JP2010283952A - チャージポンプ回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】電磁ノイズを抑制可能なチャージポンプ回路を提供する。
【解決手段】チャージポンプ回路は、スイッチ制御回路10と、昇圧回路11とを備える。スイッチ制御回路10は、基本クロック信号生成回路7と、イネーブル信号生成回路8と、選択回路1と、制御信号生成回路6とを有する。スイッチ制御回路10内に選択回路1を設けて、デューティ比がそれぞれ異なる信号ENAB0、ENAB1を交互に選択することで、コンデンサC1の充電電流が瞬間的に流れてから、次に放電電流が瞬間的に流れるまでの間隔と、放電電流が瞬間的に流れてから、次に充電電流が瞬間的に流れるまでの間隔が互いに異なるように、充放電の切替えを行う。そのため、電磁ノイズの周波数が1/T1および1/T2の2種類になり、結果としてコンデンサC1の充放電に起因する電磁ノイズを抑制できる。
【選択図】図2
【解決手段】チャージポンプ回路は、スイッチ制御回路10と、昇圧回路11とを備える。スイッチ制御回路10は、基本クロック信号生成回路7と、イネーブル信号生成回路8と、選択回路1と、制御信号生成回路6とを有する。スイッチ制御回路10内に選択回路1を設けて、デューティ比がそれぞれ異なる信号ENAB0、ENAB1を交互に選択することで、コンデンサC1の充電電流が瞬間的に流れてから、次に放電電流が瞬間的に流れるまでの間隔と、放電電流が瞬間的に流れてから、次に充電電流が瞬間的に流れるまでの間隔が互いに異なるように、充放電の切替えを行う。そのため、電磁ノイズの周波数が1/T1および1/T2の2種類になり、結果としてコンデンサC1の充放電に起因する電磁ノイズを抑制できる。
【選択図】図2
Description
本発明は、コンデンサを充放電して電圧を昇圧するチャージポンプ回路に関する。
液晶表示装置等の表示装置は、表示パネルとパネル制御回路(表示ドライバ)とを備えている。表示パネルは、パネル制御回路の電源電圧よりも高い電圧で駆動する必要があることから、パネル制御回路の電源電圧をコンデンサを用いて昇圧するチャージポンプ回路が用いられることが多い。チャージポンプ回路は、コンデンサの電極の接続を切替えて充放電を繰り返すことにより、負荷に電源電圧より高い電圧を供給できる。
この充電と放電との切替えを一定の周期で行うと、その周期で充電および放電の電流が瞬間的に流れ、切替えの周期(周波数)で大きな電磁ノイズが発生するという問題がある。
一般に、携帯電話端末等の通信機能と液晶表示装置を備える電子機器では、無線通信装置やGPS(Global Positioning System)装置等を備えており、複数の周波数帯域が使用される。チャージポンプ回路から所定の周波数で大きな電磁ノイズが発生すると、同じ周波数あるいはその高調波帯を利用する電子機器に悪影響を与えるEMI(Electromagnetic Interference:電磁干渉)が問題となる。そのため、電磁ノイズを抑制可能なチャージポンプ回路が必要である。
特許文献1には、薄膜トランジスタを用いて昇圧を行うDC−DC変換回路の出力電圧のばらつきを抑制する技術が開示されている。しかしながら、上述のような充放電に起因する電磁ノイズを抑制することは念頭に置いていない。
本発明は、コンデンサの充放電に伴って発生する電磁ノイズを抑制可能なチャージポンプ回路を提供するものである。
本発明の一態様によれば、入力される電源電圧を昇圧して出力電圧を生成するチャージポンプ回路において、前記電源電圧を昇圧するために用いられる第1のコンデンサと、第1の制御信号に応じて前記第1のコンデンサの充電を行い、第2の制御信号に応じて前記出力電圧を生成するとともに前記第1のコンデンサの放電を行う第1の充放電制御回路と、水平同期信号に同期した基本クロック信号を生成する基本クロック信号生成回路と、前記第1の充放電制御回路が前記第1のコンデンサの充電を開始してから次に放電を開始するまでの間隔と、放電を開始してから次に充電を開始するまでの間隔とが計2種類以上の異なる周期を持つように、デューティ比がそれぞれ異なる複数のイネーブル信号のうちの1つを順繰りに選択する選択回路と、前記選択されたイネーブル信号と前記基本クロック信号との論理演算により、前記第1および第2の制御信号を生成する制御信号生成回路と、を備えることを特徴とするチャージポンプ回路が提供される。
本発明によれば、コンデンサの充放電に伴って発生するチャージポンプ回路の電磁ノイズを抑制できる。
以下、本発明に係るチャージポンプ回路の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るチャージポンプ回路の回路図である。本実施形態では、液晶表示装置で用いられるチャージポンプ回路を一例として説明する。図1のチャージポンプ回路は、スイッチ制御回路10と、昇圧回路11とを備える。このチャージポンプ回路は、例えば、液晶パネルを駆動するパネル制御回路(表示ドライバ)に内蔵される。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るチャージポンプ回路の回路図である。本実施形態では、液晶表示装置で用いられるチャージポンプ回路を一例として説明する。図1のチャージポンプ回路は、スイッチ制御回路10と、昇圧回路11とを備える。このチャージポンプ回路は、例えば、液晶パネルを駆動するパネル制御回路(表示ドライバ)に内蔵される。
昇圧回路11は、コンデンサC1(第1のコンデンサ),C3と、ダイオードD1と、スイッチSW21,SW22,SW31,SW32とを有する。以下では、コンデンサC1の電極のうち、スイッチSW22側の電極を第1の電極、スイッチSW21側の電極を第2の電極と呼ぶ。スイッチSW21は、コンデンサC1の第2の電極と電源電圧端子Vinとの間に接続される。スイッチSW22は、第1の電極と接地端子との間に接続される。スイッチSW31は、第2の電極と出力端子Voutとの間に接続される。スイッチSW32は、第1の電極と電源電圧端子Vinとの間に接続される。ダイオードD1のアノードは電源電圧端子Vinに接続され、カソードは出力端子Voutに接続される。コンデンサC1は、出力端子Voutと接地端子との間に接続される。
スイッチSW21,SW22は、スイッチ制御回路10が生成する制御信号DCCK(第1の制御信号)がハイの時にオンになり、ロウのときオフになる。また、スイッチSW31,SW32は、スイッチ制御回路10が生成する制御信号I_DCCK(第2の制御信号)がハイのときにオンになり、ロウのときにオフになる。これらのスイッチSW21,SW22,SW31,SW32は、第1の充放電制御回路を構成する。
電源電圧端子Vinは、電源電圧Vinを供給する。後述するように、この電源電圧Vinは、コンデンサC1によって昇圧され、電圧2*Vinを出力端子Voutから出力する。電源電圧Vinは、例えば3Vであり、コンデンサC1の容量は、例えば1μFである。出力端子Voutに出力される電圧は、例えば、液晶表示装置に入力されるデジタル映像信号をアナログ電圧に変換するDAC(Digital to Analog Converter)回路や、このアナログ電圧を液晶パネルを駆動できる電圧レベルまで増幅するアンプ回路や、電圧レベルを変換するレベルシフト回路等の電源電圧として用いられる。
次に、図1のチャージポンプ回路の動作の概略を説明する。まず、スイッチ制御回路10は、制御信号DCCKをハイに、制御信号I_DCCKをロウにそれぞれ初期設定する。これにより、電源電圧端子Vin、スイッチSW21、コンデンサC1、スイッチSW22、接地端子の閉回路(a1)が形成され、コンデンサC1に電源電圧Vinに対応する電荷が充電される。
その後、スイッチ制御回路10は、制御信号DCCKをロウに、制御信号I_DCCKをハイにそれぞれ設定する。これにより、電源電圧端子Vin、スイッチSW32、コンデンサC1、スイッチSW31、出力端子Voutの閉回路(b1)が形成される。コンデンサC1には、電源電圧Vinに応じた電荷が充電されているので、第1の電極の電圧が電源電圧Vinになると、第2の電極の電圧は2*Vinになり、出力端子Voutから電圧2*Vinが出力される。このとき、出力端子Voutに接続された負荷およびコンデンサC3には電圧2*Vinに応じた電流が流れ、これにより、コンデンサC1は放電される。コンデンサC3は、出力端子Voutに出力される電圧2*Vinを保持する。
以下、同様にコンデンサC1の充放電を交互に繰り返すことにより、チャージポンプ回路は出力端子Voutに電圧2*Vinを安定的に供給する。
図2は図1のスイッチ制御回路10の内部構成の一例を示す回路図である。図2のスイッチ制御回路10は、基本クロック信号生成回路7と、イネーブル信号生成回路8と、選択回路1と、制御信号生成回路6とを有する。
基本クロック信号生成回路7は、水平同期信号HSYNCに同期した基本クロック信号CKを生成し、イネーブル信号生成回路8と制御信号生成回路6とに供給する。イネーブル信号生成回路8は、基本クロック信号CKに同期させてイネーブル信号ENAB0,ENAB1を生成し、選択回路1に供給する。選択回路1は、外部から設定される、水平同期信号HSYNCに同期した選択信号SELの論理に応じて信号ENAB0,ENAB1のいずれかを選択して信号ENABを生成し、制御信号生成回路6に供給する。制御信号生成回路6は、信号ENABと基本クロック信号CKとの論理演算により、制御信号DCCK,I_DCCKを生成し、昇圧回路11に供給する。
制御信号生成回路6は、基本クロック信号CKを論理反転して逆相クロック/CKを生成するインバータ2と、逆相クロック/CKをさらに論理反転して正相クロックCK1を生成するインバータ3と、正相クロックCK1と信号ENABとの論理積演算をして制御信号DCCKを生成するAND回路4と、逆相クロック/CKと信号ENABとの論理積演算をして制御信号I_DCCKを生成するAND回路5とを有する。
ここで、基本クロック信号CK、信号ENAB0,ENAB1,ENAB、制御信号DCCK,I_DCCKは、いずれもデジタル信号である。スイッチSW21,SW22がオンするのは、信号ENAB0がハイである期間であり、スイッチSW31,SW32がオンするのは、信号ENAB1がハイである期間であるので、信号ENAB0,ENAB1がハイである期間をイネーブル状態と呼ぶ。
制御信号生成回路6は、図2のように種々の論理ゲート回路を組み合わせて構成できるため、具体的な回路構成は図2に示したものに限定されない。
図3は、図1のチャージポンプ回路の動作の一例を示すタイミング図であり、横軸は時間、縦軸はチャージポンプ内の各部の信号電圧である。なお、スイッチ制御回路10内の各回路での遅延時間は極めて短いので、図3では遅延時間を無視して図示している。図3を用いて、スイッチ制御回路10内の各回路の動作を説明する。
水平同期信号HSYNCは、液晶パネルに表示する画像の水平方向のタイミングを示す信号であり、その周波数は例えば20kHz(周期50μs)である。基本クロック信号生成回路7は、例えば水平同期信号HSYNCの立ち上がりエッジで反転動作を行う基本クロック信号CKを生成する。
イネーブル信号生成回路8は、後述するように、画素クロックに同期させて、基本クロック信号CKの論理反転から例えば2.5μs経過後に信号ENAB0をハイに設定し、第1の規定時間(例えば45μs)経過後に信号ENAB0をロウに設定する。この第1の規定時間は、基本クロック信号CKが再度論理反転するより前に信号ENAB0がロウになるよう設定される。また、イネーブル信号生成回路8は、基本クロック信号CKの論理反転から例えば5μs経過後に信号ENAB1をハイに設定し、第2の規定時間(例えば40μs)経過後に信号ENAB1をロウに設定する。この第2の規定時間は、基本クロック信号CKが再度論理反転するより前に信号ENAB1がロウになるよう設定される。
このように、イネーブル信号生成回路8は、デューティ比がそれぞれ異なり、かつ、イネーブル状態を示す期間の長さと、イネーブル状態に切り替わるタイミングとがそれぞれ異なる信号ENAB0,ENAB1を生成する。
なお、イネーブル信号生成回路8には、例えば水平同期信号HSYNCより周波数が高い画素クロック(図2には不図示)が入力され、この画素クロックの個数をカウントすることにより、基本クロック信号CKが論理反転してからの経過時間を計測できる。これにより、イネーブル信号生成回路8は、信号ENAB0,ENAB1を論理反転させるタイミングを設定する。
選択信号SELは、水平同期信号HSYNCに同期して論理が変化する信号であり、外部から入力される。本実施形態では、選択信号SELは、水平同期信号HSYNCと同じ周期を有し、選択信号SELは、信号ENAB0,ENAB1が共にロウである期間毎に一度ずつ、値が切替わる。選択回路1は、選択信号SELが0のときは信号ENAB0を選択し、1のときは信号ENAB1を選択して、選択した信号を信号ENABとして出力する。
液晶表示装置に映像信号が入力される間は、必ず水平同期信号HSYNCも入力される。そのため、水平同期信号HSYNCに同期させて基本クロック信号CKを生成し、この基本クロック信号CKに同期させて信号ENAB0,ENAB1を生成することで、映像信号が入力されている限り常に制御信号DCCK,I_DCCKを生成でき、確実に昇圧回路11を動作させることができる。
また、上述のように、制御信号生成回路6は、基本クロック信号CKのハイ(第1の論理)期間内での信号ENABのハイ期間により制御信号DCCKのハイ期間を設定し、基本クロック信号CKのロウ(第2の論理)期間内での信号ENABのハイ期間により制御信号I_DCCKのハイ期間を設定する。そのため、制御信号DCCK,I_DCCKが同時にハイになることはなく、少なくとも一方は必ずロウである。しかも、信号ENAB0,ENAB1は、基本クロック信号CKが論理反転する前後の一定期間はロウである。そのため、制御信号DCCK,I_DCCKが論理反転する瞬間に、これらが同時にハイになることもない。
したがって、図1のスイッチSW21,SW22の組と、スイッチSW31,SW32の組とが同時にオンすることはない。よって、これらのスイッチが同時にオンして、電源電圧端子Vin、スイッチSW32、スイッチSW22、接地端子の閉回路が形成されて電源電圧端子Vinと接地端子とが短絡するおそれはない。
次に、図3を用いて図1のチャージポンプ回路全体の動作を説明する。
時刻t1では、選択信号SELの値は0であり、基本クロック信号CKの正相クロックCK1および信号ENAB0が共にハイになるので、制御信号生成回路6内のAND回路4は、制御信号DCCKをハイに設定する。これによりスイッチSW21,SW22がオンになり、閉回路(a1)によってコンデンサC1への充電が行われる。このとき、コンデンサC1を充電する電流(充電電流)が流れる。制御信号DCCKがハイである時刻t1〜t2の期間で閉回路(a1)が形成されているが、閉回路(a1)が形成されるとすぐにコンデンサC1の充電が完了するため、時刻t1で瞬間的に充電電流が流れ、その後はほとんど充電電流は流れない。
次に、時刻t2で、信号ENAB0がロウになるので、制御信号生成回路6内のAND回路4は、制御信号DCCKをロウに設定する。これによりスイッチSW21,SW22がオフになる。なお、時刻t1〜t3では、逆相クロック/CKまたは信号ENAB0がロウであり、AND回路5は制御信号I_DCCKをロウに設定するので、スイッチSW31,SW32はオフである。
その後の時刻t3では、選択信号SELの値は1であり、基本クロック信号CKの逆相クロック/CKおよび信号ENAB1が共にハイになるので、制御信号生成回路6内のAND回路5は、制御信号I_DCCKをハイに設定する。これにより、スイッチSW31,SW32がオンになり、閉回路(b1)によって出力端子Voutに電圧2*Vinが供給される。このとき、コンデンサC1を放電する電流(放電電流)が流れる。制御信号I_DCCKがハイである時刻t3〜t4の期間で閉回路(b1)が形成されているが、閉回路(b1)が形成されるとすぐにコンデンサC1の放電が完了するため、時刻t3で瞬間的に放電電流が流れ、その後はほとんど放電電流は流れない。
時刻t1で瞬間的に充電電流が流れた後、時刻t3で瞬間的に放電電流が流れるまでの間隔はT1(上述の数値例では52.5μs)である。
次に、時刻t4で、信号ENAB1がロウになるので、制御信号生成回路6内のAND回路5は、制御信号I_DCCKをロウに設定する。これによりスイッチSW31,SW32がオフになる。なお、時刻t2〜t4では、正相クロックCK1または信号ENAB1がロウであり、AND回路4は制御信号DCCKをロウに設定するので、スイッチSW21,SW22はオフである。
同様にして、時刻t5でAND回路4は制御信号DCCKをハイに設定し、充電電流が流れる。時刻t3で放電電流が流れた後、時刻t5で充電電流が流れるまでの間隔は、T1とは異なるT2(上述の数値例では47.5μs)である。このように、本実施形態では、充電電流が瞬間的に流れてから、次に放電電流が瞬間的に流れるまでの間隔T1と、放電電流が瞬間的に流れてから、次に充電電流が瞬間的に流れるまでの間隔T2とが異なっている。これが本実施形態の特徴の一つである。
仮に、スイッチ制御回路10内に選択回路1を設けず、イネーブル信号生成回路8がただ1つの信号ENAB0を生成する回路構成の場合、充電電流が瞬間的に流れてから、次に放電電流が瞬間的に流れるまでの間隔と、放電電流が瞬間的に流れてから、次に充電電流が瞬間的に流れるまでの間隔とは等しくなり、いずれの時間間隔も水平同期信号HSYNCの周期と同じ50μsになる。その結果、チャージポンプ回路は周波数20kHzの大きな電磁ノイズを発生させてしまう。これに対し、本実施形態では、上述したように、充放電電流が瞬間的に流れる間隔はT1とT2の2種類存在する。そのため、発生する電磁ノイズの周波数は1/T1および1/T2の2種類になり、常に一定の周波数で電磁ノイズが発生する場合と比較して、電磁ノイズの強度を大幅に抑制できる。
このように、第1の実施形態では、スイッチ制御回路10内に選択回路1を設けて、デューティ比がそれぞれ異なる信号ENAB0、ENAB1を交互に選択することで、コンデンサC1の充電電流が瞬間的に流れてから、次に放電電流が瞬間的に流れるまでの間隔と、放電電流が瞬間的に流れてから、次に充電電流が瞬間的に流れるまでの間隔が互いに異なるように、充放電の切替えを行う。そのため、電磁ノイズの周波数が1/T1および1/T2の2種類になり、結果としてコンデンサC1の充放電に起因する電磁ノイズを抑制できる。また、水平同期信号HSYNCに同期させて基本クロック信号CKを生成し、この基本クロック信号CKに同期させて信号ENAB0,ENAB1を生成するため、映像信号が入力される間は継続して昇圧回路11を動作させることができる。
(第2の実施形態)
上述した第1の実施形態では、2つのイネーブル信号ENAB0,ENAB1のいずれかを選択したが、以下に説明する第2の実施形態では3つのイネーブル信号ENAB0〜ENAB2のいずれかを選択して制御信号DCCK,I_DCCKを生成するものである。
上述した第1の実施形態では、2つのイネーブル信号ENAB0,ENAB1のいずれかを選択したが、以下に説明する第2の実施形態では3つのイネーブル信号ENAB0〜ENAB2のいずれかを選択して制御信号DCCK,I_DCCKを生成するものである。
本実施形態では、チャージポンプ回路内の昇圧回路11の構成は図1と同様であり、スイッチ制御回路10の内部構成が異なる。以下では、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図4は、本発明の第2の実施形態に係るスイッチ制御回路10の内部構成の一例を示す回路図である。図4のスイッチ制御回路10内のイネーブル信号生成回路8は、水平同期信号HSYNCに同期させて、3つのイネーブル信号ENAB0〜ENAB2を生成する。選択回路1は、外部から設定される選択信号SELの論理に応じて信号ENAB0〜ENAB2のいずれかを選択して信号ENABを生成し、制御信号生成回路6に供給する。
図5は、チャージポンプ回路の動作の一例を示すタイミング図であり、縦軸と横軸は図3と同様である。イネーブル信号生成回路8は、基本クロック信号CKの論理反転から例えば7.5μs後に信号ENAB2をハイに設定し、第3の規定時間(例えば35μs)経過後に信号ENAB2をロウに設定する。この第3の規定時間は、基本クロック信号CKが再度論理反転するより前に信号ENAB2がロウになるよう設定される。
選択回路1に外部から設定される選択信号SELは、0〜2の3つの値をとる信号である。選択回路1は、選択信号SELが0のときは信号ENAB0を選択し、1のときは信号ENAB1を選択し、2のときは信号ENAB2を選択し、選択した信号を信号ENABとして出力する。図5では、選択信号SELは、図3と同様のタイミングで論理が順繰りに変化する。
図5に示すように、時刻t11で制御信号DCCKがハイになり、閉回路(a1)によってコンデンサC1は充電される。本実施形態でも、閉回路(a1)が形成される時刻t11で瞬間的に充電電流が流れ、その後はほとんど充電電流は流れない。次に、時刻t12で制御信号I_DCCKがハイになり、閉回路(b1)によってコンデンサC1は放電される。本実施形態でも、閉回路(b1)が形成される時刻t12で瞬間的に放電電流が流れ、その後はほとんど放電電流は流れない。時刻t11で充電電流が流れた後、時刻t12で放電電流が流れるまでの間隔はT11(上述の数値例では52.5μs)である。
次に、時刻t13で制御信号DCCKがハイになり、コンデンサC1は充電される。時刻t12で放電電流が流れた後、時刻t13で充電電流が流れるまでの間隔はT11である。続いて、時刻t14で制御信号I_DCCKがハイになり、コンデンサC1は放電される。時刻t13で充電電流が流れた後、時刻t14で放電電流が流れるまでの間隔は、T11とは異なるT12(上述の数値例では45μs)である。以下、間隔T11またはT12で、コンデンサC1の充電電流および放電電流が流れる。
このように、本実施形態でも、第1の実施形態と同様に、充電電流が瞬間的に流れてから、次に放電電流が瞬間的に流れるまでの間隔と、放電電流が瞬間的に流れてから、次に充電電流が瞬間的に流れるまでの間隔とが異なる場合がある。そのため、電磁ノイズの周波数が1/T11および1/T12の2種類になり、第1の実施形態と同様に、電磁ノイズを抑制できる。
なお、図5では選択信号SELの値を0,1,2の順に切替えるが、選択信号SELの値を2,1,0の順に切替えてもよい。この場合、充放電電流が流れる間隔は47.5μsおよび55μsになり、やはり、充放電電流が瞬間的に流れる間隔が2種類存在し、電磁ノイズの周波数も2種類存在することになり、電磁ノイズを抑制できる。
図6は、チャージポンプ回路の動作の別の一例を示すタイミング図であり、縦軸と横軸は図5と同様である。図6では、図5と異なり、選択信号SELは水平同期信号HSYNCの2倍の周波数を有する。その結果、図6の場合、選択信号SELの値は、信号ENAB0〜ENAB2が全てロウである期間に一度ずつ順繰りに切り替わり、さらに、信号ENAB0〜ENAB2が全てハイである期間に一度ずつ順繰りに切替わる。
図6に示すように、時刻t21でコンデンサC1は充電される。その後、時刻t22でコンデンサC1は放電される。充電から放電の間隔(時刻t21〜t22)はT13(上述の数値例では55μs)である。次に、時刻t23でコンデンサC1は充電される。放電から充電の間隔(時刻t22〜t23)は、T13とは異なるT14(上述の数値例では47.5μs)である。続いて、時刻t24でコンデンサC1は放電される。充電から放電の間隔(時刻t23〜t24)はT14である。以下、間隔T13またはT14で、コンデンサC1の充電電流および放電電流が流れる。
このように、図6の場合も、充電電流が瞬間的に流れてから、次に放電電流が瞬間的に流れるまでの間隔と、放電電流が瞬間的に流れてから、次に充電電流が瞬間的に流れるまでの間隔とが異なる場合がある。そのため、電磁ノイズの周波数が1/T13および1/T14の2種類になり、第1の実施形態と同様に、電磁ノイズを抑制できる。
以上に示したように、選択信号SELを切替える順序やタイミングに応じて、電磁ノイズの周波数を切替えることができる。例えば、図5では、電磁ノイズの周波数は1/T11と1/T12である。これらの周波数が例えば無線通信機能で用いられる周波数帯域と重なり、EMIが問題となる場合、図6に示すように、選択信号SELの周期を切替えることで、図5とは異なる周波数1/T13および1/T14の2種類にすることができ、周波数1/T11および1/T12の電磁ノイズによるEMIを抑制することができる。
図7は、チャージポンプ回路の動作の別の一例を示すタイミング図であり、縦軸と横軸は図5と同様である。図では、選択信号SELは、水平同期信号HSYNCの1/2倍の周期を有する。その結果、図7の場合、選択信号SELの値は、信号ENAB0〜ENAB2が全てハイであり、かつ、基本クロック信号CKがハイである期間に一度ずつ、順繰りに切替わる。
図7に示すように、時刻t31でコンデンサC1は充電される。その後、時刻t32でコンデンサC1は放電される。充電から放電の間隔(時刻t31〜t32)はT11(上述の数値例では52.5μs)である。次に、時刻t33でコンデンサC1は充電される。放電から充電の間隔(時刻t32〜t33)は、T11とは異なるT15(上述の数値例では50μs)である。続いて、時刻t34でコンデンサC1は放電される。充電から放電の間隔(時刻t33〜t34)はT11である。
さらに、時刻t35でコンデンサC1は充電される。放電から充電の間隔(時刻t34〜t35)はT15である。その後、時刻t36でコンデンサC1は放電される。充電から放電の間隔(時刻t35〜t36)はT11,T15とは異なるT12(上述の数値例では45μs)である。以下、間隔T11、T12またはT15で、コンデンサC1の充電電流および放電電流が流れる。
このように、図7の場合、充電電流が瞬間的に流れてから、次に放電電流が瞬間的に流れるまでの間隔としてT11とT12の2種類が存在し、また、放電電流が瞬間的に流れてから、次に充電電流が瞬間的に流れるまでの間隔T15が存在する。このように、充放電電流が瞬間的に電流が流れる間隔はT11,T12およびT15の3種類存在する。そのため、電磁ノイズの周波数が1/T11,1/T12および1/T15の3種類になり、図5や図6よりさらに電磁ノイズを抑制できる。
このように、第2の実施形態では、スイッチ制御回路10内に選択回路1を設けて、立ち上がりタイミングが互いに異なる3つの信号ENAB0,ENAB1およびENAB2を順繰りに選択するため、電磁ノイズの周波数を切替える選択自由度が高まる。その結果、選択の仕方に応じて、電磁ノイズの周波数を2種類以上に切替えることができ、かつ選択信号SELの論理の切替えにより、電磁ノイズの周波数が特定の周波数にならないような制御も可能となり、第1の実施形態よりさらに効率よく電磁ノイズを抑制することができる。
なお、本実施形態では、イネーブル信号生成回路8が3つのイネーブル信号を生成する例を示したが、イネーブル信号の数は3つに限られない。より多くのイネーブル信号から1つを選択して制御信号DCCK,I_DCCKを生成することにより、さらに電磁ノイズの周波数の選択自由度を高めることができる。
(第3の実施形態)
第1および第2の実施形態は、1つのコンデンサC1で昇圧を行ったが、以下に説明する第3の実施形態は、2つのコンデンサで昇圧を行うものである。
第1および第2の実施形態は、1つのコンデンサC1で昇圧を行ったが、以下に説明する第3の実施形態は、2つのコンデンサで昇圧を行うものである。
図8は、本発明の第3の実施形態に係るチャージポンプ回路の回路図である。図8のチャージポンプ回路は、図1の昇圧回路11に加えて、さらに昇圧回路12を備える。昇圧回路11の内部構成は図1と同様であり、スイッチ制御回路10の内部構成は、例えば図2や図4に示すものである。
昇圧回路12は、コンデンサC2(第2のコンデンサ)と、スイッチSW23,SW24,SW33,SW34とを有する。以下では、コンデンサC2の電極のうち、スイッチSW24側の電極を第1の電極、スイッチSW23側の電極を第2の電極と呼ぶ。スイッチSW23は、コンデンサC2の第2の電極と出力端子Voutとの間に接続される。スイッチSW24は、第1の電極と電源電圧端子Vinとの間に接続される。スイッチSW33は、第2の電極と電源電圧端子Vinとの間に接続される。スイッチSW34は、第1の電極と接地端子との間に接続される。
スイッチSW23,SW24は、スイッチ制御回路10が生成する制御信号DCCKがハイの時にオンになり、ロウのときオフになる。また、スイッチSW33,SW34は、スイッチ制御回路10が生成する制御信号I_DCCKがハイのときにオンになり、ロウのときにオフになる。これらのスイッチSW23,SW24,SW33,SW34は、第2の充放電制御回路を構成する。
次に、図8のチャージポンプ回路の動作の概略を説明する。まず、スイッチ制御回路10は、制御信号DCCKをハイに、制御信号I_DCCKをロウにそれぞれ設定する。これにより、電源電圧端子Vin、スイッチSW21、コンデンサC1、スイッチSW22、接地端子の閉回路(a1)が形成され、コンデンサC1に電源電圧Vinに対応する電荷が充電される。
これと同時に、電源電圧端子Vin、スイッチSW24、コンデンサC2、スイッチSW23、出力端子Voutの閉回路(a2)が形成される。後述するように、コンデンサC2には電源電圧Vinに対応する電荷が充電されており、第1の電極の電圧が電源電圧Vinになると、第2の電極の電圧は2*Vinになり、出力端子Voutから電圧2*Vinが出力される。このとき、出力端子Voutに接続された負荷およびコンデンサC3には電圧2*Vinに応じた電流が流れ、これにより、コンデンサC2は放電される。
その後、スイッチ制御回路10は、制御信号DCCKをロウに、制御信号I_DCCKをハイにそれぞれ設定する。これにより、電源電圧端子Vin、スイッチSW32、コンデンサC1、スイッチSW31、出力端子Voutの閉回路(b1)が形成される。コンデンサC1には、電源電圧Vinに応じた電荷が充電されているので、第1の電極の電圧が電源電圧Vinになると、第2の電極の電圧は2*Vinになり、出力端子Voutから電圧2*Vinが出力される。このとき、出力端子Voutに接続された負荷およびコンデンサC3には電圧2*Vinに応じた電流が流れ、これにより、コンデンサC1は放電される。
これと同時に、電源電圧端子Vin、スイッチSW33、コンデンサC2、スイッチSW34、接地端子の閉回路(b2)が形成され、コンデンサC2に電源電圧Vinに対応する電荷が充電される。
このように、コンデンサC1の充電中にコンデンサC2が放電し、コンデンサC2の充電中にコンデンサC1が放電する。コンデンサC1,C2の充放電を交互に繰り返すことにより、チャージポンプ回路は出力端子Voutに電圧2*Vinを安定的に供給する。
図8のチャージポンプ回路内のスイッチ制御回路10の内部構成が図2に図示するものである場合、チャージポンプ回路の動作は、例えば図3と同様になる。図3を用いて図8のチャージポンプ回路全体の動作を説明する。
図3に示すように、時刻t1で制御信号DCCKはハイになる。これによりスイッチSW21,SW22がオンになり、閉回路(a1)によってコンデンサC1への充電が行われる。この時刻t1で、コンデンサC1を充電する電流(充電電流)が瞬間的に流れる。同時に、スイッチS23,S24がオンになり、閉回路(a2)によってコンデンサC2から出力端子Voutに電圧2*Vinが供給される。この時刻t1で、コンデンサC2を放電する電流(放電電流)が瞬間的に流れる。
次に、時刻t3で制御信号I_DCCKはハイになる。これにより、スイッチSW31,SW32がオンになり、閉回路(b1)によってコンデンサC1から出力端子Voutに電圧2*Vinが供給される。この時刻t3で、コンデンサC1の放電電流が流れる。同時に、スイッチSW33,SW34がオンになり、閉回路(b2)によってコンデンサC2への充電が行われる。この時刻t3で、コンデンサC2の充電電流が流れる。
時刻t1でコンデンサC1の充電電流およびコンデンサC2の放電電流が瞬間的に流れた後、時刻t3でコンデンサC1の放電電流およびコンデンサC2の充電電流が瞬間的に流れるまでの間隔はT1(上述の数値例では52.5μs)である。
同様にして、時刻t5で制御信号DCCKはハイになり、コンデンサC1の充電電流が流れ、コンデンサC2の放電電流が流れる。時刻t3でコンデンサC1の放電電流およびコンデンサC2の充電電流が流れた後、時刻t5でコンデンサC1の充電電流およびコンデンサC2の放電電流が流れるまでの間隔は、T1とは異なるT2(上述の数値例では47.5μs)である。以下、間隔T1またはT2で、コンデンサC1,C2の充放電電流が瞬間的に流れる。
本実施形態でも、スイッチ制御回路10は、2つの信号ENAB0,ENAB1を用いて制御信号DCCK,I_DCCKを生成するため、充電電流が瞬間的に流れてから、次に放電電流が瞬間的に流れるまでの間隔T1と、放電電流が瞬間的に流れてから、次に充電電流が瞬間的に流れるまでの間隔T2とが異なっている。そのため、第1の実施形態と同様に、電磁ノイズの周波数が1/T1および1/T2の2種類になるため、電磁ノイズを抑制できる。
また、第1の実施形態では、コンデンサC1の放電により出力端子Voutに電圧2*Vinが供給される頻度は、図3の時刻t3等であり、映像信号2ラインに1度である。これに対し、本実施形態では2つのコンデンサC1,C2を用いるため、出力端子Voutに電圧2*Vinが供給される頻度は、時刻t1,t3,t5等であり、1ライン毎である。このように、第3の実施形態では、第1の実施形態より電圧2*Vinを供給する頻度を高くすることができる。よって、出力端子Voutに接続される負荷が大きい場合でも安定して出力端子Voutに電圧2*Vinを供給でき、例えば、信号線に接続される多くのDAC回路を安定して駆動できる。また、出力端子Voutの電圧を保持するために用いられるコンデンサC3を小さくすることもできる。
なお、図8のコンデンサC1,C2と並列にさらにコンデンサを設けてもよい。これにより、さらに大きな負荷を出力端子Voutに接続することができる。また、スイッチ制御回路10として、図4に示すものを用い、図5〜図7のタイミングで昇圧回路11,12を動作させてもよい。
このように、第3の実施形態では、スイッチ制御回路10内に選択回路1を設けて、立ち上がりタイミングが異なる複数のイネーブル信号のうちの1つを選択して、2つのコンデンサC1,C2の充放電を交互に切替えて出力端子Voutに電圧2*Voutを出力する。そのため、電磁ノイズの周波数を2種類以上とすることで電磁ノイズを抑制できるとともに、出力端子Voutにより大きな負荷が接続された場合でも、安定して電圧2*Vinを供給できる。
上述した第1〜第3の実施形態は、本発明の一例であり、本発明は上述した第1〜第3の実施形態には限定されない。本発明の特徴の一つは、以下の3つのうち、少なくとも一つを満たすことである。
1.充電開始から放電開始までの間隔と、放電開始から充電開始までの間隔とが異なる場合がある。これは、例えば図3の場合である。図3では、間隔T1とT2が混在している。
2.充電開始から放電開始までの間隔が2種類以上の周期を持つ。これは、例えば図5の場合である。図5では、充電開始から放電開始までの間隔が、T11の場合とT12の場合が混在している。
3.放電開始から充電開始までの間隔が2種類以上の周期を持つ。これは、例えば図6の場合である。図6では、放電開始から充電開始までの間隔が、T13の場合とT14の場合が混在している。
1.充電開始から放電開始までの間隔と、放電開始から充電開始までの間隔とが異なる場合がある。これは、例えば図3の場合である。図3では、間隔T1とT2が混在している。
2.充電開始から放電開始までの間隔が2種類以上の周期を持つ。これは、例えば図5の場合である。図5では、充電開始から放電開始までの間隔が、T11の場合とT12の場合が混在している。
3.放電開始から充電開始までの間隔が2種類以上の周期を持つ。これは、例えば図6の場合である。図6では、放電開始から充電開始までの間隔が、T13の場合とT14の場合が混在している。
上記1〜3のいずれの場合も、充放電電流が瞬間的に流れる周期が複数通り混在しているため、電磁ノイズの周波数も固定でなくなり、電磁ノイズを抑制できる。
本発明は、上記1〜3の少なくとも一つを実現できる回路構成であれば、具体的な回路構成は問わない。
上述した各実施形態では、基本クロック信号CKに同期して、イネーブル信号生成回路8がイネーブル信号ENAB0等を生成する例を示したが、イネーブル信号の少なくとも1つは外部から入力されてもよい。イネーブル信号は、基本クロック信号CKが論理反転した後にハイになり、基本クロック信号CKが再度論理反転するより前にロウになる信号であればよい。この条件を満たす信号として、例えば水平同期信号と共に入力されるデータイネーブル信号、すなわち、映像ブランキング期間か否かを示す信号をイネーブル信号の1つとして用いてもよい。
また、上述した各実施形態では、選択信号SELの値は交互または順繰りに切替わる例を示したが、乱数発生回路を用いて選択信号SELを生成し、図3等に示すタイミングで選択信号SELをランダムに切替えてもよい。
さらに、上述した各実施形態では、チャージポンプ回路を液晶表示装置に用いる例を示したが、本発明は、有機ELディスプレイ等の他の表示装置等であって、水平同期信号が入力される装置に適用可能である。基本クロック信号CKは水平同期信号に同期して生成されればよく、基本クロック信号CKの周期は、安定して出力端子Voutに電圧2*Voutを供給可能な周期であればよい。
本発明に係るチャージポンプ回路は、回路全体を同一の半導体基板上に形成してもよいし、回路の一部を別の半導体基板上に形成してもよい。また、本発明に係るチャージポンプ回路の一部は、プリント基板等にディスクリート部品を用いて実装してもよい。
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態には限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
1 選択回路
6 制御信号生成回路
7 基本クロック信号生成回路
8 イネーブル信号生成回路
C1〜C3 コンデンサ
6 制御信号生成回路
7 基本クロック信号生成回路
8 イネーブル信号生成回路
C1〜C3 コンデンサ
Claims (5)
- 入力される電源電圧を昇圧して出力電圧を生成するチャージポンプ回路において、
前記電源電圧を昇圧するために用いられる第1のコンデンサと、
第1の制御信号に応じて前記第1のコンデンサの充電を行い、第2の制御信号に応じて前記出力電圧を生成するとともに前記第1のコンデンサの放電を行う第1の充放電制御回路と、
水平同期信号に同期した基本クロック信号を生成する基本クロック信号生成回路と、
前記第1の充放電制御回路が前記第1のコンデンサの充電を開始してから次に放電を開始するまでの間隔と、放電を開始してから次に充電を開始するまでの間隔とが計2種類以上の異なる周期を持つように、デューティ比がそれぞれ異なる複数のイネーブル信号のうちの1つを順繰りに選択する選択回路と、
前記選択されたイネーブル信号と前記基本クロック信号との論理演算により、前記第1および第2の制御信号を生成する制御信号生成回路と、を備えることを特徴とするチャージポンプ回路。 - 前記選択回路は、前記第1の充放電制御回路が前記第1のコンデンサの充電を開始してから次に放電を開始するまでの間隔と、前記第1の充放電制御回路が前記第1のコンデンサの放電を開始してから次に充電を開始するまでの間隔とが互いに異なるように、前記複数のイネーブル信号のうち1つを順繰りに選択する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。
- イネーブル状態を示す期間の長さと、前記イネーブル状態に切り替わるタイミングとがそれぞれ異なる前記複数のイネーブル信号を生成するイネーブル信号生成回路を備え、
前記選択回路は、前記水平同期信号と同じ周期、あるいは前記水平同期信号の周期の整数倍または整数分の1の周期で、前記複数のイネーブル信号のうち1つを順繰りに選択することを特徴とする請求項1または2に記載のチャージポンプ回路。 - 前記制御信号生成回路は、前記基本クロック信号が第1の論理の場合には、前記選択されたイネーブル信号の論理に合わせて前記第1の制御信号の論理を設定し、前記基本クロック信号が第2の論理の場合には、前記選択されたイネーブル信号の論理に合わせて前記第2の制御信号の論理を設定することを特徴とする請求項3に記載のチャージポンプ回路。
- 前記電源電圧を昇圧するために用いられる第2のコンデンサと、
前記第2の制御信号に応じて前記第2のコンデンサの充電を行い、前記第1の制御信号に応じて前記出力電圧を生成するとともに前記第2のコンデンサの放電を行う第2の充電制御回路と、を備え、
前記制御信号生成回路は、前記第1のコンデンサの充電期間中に前記第2のコンデンサが放電を行い、かつ前記第2のコンデンサの充電期間中に前記第1のコンデンサが放電を行うように、前記第1および第2の制御信号を生成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のチャージポンプ回路。
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