061398A - 電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路 - Google Patents

電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路 Download PDF

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Abstract

【課題】電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路ノ提供。
【解決手段】主にインプット調節トランジスタをインプット電圧とチャージポンプ回路間に設置し、マイナスフィードバックメカニズムを利用し、該チャージポンプ回路のアウトプット電圧変化を検知する。これにより該チャージポンプ回路にインプットしようとする電圧を調節し、安定的に電圧をアウトプットする効果を達成する。またこうして、インプット電圧はアウトプット電圧を決定せず、このインプット調節回路により決定されるため、ロードに従いインプット電圧が変化することのないアウトプット電圧を獲得することができる。
【選択図】図2

Description

本発明は一種のチャージポンプ回路に関する。特に一種の電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路に係る。
一般のTFT-LCD駆動IC(driver IC)の応用においては、駆動ICのインプット(input)電圧は高くなく、通常は2.6V〜3.3Vである。しかし、液晶パネル内の液晶の応用はより高い駆動電圧(約4.5V)を必要とするため、通常はチャージポンプ(charge pump)回路を使用し、インプット電圧を上げる。該チャージポンプ回路の特徴は単純で、インプット電圧を2倍に倍圧することができるため、インプット電圧が2.6V〜3.3Vである時、その倍圧後の結果は5.2V〜6.6Vである。よって、もし他のアナログ回路が高圧を出力する必要がある場合には、設計者はこの変化範囲が極めて大きい電圧をエンド電圧とする必要がある。しかしこれにより、回路全体の特性は掌握しにくくなり、設計の難易度は上がり、しかもより大きい回路面積によって高圧による破壊を予防しなければならない。
公知のチャージポンプ回路の表示図である図1に示すように、一般に、2倍(2x)のチャージポンプ回路11はポンプキャパシタCpを外付けする。そのアウトプットはアースを接続したアウトプットキャパシタCoを接続し、一般には1uFである。
現在運用されている前記倍圧後の欠点を解決するための最適な方法は、チャージポンプ回路11において電圧をアウトプット後にLDO(low drop-out linear regulator)12を加え、特定の電圧(4.8Vなど)に安定させるものである。この電圧はロード或いはインプット電圧の変化によっても変化しないが、迅速な電流ロードの影響により、後に外付けキャパシタCaを加える必要がある。一般にはアウトプットキャパシタCoと同一の1uFである。
該LDO12の操作原理は、インプット電圧がアウトプット電圧より大きい時には、トランジスタによりインプットとアウトプットの電圧差を吸収し、制御回路の制御を受け、安定したアウトプット電圧を提供するものである。よって、既存のチャージポンプ11がインプット電圧より高く、しかもロード或いはインプット電圧の変化によっても安定しているアウトプット電圧を得ようとするなら、先ずインプット電圧は該チャージポンプ回路11を経由し2倍のインプット電圧を得、さらにLDO12を経過し調節(regulation)を経たアウトプット電圧を得る。この電圧は安定し、しかもロード或いはインプット電圧の変化によっても変化しない。
しかし、該方式は外付けのキャパシタCaを必要とし、通常は1uFである。しかも、該キャパシタを外付けできない状況下が多く、一般の設計者の回路システム上ではしばしば該キャパシタ設計はない。
本発明は上記構造の問題点を解決した電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路を提供するものである。それは主にインプット電圧とチャージポンプ回路間にインプット調節回路を設置し、これによりチャージポンプ回路のインプット電圧を制御し、ロードが大きい時には回路により多くのインプット電圧を通過させ、ロードが小さい時にはより低い電圧を通過させ、こうしてアウトプット電圧調節の目的を達成し、しかもチャージポンプ回路後にLDOとキャパシタを加える必要はなくなる。
またそれは、そのアウトプットエンドにはアースであるアウトプットキャパシタを接続し、しかもインプット調節回路は該インプット電圧と該チャージポンプ回路間に設置し、マイナスフィードバックメカニズムを利用し、該チャージポンプ回路のアウトプット電圧変化を探知し、これにより該チャージポンプ回路にインプットしようとする電圧を調節し、安定的に電圧をアウトプットする効果を達成する。
さらにそれは、インプット調節回路は調節トランジスタ、第一抵抗器と第二抵抗器、誤差増幅及び比較素子を含み、
該調節トランジスタは該インプット電圧と該チャージポンプ回路間に設置し、
該第一抵抗器と該第二抵抗器は該チャージポンプ回路のアウトプットエンドに直列し、該第一抵抗器と該第二抵抗器の比はn:1で、該第一抵抗器と該第二抵抗器の接点にn分の1の分圧電圧を生じ、該誤差増幅及び比較素子に送り、しかも該nは1より大きく、
該誤差増幅及び比較素子のインプットエンドは参考電圧に接続し、反対のインプットエンドは該第一抵抗器と該第二抵抗器間の接点に接続し、アウトプット電圧は該接点における分圧を取得し、マイナスフィードバックメカニズムを形成し、しかも該誤差増幅及び比較素子のアウトプットエンドは該調節トランジスタの制御エンドに接続し、該調節トランジスタを制御し多少の電圧を通過させ、
こうして、インプット電圧はアウトプット電圧を決定せず、このインプット調節回路により決定されるため、ロードに従いインプット電圧が変化することのないアウトプット電圧を獲得することができることを特徴とする電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路である。
請求項1の発明は、チャージポンプ回路はポンプキャパシタを外付けし、そのアウトプットエンドにはアースであるアウトプットキャパシタを接続し、
該チャージポンプ回路はインプット調節回路を含み、該インプット調節回路はインプット電圧とチャージポンプ回路間に設置し、マイナスフィードバックのメカニズムを利用し、該チャージポンプ回路のアウトプット電圧変化を検知し、該チャージポンプ回路にインプットしようとする電圧を調節し安定したアウトプット電圧を達成することを特徴とする電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路としている。
請求項2の発明は、請求項1記載の電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路において、前記インプット調節回路は調節トランジスタ、第一抵抗器と第二抵抗器、誤差増幅及び比較素子を含み、
該調節トランジスタは該インプット電圧と該チャージポンプ回路間に設置し、
該第一抵抗器と該第二抵抗器は該チャージポンプ回路のアウトプットエンドに直列し、
該誤差増幅及び比較素子のインプットエンドは参考電圧に接続し、反対のインプットエンドは該第一抵抗器と該第二抵抗器間の接点に接続し、アウトプット電圧は該接点における分圧を取得し、マイナスフィードバックメカニズムを形成し、しかも該誤差増幅及び比較素子のアウトプットエンドは該調節トランジスタの制御エンドに接続し、該調節トランジスタを制御し多少の電圧を通過させることを特徴とする電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路としている。
請求項3の発明は、請求項2記載の電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路において、前記第一抵抗器と該第二抵抗器の比はn:1で、n分の1の分圧電圧を生じ、該誤差増幅及び比較素子に送り、しかも該nは1より大きいことを特徴とする電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路としている。
本発明の精神はインプット電圧とチャージポンプ回路間にインプット調節回路を設置し、チャージポンプ回路のインプット電圧を制御し、ロードが大きい時には回路を制御しより多くのインプット電圧を通過させ、ロードが小さい時にはより低い電圧を通過させる。該調節回路は水道の蛇口のようで、ロードが非常に低い時には、この回路はそれを検知し、より少ないインプット電圧を通過させ、ロードが非常に大きい時には、より大きいインプット電圧を通過させる。これによりアウトプット電圧を調節し、安定させS、しかもチャージポンプ回路後にLOD 及び外付けキャパシタを付加する必要はなくなる。
先ず本発明チャージポンプ回路の表示図である図2に示すように、本発明チャージポンプ回路11はポンプキャパシタCpを外付けする。そのアウトプットエンドはアースであるアウトプットキャパシタCoを接続し、しかもインプット調節回路120は電圧インプットエンドと該チャージポンプ回路110間に設置し、ネガティブフィードバックメカニズムを利用し、該チャージポンプ回路11のアウトプット電圧Vout変化を検知する。さらに、該チャージポンプ回路11にインプットする電圧を調節し、安定アウトプット電圧Voutを達成する。
さらに本発明チャージポンプ回路の接続表示図である図3に示すように、該インプット調節回路120は調節トランジスタ121、第一抵抗器R1、第二抵抗器R2、誤差増幅及び比較素子122を含む。
該インプット調節回路120は該インプット電圧と該チャージポンプ回路11間に設置する。
該第一抵抗器R1と該第二抵抗器R2比はn:1で、該チャージポンプ回路11のアウトプットエンドに直列し、該第一抵抗器R1と該第二抵抗器R2間の接点Nはn分の1の分圧電圧を生じ、該nは1より大きい。
該誤差増幅及び比較素子122のインプットエンドは参考電圧Vrefに接続する。反対のインプットエンドは該第一抵抗器R1と該第二抵抗器R2間の接点Nに接続し、アウトプット電圧Voutを取得し、ここでは接点の分圧で、ネガティブフィードバックメカニズムを形成する。しかも該誤差増幅及び比較素子122のアウトプットエンドは該調節トランジスタ121の制御エンドに接続し、該調節トランジスタ121を制御し多少の電圧を通過させる。該調節トランジスタは水道の蛇口のように、ロードが非常に低い時には、該回路は検知し、少な目のインプット電圧を通過させる。ロードが非常に大きい時には、より大きいインプット電圧を通過させ、これによりアウトプット電圧を制御し安定させる。該アウトプット電圧Voutは(1+n)×参考電圧Vref(Vout=(1+n)×Vref)である。
続いて図3の詳細実施回路図である図4に示すように、もし該チャージポンプ回路11がー2xポンプ回路であるなら、該チャージポンプ回路11内には充電トランジスタ111、放電トランジスタ112、p型トランジスタ113、n型トランジスタ114を含む。
該充電トランジスタ111、該放電トランジスタ112は順番に設置され、インプットエンドVPとアウトプットエンド間に設置され、それぞれ第一クロックCK1と第二一クロックCK2の制御を受ける。該第一クロックCK1と該第二一クロックCK2のクロック信号は反対である。
該p型トランジスタ113と該n型トランジスタ114が組成するインバーターの第三クロックCK3と該第二一クロックCK2のクロック信号は同時で、しかもインプットエンドVP1は電圧源電圧VDD(一般には2.6V〜3.3V)に接続する。該ポンプキャパシタCpは該インバーターのアウトプットエンドC1B、及び該充電トランジスタ111と該放電トランジスタ112間の接点C1Aに設置する。
該調節トランジスタ121はインプットエンド電圧と該チャージポンプ回路11の充電トランジスタ111間のインプットエンドVP(図4参照)に設置する。該インプットエンド電圧は電圧源電圧VDD(一般には2.6V〜3.3V)である。
もし該第一抵抗器R1と該第二抵抗器R2の比が3:1(例えば、該第一抵抗器R1は300KΩで、該第二抵抗器R2は100KΩ)なら、分圧により4分の1の分圧電圧(Vout/4)を該誤差増幅及び比較素子122に生じる。
該回路の作動原理によれば、該充電トランジスタ111の第一クロックCK1が高レベルであるなら、該第三クロックCK3は低レベルである。該インバーターは該p型トランジスタ113を通して該ポンプキャパシタCpに対して該電圧源電圧VDDを充電する。該充電トランジスタ111の第一クロックCK1を低レベル、該第二クロックCK2と該第三クロックCK3を高レベルに制御する時、先ず該誤差増幅及び比較素子122を利用し、抵抗器と分圧、フィードバック、調節し、アウトプット電圧Voutを出力する。
もし該誤差増幅及び比較素子122のプラスエンドの参考電圧Vrefが102Vで、アウトプット電圧Voutが抵抗器分圧を経て、4分の1電圧(Vout/4)を生じ、該誤差増幅及び比較素子122のマイナスエンドに送る。この時、該誤差増幅及び比較素子122は該調節トランジスタ121を制御し多少の電圧を通過させ、該充電トランジスタ111を通して既に電圧源電圧VDDを具えたポンプキャパシタCpに対して充電する。
マイナスのロードになった時には、フィードバック電圧は低くなり、該誤差増幅及び比較素子122はこの誤差電圧を探知し、該調節トランジスタ121を制御しより多くの電圧を通過させ、フィードバック電圧は参考電圧Vref(1.2V)に安定する。アウトプット電圧Voutとフィードバック電圧は4:1の関係にあるため、アウトプット電圧Voutは(1+n)×参考電圧Vref、Vout=(1+n)×Vref=(1+3)×1.2V=4.8Vに安定する。
次に本発明チャージポンプ回路の別種の接続表示図である図5、及び図5の詳細実施回路図である図6に示すように、該チャージポンプ回路11は2xのポンプ回路であり、しかも内部構造は前記と同様である。但し、該調節トランジスタ121は該インプットエンドVP1から該インバーターに設置し、該充電トランジスタ111のインプットエンドVPは該電圧源電圧VDDに接続する。
同様に、該インプットエンドINPUT電圧は電圧源電圧VDDである。
しかも、もし該第一抵抗器R1と該第二抵抗器R2の比が3:1(例えば、該第一抵抗器R1は300KΩで、該第二抵抗器R2は100KΩ)なら、分圧により4分の1の電圧を該誤差増幅及び比較素子122に生じる。
この接続方法の回路作動原理は、該充電トランジスタ111の第一クロック信号CK1を高レベルに、第三クロック信号CK3を低レベルに制御する時、先ず該誤差増幅及び比較素子122を利用し、抵抗器と分圧、調節し、アウトプット電圧を出力する。該誤差増幅及び比較素子122のプラスエンドの参考電圧Vrefが1.2Vで、アウトプット電圧が抵抗器分圧を経て、4分の1電圧(Vout/4)を生じ、該誤差増幅及び比較素子122のマイナスエンドに送る。この時、該誤差増幅及び比較素子122は該調節トランジスタ121を制御し多少の電圧を通過させ、該p型トランジスタ113を通してポンプキャパシタCpに対して充電する。該充電トランジスタ111の第一クロックCK1を低レベル、該第二クロックCK2と該第三クロックCK3を高レベルに制御する時、インプットVPは該充電トランジスタ111を通して既に電圧を備えたポンプキャパシタCpに対して電圧源電圧VDDを充電し、これによりアウトプット電圧Voutは(1+n)×参考電圧Vref、Vout=(1+n)×Vref=(1+3)×1.2V=4.8Vに安定する。
公知のチャージポンプ回路の表示図である。 本発明チャージポンプ回路の表示図である。 本発明チャージポンプ回路の接続表示図である。 図3の詳細実施回路図である。 本発明チャージポンプ回路の別種の接続表示図である。 図5の詳細実施回路図である。
符号の説明
110 チャージポンプ回路
111 充電トランジスタ
112 放電トランジスタ
113 p型トランジスタ
114 n型トランジスタ
120 インプット調節回路
121 調節トランジスタ
122 誤差増幅及び比較素子
R1 第一抵抗器
R2 第二抵抗器
Vref 参考電圧
Vout アウトプット電圧
CK1 第一クロック
CK2 第二クロック
CK3 第三クロック
VP1 インプットエンド
VDD 電圧源電圧
Cp ポンプキャパシタ
Co アウトプットキャパシタ
C1A 接点
C1B アウトプットエンド

Claims (3)

  1. チャージポンプ回路はポンプキャパシタを外付けし、そのアウトプットエンドにはアースであるアウトプットキャパシタを接続し、
    該チャージポンプ回路はインプット調節回路を含み、該インプット調節回路はインプット電圧とチャージポンプ回路間に設置し、マイナスフィードバックのメカニズムを利用し、該チャージポンプ回路のアウトプット電圧変化を検知し、該チャージポンプ回路にインプットしようとする電圧を調節し安定したアウトプット電圧を達成することを特徴とする電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路。
  2. 請求項1記載の電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路において、前記インプット調節回路は調節トランジスタ、第一抵抗器と第二抵抗器、誤差増幅及び比較素子を含み、
    該調節トランジスタは該インプット電圧と該チャージポンプ回路間に設置し、
    該第一抵抗器と該第二抵抗器は該チャージポンプ回路のアウトプットエンドに直列し、
    該誤差増幅及び比較素子のインプットエンドは参考電圧に接続し、反対のインプットエンドは該第一抵抗器と該第二抵抗器間の接点に接続し、アウトプット電圧は該接点における分圧を取得し、マイナスフィードバックメカニズムを形成し、しかも該誤差増幅及び比較素子のアウトプットエンドは該調節トランジスタの制御エンドに接続し、該調節トランジスタを制御し多少の電圧を通過させることを特徴とする電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路。
  3. 請求項2記載の電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路において、前記第一抵抗器と該第二抵抗器の比はn:1で、n分の1の分圧電圧を生じ、該誤差増幅及び比較素子に送り、しかも該nは1より大きいことを特徴とする電圧安定器を外付けせずとも電圧安定効果を具えるチャージポンプ回路。
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US10790781B2 (en) 2018-05-14 2020-09-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor integrated circuit

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