JP2013110908A - Charge pump circuit and power supply unit using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve easy and appropriate FET on-off control.SOLUTION: A charge pump circuit 1 includes: a FET 103 (104) used as a charging/discharging switch of a capacitor C1; a detection section 109 (110) that generates a detection signal S11 (S12) on the basis of a current passing through the FET 103 (104) or a voltage across the FET 103 (104); and a drive section 107 (108) that generates a drive signal G11 (G12) of the FET 103 (104) according to the detection signal S11 (S12).

Description

本発明は、チャージポンプ回路及びこれを用いた電源装置に関するものである。   The present invention relates to a charge pump circuit and a power supply device using the same.

チャージポンプ回路は、電圧の正昇圧や負昇圧(反転)が可能であり、主に電流供給能力が必要のない場面で使用される。一般的なチャージポンプ回路では、フライングキャパシタの充放電用スイッチとしてダイオードが用いられる。ただし、ダイオードは順方向降下電圧が大きいので、出力電圧範囲が狭くなる。そのため、出力電圧範囲を広げる必要がある場合には、順方向降下電圧の大きいダイオードに代えて、より降下電圧の小さいFET[field effect transistor]を用いた同期整流方式が採用されていた。   The charge pump circuit is capable of positive voltage boosting and negative voltage boosting (inversion), and is mainly used in situations where current supply capability is not required. In a general charge pump circuit, a diode is used as a charge / discharge switch for a flying capacitor. However, since the diode has a large forward drop voltage, the output voltage range is narrowed. For this reason, when it is necessary to widen the output voltage range, a synchronous rectification method using an FET [field effect transistor] having a smaller voltage drop has been adopted instead of a diode having a large forward voltage drop.

なお、本発明に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。   As an example of the prior art related to the present invention, Patent Document 1 can be cited.

国際公開第2008/065941号公報International Publication No. 2008/065941

同期整流方式のチャージポンプ回路では、複数設けられたFETのうち、同時にオンすべきでないFETが同時にオンしてしまうと、誤動作や効率低下を生じるおそれがある。そのため、適切にFETのオン/オフ制御を行うことが重要である。しかしながら、回路定数(特にフライングキャパシタの容量値)や素子レイアウト等を考慮して、FETのオン/オフ制御を最適化することは困難であった。   In a synchronous rectification type charge pump circuit, if FETs that should not be turned on at the same time among a plurality of FETs are turned on at the same time, there is a risk of malfunction or a reduction in efficiency. Therefore, it is important to appropriately control the on / off of the FET. However, it is difficult to optimize the on / off control of the FET in consideration of circuit constants (particularly the capacitance value of the flying capacitor), element layout, and the like.

本発明は、本願の発明者らにより見出された上記の問題点に鑑み、容易にかつ適切にFETのオン/オフ制御を行うことが可能なチャージポンプ回路、及び、これを用いた電源装置を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems found by the inventors of the present application, the present invention provides a charge pump circuit capable of easily and appropriately performing on / off control of an FET, and a power supply device using the same The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明に係るチャージポンプ回路は、キャパシタの充放電用スイッチとして用いられるFETと、前記FETに流れる電流または前記FETの両端電圧に応じて検出信号を生成する検出部と、前記検出信号に応じて前記FETの駆動信号を生成する駆動部と、を有する構成(第1の構成)とされている。   To achieve the above object, a charge pump circuit according to the present invention includes an FET used as a charge / discharge switch for a capacitor, and a detection unit that generates a detection signal according to a current flowing through the FET or a voltage across the FET. And a drive unit that generates a drive signal for the FET in response to the detection signal (first configuration).

なお、上記第1の構成から成るチャージポンプ回路は、前記キャパシタの第1端と第1電圧の印加端との間に接続された第1FETと、前記キャパシタの第1端と接地電圧の印加端との間に接続された第2FETと、前記キャパシタの第2端と第2電圧の印加端との間に接続された第3FETと、前記キャパシタの第2端と出力電圧の印加端との間に接続された第4FETと、クロック信号を生成するオシレータと、前記クロック信号に応じて前記第1FETと前記第2FETの駆動信号を生成する第1駆動部と、前記第3FETに流れる電流または前記第3FETの両端電圧に応じて第1検出信号を生成する第1検出部と、前記第4FETに流れる電流または前記第4FETの両端電圧に応じて第2検出信号を生成する第2検出部と、前記第1検出信号に応じて前記第3FETの駆動信号を生成する第2駆動部と、前記第2検出信号に応じて前記第4FETの駆動信号を生成する第3駆動部と、を有する構成(第2の構成)にするとよい。   The charge pump circuit having the first configuration includes a first FET connected between the first terminal of the capacitor and a first voltage application terminal, a first terminal of the capacitor and a ground voltage application terminal. A second FET connected between the capacitor, a third FET connected between the second terminal of the capacitor and the application terminal of the second voltage, and between the second terminal of the capacitor and the application terminal of the output voltage. A fourth FET connected to the first FET, an oscillator that generates a clock signal, a first drive unit that generates a drive signal for the first FET and the second FET according to the clock signal, and a current flowing through the third FET or the first FET A first detection unit that generates a first detection signal according to a voltage across the 3FET; a second detection unit that generates a second detection signal according to the current flowing through the fourth FET or the voltage across the fourth FET; A second drive unit that generates a drive signal for the third FET in response to one detection signal; and a third drive unit that generates a drive signal for the fourth FET in response to the second detection signal (second (Configuration).

また、上記第2の構成から成るチャージポンプ回路において、前記第2駆動部は、前記第1検出信号と前記クロック信号の双方に応じて前記第3FETの駆動信号を生成し、前記第3駆動部は、前記第2検出信号と前記クロック信号の双方に応じて前記第4FETの駆動信号を生成する構成(第3の構成)にするとよい。   In the charge pump circuit having the second configuration, the second driving unit generates a driving signal for the third FET in accordance with both the first detection signal and the clock signal, and the third driving unit. May be configured to generate a drive signal for the fourth FET in accordance with both the second detection signal and the clock signal (third configuration).

また、上記第3の構成から成るチャージポンプ回路は、前記第3FETの駆動信号に応じて第1オフ検出信号を生成する第1オフ検出部と、前記第4FETの駆動信号に応じて第2オフ検出信号を生成する第2オフ検出部と、前記第1オフ検出信号と前記第2オフ検出信号に応じて前記クロック信号に遅延を与える遅延部と、を有する構成(第4の構成)にするとよい。   The charge pump circuit having the third configuration includes a first off detection unit that generates a first off detection signal in response to the drive signal of the third FET, and a second off in response to the drive signal of the fourth FET. A configuration (fourth configuration) including a second off detection unit that generates a detection signal, and a delay unit that delays the clock signal according to the first off detection signal and the second off detection signal. Good.

また、上記第2〜第4いずれかの構成から成るチャージポンプ回路において、前記第1電圧と前記第2電圧は、いずれも正電圧である構成(第5の構成)にするとよい。   In the charge pump circuit having any one of the second to fourth configurations, the first voltage and the second voltage may be positive (fifth configuration).

また、上記第5の構成から成るチャージポンプ回路において、前記第1FET、前記第3FET、及び、前記第4FETはいずれもPチャネル型であり、前記第2FETはNチャネル型である構成(第6の構成)にするとよい。   In the charge pump circuit having the fifth configuration, the first FET, the third FET, and the fourth FET are all P-channel type, and the second FET is N-channel type (sixth Configuration).

また、上記第2〜第4いずれかの構成から成るチャージポンプ回路において、前記第1電圧は正電圧であり、前記第2電圧は負電圧である構成(第7の構成)にするとよい。   In the charge pump circuit having any one of the second to fourth configurations, the first voltage may be a positive voltage and the second voltage may be a negative voltage (seventh configuration).

また、上記第7の構成から成るチャージポンプ回路において、前記第1FETはPチャネル型であり、前記第2FET、前記第3FET、及び、前記第4FETはいずれもNチャネル型である構成(第8の構成)にするとよい。   In the charge pump circuit having the seventh configuration, the first FET is a P-channel type, and the second FET, the third FET, and the fourth FET are all N-channel types (eighth). Configuration).

また、上記第8の構成から成るチャージポンプ回路において、前記第1FETと、前記第2FETと、前記第1駆動部と、前記オシレータは、基板に接地電圧が印加された第1半導体装置に集積化されており、前記第3FETと、前記第4FETと、前記第1検出部と、前記第2検出部と、前記第2駆動部と、前記第3駆動部は、基板に負電圧が印加された第2半導体装置に集積化されている構成(第9の構成)にするとよい。   In the charge pump circuit having the eighth configuration, the first FET, the second FET, the first driving unit, and the oscillator are integrated in a first semiconductor device in which a ground voltage is applied to a substrate. The third FET, the fourth FET, the first detection unit, the second detection unit, the second drive unit, and the third drive unit have a negative voltage applied to the substrate. A configuration integrated with the second semiconductor device (a ninth configuration) is preferable.

また、本発明に係る電源装置は、上記第1〜第9いずれかの構成から成るチャージポンプ回路を有する構成(第10の構成)とされている。   Further, the power supply device according to the present invention has a configuration (tenth configuration) including a charge pump circuit having any one of the first to ninth configurations.

本発明によれば、容易にかつ適切にFETのオン/オフ制御を行うことが可能なチャージポンプ回路、及び、これを用いた電源装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a charge pump circuit capable of easily and appropriately performing on / off control of an FET, and a power supply device using the same.

チャージポンプ回路の第1実施形態(正出力型)を示す図The figure which shows 1st Embodiment (positive output type) of a charge pump circuit チャージポンプ回路1Xの一動作例を示すタイミングチャートTiming chart showing an operation example of the charge pump circuit 1X チャージポンプ回路の第2実施形態(正出力型)を示す図The figure which shows 2nd Embodiment (positive output type) of a charge pump circuit チャージポンプ回路1Yの一動作例を示すタイミングチャートTiming chart showing one example of operation of charge pump circuit 1Y チャージポンプ回路の第3実施形態(正出力型)を示す図The figure which shows 3rd Embodiment (positive output type) of a charge pump circuit チャージポンプ回路1Zの一動作例を示すタイミングチャートTiming chart showing an operation example of the charge pump circuit 1Z チャージポンプ回路の第4実施形態(負出力型)を示す図The figure which shows 4th Embodiment (negative output type) of a charge pump circuit チャージポンプ回路2Xの一動作例を示すタイミングチャートTiming chart showing one operation example of charge pump circuit 2X チャージポンプ回路の第5実施形態(負出力型)を示す図The figure which shows 5th Embodiment (negative output type) of a charge pump circuit. チャージポンプ回路2Yの一動作例を示すタイミングチャートTiming chart showing an operation example of the charge pump circuit 2Y チャージポンプ回路の第6実施形態(負出力型)を示す図The figure which shows 6th Embodiment (negative output type) of a charge pump circuit チャージポンプ回路2Zの一動作例を示すタイミングチャートTiming chart showing an operation example of the charge pump circuit 2Z

<第1実施形態>
図1は、チャージポンプ回路の第1実施形態(正出力型)を示す図である。第1実施形態のチャージポンプ回路1Xは、半導体装置100と、フライングキャパシタC1と、出力キャパシタC2を有する。なお、チャージポンプ回路1Xを用いた電源装置は、LCD−TV、PDP−TV、DVDレコーダ、BDレコーダなど、様々なアプリケーションの電源として利用することが可能である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment (positive output type) of a charge pump circuit. The charge pump circuit 1X of the first embodiment includes a semiconductor device 100, a flying capacitor C1, and an output capacitor C2. The power supply device using the charge pump circuit 1X can be used as a power source for various applications such as LCD-TV, PDP-TV, DVD recorder, BD recorder, and the like.

半導体装置100には、PMOSFET[P channel type metal oxide semiconductor field effect transitor]101と、NMOSFET[N channel type MOSFET]102と、PMOSFET103及び104と、オシレータ105と、インバータ106〜108と、コンパレータ109及び110と、が集積化されている。半導体装置100の基板には、接地電圧GND(=0V)が印加されている。   The semiconductor device 100 includes a PMOSFET [P channel type metal oxide semiconductor field effect transitor] 101, an NMOSFET [N channel type MOSFET] 102, PMOSFETs 103 and 104, an oscillator 105, inverters 106 to 108, and comparators 109 and 110. And are integrated. A ground voltage GND (= 0 V) is applied to the substrate of the semiconductor device 100.

FET101のソースは、正電圧V1(>0V)の印加端に接続されている。FET101及び102の各ドレインは、いずれもフライングキャパシタC1の第1端(スイッチ電圧SW11の印加端)に接続されている。FET102のソースは、接地電圧GNDの印加端に接続されている。FET101及び102の各ゲートは、いずれもインバータ106の出力端(駆動信号G10の印加端)に接続されている。インバータ106の入力端は、オシレータ105の出力端(クロック信号CLKの印加端)に接続されている。   The source of the FET 101 is connected to the application terminal of the positive voltage V1 (> 0V). Each of the drains of the FETs 101 and 102 is connected to the first terminal (application terminal of the switch voltage SW11) of the flying capacitor C1. The source of the FET 102 is connected to the application terminal of the ground voltage GND. Each of the gates of the FETs 101 and 102 is connected to the output terminal of the inverter 106 (application terminal of the drive signal G10). The input terminal of the inverter 106 is connected to the output terminal (the application terminal of the clock signal CLK) of the oscillator 105.

FET103のドレインは、正電圧V2(>0V)の印加端に接続されている。FET103のソースとFET104のドレインは、いずれもフライングキャパシタC1の第2端(スイッチ電圧SW12の印加端)に接続されている。FET104のソースは、出力電圧OUTの印加端に接続されている。FET103及び104には、各々のドレインをアノードとし、各々のソースをカソードとするボディダイオード103D及び104Dが付随する。出力電圧OUTの印加端と接地電圧GNDの印加端との間には、出力キャパシタC2が接続されている。   The drain of the FET 103 is connected to the application terminal of the positive voltage V2 (> 0V). The source of the FET 103 and the drain of the FET 104 are both connected to the second end (the application end of the switch voltage SW12) of the flying capacitor C1. The source of the FET 104 is connected to the application terminal for the output voltage OUT. The FETs 103 and 104 are accompanied by body diodes 103D and 104D each having a drain as an anode and each source as a cathode. An output capacitor C2 is connected between the application terminal of the output voltage OUT and the application terminal of the ground voltage GND.

コンパレータ109の非反転入力端(+)は、FET103のドレインに接続されている。一方、コンパレータ109の反転入力端(−)は、FET103のソースに接続されている。コンパレータ109の出力端(検出信号S11の印加端)は、インバータ107の入力端に接続されている。インバータ107の出力端(駆動信号G11の印加端)は、FET103のゲートに接続されている。   The non-inverting input terminal (+) of the comparator 109 is connected to the drain of the FET 103. On the other hand, the inverting input terminal (−) of the comparator 109 is connected to the source of the FET 103. The output terminal of the comparator 109 (the application terminal of the detection signal S11) is connected to the input terminal of the inverter 107. The output terminal of the inverter 107 (the application terminal of the drive signal G11) is connected to the gate of the FET 103.

コンパレータ110の非反転入力端(+)は、FET104のドレインに接続されている。一方、コンパレータ110の反転入力端(−)は、FET104のソースに接続されている。コンパレータ110の出力端(検出信号S12の印加端)は、インバータ108の入力端に接続されている。インバータ108の出力端(駆動信号G12の印加端)は、FET104のゲートに接続されている。   The non-inverting input terminal (+) of the comparator 110 is connected to the drain of the FET 104. On the other hand, the inverting input terminal (−) of the comparator 110 is connected to the source of the FET 104. The output terminal of the comparator 110 (the application terminal of the detection signal S12) is connected to the input terminal of the inverter 108. The output terminal of the inverter 108 (application terminal of the drive signal G12) is connected to the gate of the FET 104.

FET101〜104は、いずれもフライングキャパシタC1の充放電用スイッチとして用いられる。FET101は、フライングキャパシタC1の第1端と正電圧V1の印加端との間に接続された第1FETに相当する。FET102は、フライングキャパシタC1の第1端と接地電圧GNDの印加端との間に接続された第2FETに相当する。FET103は、フライングキャパシタC1の第2端と正電圧V2の印加端との間に接続された第3FETに相当する。FET104は、フライングキャパシタC1の第2端と出力電圧OUTの印加端との間に接続された第4FETに相当する。   The FETs 101 to 104 are all used as charging / discharging switches for the flying capacitor C1. The FET 101 corresponds to a first FET connected between the first end of the flying capacitor C1 and the application end of the positive voltage V1. The FET 102 corresponds to a second FET connected between the first end of the flying capacitor C1 and the application end of the ground voltage GND. The FET 103 corresponds to a third FET connected between the second end of the flying capacitor C1 and the application end of the positive voltage V2. The FET 104 corresponds to a fourth FET connected between the second end of the flying capacitor C1 and the application end of the output voltage OUT.

オシレータ105は、一定周波数のクロック信号CLKを生成する。   The oscillator 105 generates a clock signal CLK having a constant frequency.

インバータ106は、クロック信号CLKに応じてFET101及び102の駆動信号G10を生成する第1駆動部に相当する。駆動信号G10は、クロック信号CLKの論理反転信号となる。   The inverter 106 corresponds to a first drive unit that generates a drive signal G10 for the FETs 101 and 102 in response to the clock signal CLK. The drive signal G10 is a logic inversion signal of the clock signal CLK.

インバータ107は、コンパレータ109から入力される検出信号S11に応じてFET103の駆動信号G11を生成する第2駆動部に相当する。駆動信号G11は、検出信号S11の論理反転信号となる。   The inverter 107 corresponds to a second drive unit that generates the drive signal G11 of the FET 103 according to the detection signal S11 input from the comparator 109. The drive signal G11 is a logical inversion signal of the detection signal S11.

インバータ108は、コンパレータ110から入力される検出信号S12に応じてFET104の駆動信号G12を生成する第3駆動部に相当する。駆動信号G12は、検出信号S12の論理反転信号となる。   The inverter 108 corresponds to a third drive unit that generates the drive signal G12 of the FET 104 according to the detection signal S12 input from the comparator 110. The drive signal G12 is a logic inversion signal of the detection signal S12.

コンパレータ109は、FET103の両端電圧V11(=V2−SW12)に応じて検出信号S11を生成する第1検出部に相当する。検出信号S11は、FET103の両端電圧V11が閾値電圧を上回っているときにハイレベルとなり、閾値電圧を下回っているときにローレベルとなる。すなわち、検出信号S11は、正電圧V2の印加端からスイッチ電圧SW12の印加端に向けて電流が流れているとき(または同方向に電流が流れ得る状態であるとき)にハイレベルとなり、逆に、スイッチ電圧SW12の印加端から正電圧V2の印加端に向けて電流が流れているとき(または同方向に電流が流れ得る状態であるとき)にローレベルとなる。なお、FET103またはボディダイオード103Dを介して流れる電流の向きを検出する手法は、FET103の両端電圧V11を監視する構成に限定されるものではなく、他の構成(例えばセンス抵抗の両端電圧を監視する構成)を採用しても構わない。   The comparator 109 corresponds to a first detection unit that generates the detection signal S11 according to the voltage V11 across the FET 103 (= V2−SW12). The detection signal S11 is at a high level when the voltage V11 across the FET 103 is above the threshold voltage, and is at a low level when the voltage is below the threshold voltage. That is, the detection signal S11 is at a high level when a current flows from the application terminal of the positive voltage V2 toward the application terminal of the switch voltage SW12 (or when the current can flow in the same direction). When the current flows from the application end of the switch voltage SW12 toward the application end of the positive voltage V2 (or when the current can flow in the same direction), the low level is reached. Note that the method for detecting the direction of the current flowing through the FET 103 or the body diode 103D is not limited to the configuration for monitoring the voltage V11 across the FET 103, but other configurations (for example, monitoring the voltage across the sense resistor). Configuration) may be adopted.

コンパレータ110は、FET104の両端電圧V12(=SW12−OUT)に応じて検出信号S12を生成する第2検出部に相当する。検出信号S12は、FET104の両端電圧V12が閾値電圧を上回っているときにハイレベルとなり、閾値電圧を下回っているときにローレベルとなる。すなわち、検出信号S12は、スイッチ電圧SW12の印加端から出力電圧OUTの印加端に向けて電流が流れているとき(または同方向に電流が流れ得る状態であるとき)にハイレベルとなり、逆に、出力電圧OUTの印加端からスイッチ電圧SW12の印加端に向けて電流が流れているとき(または同方向に電流が流れ得る状態であるとき)にローレベルとなる。なお、FET104またはボディダイオード104Dを介して流れる電流の向きを検出する手法は、FET104の両端電圧V12を監視する構成に限定されるものではなく、他の構成(例えばセンス抵抗の両端電圧を監視する構成)を採用しても構わない。   The comparator 110 corresponds to a second detection unit that generates the detection signal S12 according to the voltage V12 across the FET 104 (= SW12−OUT). The detection signal S12 is at a high level when the voltage V12 across the FET 104 is above the threshold voltage, and is at a low level when it is below the threshold voltage. That is, the detection signal S12 becomes high level when a current flows from the application terminal of the switch voltage SW12 toward the application terminal of the output voltage OUT (or when the current can flow in the same direction), and conversely When the current flows from the application terminal of the output voltage OUT toward the application terminal of the switch voltage SW12 (or when the current can flow in the same direction), the output voltage OUT becomes the low level. Note that the method for detecting the direction of the current flowing through the FET 104 or the body diode 104D is not limited to the configuration for monitoring the voltage V12 across the FET 104, but other configurations (for example, monitoring the voltage across the sense resistor). Configuration) may be adopted.

まず、チャージポンプ回路1Xの基本動作について概略的に説明する。FET101及び104がオフとなり、FET102及び103がオンとなる第1フェイズ(充電フェイズ)では、正電圧V2の印加端から、FET103、フライングキャパシタC1、及び、FET102を介して、接地電圧GNDの印加端に至る経路を流れる電流によって、フライングキャパシタC1の充電が行われる。このとき、スイッチ電圧SW11は、ほぼ接地電圧GND(より正確には、接地電圧GNDにFET102の降下電圧を足し合わせた電圧)となり、スイッチ電圧SW12は、ほぼ正電圧V2(より正確には、正電圧V2からFET103の降下電圧を差し引いた電圧)となる。従って、フライングキャパシタC1には、スイッチ電圧SW11とスイッチ電圧SW12との差分電圧(ほぼ正電圧V2)に相当する電荷が蓄えられる。   First, the basic operation of the charge pump circuit 1X will be schematically described. In the first phase (charging phase) in which the FETs 101 and 104 are turned off and the FETs 102 and 103 are turned on, the application terminal for the ground voltage GND is applied from the application terminal for the positive voltage V2 through the FET 103, the flying capacitor C1, and the FET 102. The flying capacitor C1 is charged by the current flowing through the path leading to. At this time, the switch voltage SW11 is substantially the ground voltage GND (more precisely, the voltage obtained by adding the drop voltage of the FET 102 to the ground voltage GND), and the switch voltage SW12 is substantially the positive voltage V2 (more precisely, the positive voltage). Voltage obtained by subtracting the voltage drop of the FET 103 from the voltage V2. Therefore, the charge corresponding to the differential voltage (almost positive voltage V2) between the switch voltage SW11 and the switch voltage SW12 is stored in the flying capacitor C1.

その後、FET101及び104がオンとなり、FET102及び103がオフとなる第2フェイズ(放電フェイズ/電荷転送フェイズ)では、正電圧V1の印加端から、FET101、フライングキャパシタC1、及び、FET104を介して、出力電圧OUTの印加端に至る経路が導通されて、フライングキャパシタC1の放電(出力キャパシタC2への電荷転送)が行われる。このとき、スイッチ電圧SW11は、ほぼ正電圧V1(より正確には、正電圧V1にFET101の降下電圧を足し合わせた電圧)となり、スイッチ電圧SW12は、スイッチ電圧SW11にフライングキャパシタC1の両端電圧を足し合わせた電圧(ほぼV1+V2)となる。   Thereafter, in the second phase (discharge phase / charge transfer phase) in which the FETs 101 and 104 are turned on and the FETs 102 and 103 are turned off, from the application terminal of the positive voltage V1, via the FET 101, the flying capacitor C1, and the FET 104, The path leading to the application terminal of the output voltage OUT is conducted, and the flying capacitor C1 is discharged (charge transfer to the output capacitor C2). At this time, the switch voltage SW11 is substantially the positive voltage V1 (more precisely, the voltage obtained by adding the drop voltage of the FET 101 to the positive voltage V1), and the switch voltage SW12 is the voltage across the flying capacitor C1 added to the switch voltage SW11. The added voltage (approximately V1 + V2) is obtained.

従って、チャージポンプ回路1Xでは、FET101〜104をオン/オフさせてフライングキャパシタC1の充放電を繰り返すことにより、正電圧V1及びV2を足し合わせた正の出力電圧OUT(=V1+V2)を生成することができる。   Therefore, in the charge pump circuit 1X, the FETs 101 to 104 are turned on / off to repeatedly charge and discharge the flying capacitor C1, thereby generating a positive output voltage OUT (= V1 + V2) obtained by adding the positive voltages V1 and V2. Can do.

次に、FET101〜104のオン/オフ制御について詳細に説明する。図2は、チャージポンプ回路1Xの一動作例を示すタイミングチャートであり、上から順に、クロック信号CLK、駆動信号G10、スイッチ電圧SW11及びSW12、検出信号S11及びS12、並びに、駆動信号G11及びG12が描写されている。   Next, on / off control of the FETs 101 to 104 will be described in detail. FIG. 2 is a timing chart showing an operation example of the charge pump circuit 1X. In order from the top, the clock signal CLK, the drive signal G10, the switch voltages SW11 and SW12, the detection signals S11 and S12, and the drive signals G11 and G12. Is depicted.

図2の例では、時刻t11まで、FET101及び104がオンされており、FET102及び103がオフされている。この状態は先述の第2フェイズに相当し、スイッチ電圧SW12の印加端からFET104を介する経路で出力電圧OUTの印加端に向けた電流が流れている。このとき、スイッチ電圧SW12は、出力電圧OUTにFET104の降下電圧を足し合わせた電圧となっている。   In the example of FIG. 2, the FETs 101 and 104 are on and the FETs 102 and 103 are off until time t11. This state corresponds to the second phase described above, and a current flows from the application end of the switch voltage SW12 to the application end of the output voltage OUT through a path via the FET 104. At this time, the switch voltage SW12 is a voltage obtained by adding the drop voltage of the FET 104 to the output voltage OUT.

時刻t11において、クロック信号CLKがハイレベルからローレベルに立ち下がると駆動信号G10がローレベルからハイレベルに立ち上がるので、FET101がオフし、FET102がオンする。その結果、フライングキャパシタC1の第1端がFET102を介して接地電圧GNDの印加端に導通されるので、スイッチ電圧SW11が低下し始める。また、スイッチ電圧SW12についても、フライングキャパシタC1の電荷保存則に従い、スイッチ電圧SW11と同様の挙動で低下し始める。   At time t11, when the clock signal CLK falls from the high level to the low level, the drive signal G10 rises from the low level to the high level, so that the FET 101 is turned off and the FET 102 is turned on. As a result, the first terminal of the flying capacitor C1 is conducted to the application terminal of the ground voltage GND through the FET 102, and the switch voltage SW11 starts to decrease. Also, the switch voltage SW12 starts to decrease in the same behavior as the switch voltage SW11 in accordance with the charge conservation law of the flying capacitor C1.

スイッチ電圧SW12の低下に伴い、時刻t12において、FET104の両端電圧V12(=SW12−OUT)がコンパレータ110の閾値電圧を下回ると、検出信号S12がハイレベルからローレベルに切り替わる。すなわち、出力電圧OUTの印加端からFET104を介する経路でスイッチ電圧SW12の印加端に向けて電流が逆流し始めたとき(または電流が逆流し得る状態となったとき)に、検出信号S12がハイレベルからローレベルに切り替わる。その結果、FET104の駆動信号G12がローレベルからハイレベルに切り替わり、FET104がオフとなる。従って、FET104に流れる逆流電流を遅滞なく遮断することができる。   As the switch voltage SW12 decreases, when the voltage V12 across the FET 104 (= SW12−OUT) falls below the threshold voltage of the comparator 110 at time t12, the detection signal S12 switches from the high level to the low level. That is, when the current starts to flow backward from the application terminal of the output voltage OUT toward the application terminal of the switch voltage SW12 through the path via the FET 104 (or when the current can be reversed), the detection signal S12 is high. Switch from level to low level. As a result, the drive signal G12 of the FET 104 is switched from the low level to the high level, and the FET 104 is turned off. Therefore, the backflow current flowing through the FET 104 can be interrupted without delay.

スイッチ電圧SW12がさらに低下し、時刻t13において、FET103の両端電圧V11(=V2−SW12)がコンパレータ109の閾値電圧を上回ると、検出信号S11がローレベルからハイレベルに切り替わる。すなわち、正電圧V2の印加端からボディダイオード103Dを介する経路でスイッチ電圧SW12の印加端に向けて電流が流れ始めたとき(または同方向に電流が流れ得る状態となったとき)に、検出信号S11がローレベルからハイレベルに切り替わる。その結果、FET103の駆動信号G11がハイレベルからローレベルに切り替わり、FET103がオンとなる。この状態は先述の第1フェイズに相当し、正電圧V2の印加端から、FET103、フライングキャパシタC1、及び、FET102を介して、接地電圧GNDの印加端に至る経路で電流が流れ始める。このとき、スイッチ電圧SW12は、正電圧V2からFET103の降下電圧を差し引いた電圧となる。   When the switch voltage SW12 further decreases and the voltage V11 across the FET 103 (= V2−SW12) exceeds the threshold voltage of the comparator 109 at time t13, the detection signal S11 switches from the low level to the high level. That is, when the current starts to flow from the application terminal of the positive voltage V2 toward the application terminal of the switch voltage SW12 through the path via the body diode 103D (or when the current can flow in the same direction), the detection signal S11 switches from the low level to the high level. As a result, the drive signal G11 of the FET 103 is switched from the high level to the low level, and the FET 103 is turned on. This state corresponds to the first phase described above, and current starts to flow in a path from the application terminal of the positive voltage V2 to the application terminal of the ground voltage GND through the FET 103, the flying capacitor C1, and the FET 102. At this time, the switch voltage SW12 is a voltage obtained by subtracting the voltage drop of the FET 103 from the positive voltage V2.

なお、FET103が十分にオンするまでの間、FET103よりも順方向電圧の大きいボディダイオード103Dを介して電流が流れるので、スイッチ電圧SW12(及びSW11)にはアンダーシュートが生じる。ただし、このような状態は短期間であるので、チャージポンプ回路1Xの変換効率や出力電圧範囲に大きな影響を及ぼすものではない。   Note that since the current flows through the body diode 103D having a larger forward voltage than the FET 103 until the FET 103 is sufficiently turned on, an undershoot occurs in the switch voltage SW12 (and SW11). However, since this state is a short period, the conversion efficiency of the charge pump circuit 1X and the output voltage range are not greatly affected.

その後、時刻t14において、クロック信号CLKがローレベルからハイレベルに立ち上がると駆動信号G10がハイレベルからローレベルに立ち下がるので、FET101がオンし、FET102がオフする。その結果、フライングキャパシタC1の第1端がFET101を介して正電圧V1の印加端に導通されるので、スイッチ電圧SW11が上昇し始める。また、スイッチ電圧SW12についても、フライングキャパシタC1の電荷保存則に従い、スイッチ電圧SW11と同様の挙動で上昇し始める。   Thereafter, when the clock signal CLK rises from the low level to the high level at time t14, the drive signal G10 falls from the high level to the low level, so that the FET 101 is turned on and the FET 102 is turned off. As a result, the first end of the flying capacitor C1 is conducted to the application terminal of the positive voltage V1 via the FET 101, and thus the switch voltage SW11 starts to rise. Also, the switch voltage SW12 starts to rise with the same behavior as the switch voltage SW11 in accordance with the charge conservation law of the flying capacitor C1.

スイッチ電圧SW12の上昇に伴い、時刻t15において、FET103の両端電圧V11(=V2−SW12)がコンパレータ109の閾値電圧を下回ると、検出信号S11がハイレベルからローレベルに切り替わる。すなわち、スイッチ電圧SW12の印加端からFET103を介する経路で正電圧V2の印加端に向けて電流が逆流し始めたとき(または電流が逆流し得る状態となったとき)に、検出信号S11がハイレベルからローレベルに切り替わる。その結果、FET103の駆動信号G11がローレベルからハイレベルに切り替わり、FET103がオフとなる。従って、FET103に流れる逆流電流を遅滞なく遮断することができる。   As the switch voltage SW12 increases, when the voltage V11 across the FET 103 (= V2−SW12) falls below the threshold voltage of the comparator 109 at time t15, the detection signal S11 switches from the high level to the low level. In other words, when the current starts to flow backward from the application terminal of the switch voltage SW12 toward the application terminal of the positive voltage V2 through the path via the FET 103 (or when the current can flow backward), the detection signal S11 is high. Switch from level to low level. As a result, the drive signal G11 of the FET 103 is switched from the low level to the high level, and the FET 103 is turned off. Therefore, the reverse current flowing through the FET 103 can be interrupted without delay.

スイッチ電圧SW12がさらに上昇し、時刻t16において、FET104の両端電圧V12(=SW12−OUT)がコンパレータ110の閾値電圧を上回ると、検出信号S12がローレベルからハイレベルに切り替わる。すなわち、スイッチ電圧SW12の印加端からボディダイオード104Dを介する経路で出力電圧OUTの印加端に向けて電流が流れ始めたとき(または同方向に電流が流れ得る状態となったとき)に、検出信号S12がローレベルからハイレベルに切り替わる。その結果、FET104の駆動信号G12がハイレベルからローレベルに切り替わり、FET104がオンとなる。この状態は先の第2フェイズに相当し、スイッチ電圧SW12の印加端からFET104を介する経路で出力電圧OUTの印加端に向けた電流が流れ始める。このとき、スイッチ電圧SW12は、出力電圧OUTにFET104の降下電圧を足し合わせた電圧となる。   When the switch voltage SW12 further increases and the voltage V12 across the FET 104 (= SW12−OUT) exceeds the threshold voltage of the comparator 110 at time t16, the detection signal S12 is switched from the low level to the high level. That is, when the current starts to flow from the application terminal of the switch voltage SW12 toward the application terminal of the output voltage OUT through the path via the body diode 104D (or when the current can flow in the same direction), the detection signal S12 switches from the low level to the high level. As a result, the drive signal G12 of the FET 104 is switched from the high level to the low level, and the FET 104 is turned on. This state corresponds to the previous second phase, and current starts to flow from the application end of the switch voltage SW12 to the application end of the output voltage OUT through a path via the FET 104. At this time, the switch voltage SW12 is a voltage obtained by adding the drop voltage of the FET 104 to the output voltage OUT.

なお、FET104が十分にオンするまでの間、FET104よりも順方向電圧の大きいボディダイオード104Dを介して電流が流れるので、スイッチ電圧SW12(及びSW11)にはオーバーシュートが生じる。ただし、このような状態は短期間であるので、チャージポンプ回路1Xの変換効率や出力電圧範囲に大きな影響を及ぼすものではない。   Note that since the current flows through the body diode 104D having a larger forward voltage than the FET 104 until the FET 104 is sufficiently turned on, an overshoot occurs in the switch voltage SW12 (and SW11). However, since this state is a short period, the conversion efficiency of the charge pump circuit 1X and the output voltage range are not greatly affected.

上記で説明したように、第1実施形態のチャージポンプ回路1Xでは、FET103及び104について、意図した方向に電流が流れる状態となった方がオンされて、意図とは逆方向に電流が流れる状態となった方がオフされる。従って、FET101及び102のスイッチング途中でFET103及び104がオンされることはないので、FET101とFET103の同時オンやFET102とFET104の同時オンを確実に防止することができる。また、第1実施形態のチャージポンプ回路1Xであれば、必ず、FET103及び104の一方がオフされてから他方がオンされるので、FET103とFET104の同時オンも確実に防止することができる。   As described above, in the charge pump circuit 1X of the first embodiment, the FET 103 and 104 are turned on when the current flows in the intended direction, and the current flows in the direction opposite to the intended direction. The person who becomes becomes off. Accordingly, since the FETs 103 and 104 are not turned on during the switching of the FETs 101 and 102, it is possible to reliably prevent the FET 101 and the FET 103 from being simultaneously turned on and the FET 102 and the FET 104 from being simultaneously turned on. In the charge pump circuit 1X of the first embodiment, since one of the FETs 103 and 104 is always turned on and then the other is turned on, the simultaneous turning-on of the FET 103 and the FET 104 can be reliably prevented.

このように、第1実施形態のチャージポンプ回路1Xであれば、各FETのオン/オフタイミングに予め一定の遅延を与えておく遅延生成方式や、一方のFETのゲート電圧がオフレベルに切り替えられたことを確認して他方のFETのゲート電圧をオンレベルに切り替えるゲート電圧モニタ方式と比べて、配線の寄生容量や駆動回路の遅延ばらつきに依ることなく、容易にかつ適切にFETのオン/オフ制御を行うことが可能となる。   As described above, in the charge pump circuit 1X of the first embodiment, the delay generation method in which a certain delay is given in advance to the on / off timing of each FET, or the gate voltage of one FET is switched to the off level. Compared with the gate voltage monitoring method that confirms that the gate voltage of the other FET is switched to the on level, the FET can be turned on and off easily and appropriately without depending on the parasitic capacitance of the wiring and the delay variation of the drive circuit. Control can be performed.

特に、フライングキャパシタの容量値に応じてスイッチ電圧の挙動が大きく変動する正出力型チャージポンプ回路の誤動作や効率低下を解消するためには、遅延生成方式やゲート電圧モニタ方式ではなく、第1実施形態の構成を採用することが望ましい。   In particular, in order to eliminate malfunction and efficiency reduction of the positive output type charge pump circuit in which the behavior of the switch voltage varies greatly according to the capacitance value of the flying capacitor, the first implementation is not performed by the delay generation method or the gate voltage monitoring method. It is desirable to adopt the configuration of the form.

<第2実施形態>
図3は、チャージポンプ回路の第2実施形態(正出力型)を示す図である。第2実施形態のチャージポンプ回路1Yは、基本的に第1実施形態と同様の構成であり、インバータ107及び108に代えて、ORゲート111とNANDゲート112を設けた点に特徴を有する。そこで、第1実施形態と同様の構成要素については、図1と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第2実施形態の特徴部分についてのみ重点的な説明を行うことにする。
Second Embodiment
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment (positive output type) of the charge pump circuit. The charge pump circuit 1Y of the second embodiment has basically the same configuration as that of the first embodiment, and is characterized in that an OR gate 111 and a NAND gate 112 are provided in place of the inverters 107 and 108. Therefore, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and redundant description is omitted. In the following, only the characteristic portions of the second embodiment will be described. To.

ORゲート111の第1反転入力端は、コンパレータ109の出力端(検出信号S11の印加端)に接続されている。ORゲート111の第2入力端は、オシレータ105の出力端(クロック信号CLKの印加端)に接続されている。ORゲート111の出力端(駆動信号G11の印加端)は、FET103のゲートに接続されている。ORゲート111は、コンパレータ109から入力される検出信号S11とオシレータ105から入力されるクロック信号CLKの双方に応じてFET103の駆動信号G11を生成する第2駆動部に相当する。駆動信号G11は、検出信号S11がハイレベルでクロック信号CLKがローレベルであるときにローレベルとなり、その余の場合にハイレベルとなる。   The first inverting input terminal of the OR gate 111 is connected to the output terminal of the comparator 109 (application terminal of the detection signal S11). The second input terminal of the OR gate 111 is connected to the output terminal (the application terminal for the clock signal CLK) of the oscillator 105. The output terminal of the OR gate 111 (the application terminal of the drive signal G11) is connected to the gate of the FET 103. The OR gate 111 corresponds to a second drive unit that generates the drive signal G11 of the FET 103 according to both the detection signal S11 input from the comparator 109 and the clock signal CLK input from the oscillator 105. The drive signal G11 is low level when the detection signal S11 is high level and the clock signal CLK is low level, and is high level in other cases.

NANDゲート112の第1入力端は、コンパレータ110の出力端(検出信号S12の印加端)に接続されている。NANDゲート112の第2入力端は、オシレータ105の出力端(クロック信号CLKの印加端)に接続されている。NANDゲート112の出力端(駆動信号G12の印加端)は、FET104のゲートに接続されている。NANDゲート112は、コンパレータ110から入力される検出信号S12とオシレータ105から入力されるクロック信号CLKの双方に応じてFET104の駆動信号G12を生成する第3駆動部に相当する。駆動信号G12は、検出信号S12とクロック信号CLKがいずれもハイレベルであるときにローレベルとなり、その余の場合にハイレベルとなる。   A first input terminal of the NAND gate 112 is connected to an output terminal (application terminal of the detection signal S12) of the comparator 110. The second input terminal of the NAND gate 112 is connected to the output terminal (the application terminal of the clock signal CLK) of the oscillator 105. The output terminal of the NAND gate 112 (application terminal of the drive signal G12) is connected to the gate of the FET 104. The NAND gate 112 corresponds to a third drive unit that generates the drive signal G12 of the FET 104 according to both the detection signal S12 input from the comparator 110 and the clock signal CLK input from the oscillator 105. The drive signal G12 is at a low level when both the detection signal S12 and the clock signal CLK are at a high level, and is at a high level in other cases.

図4は、チャージポンプ回路1Yの一動作例を示すタイミングチャートであり、上から順に、クロック信号CLK、駆動信号G10、スイッチ電圧SW11及びSW12、検出信号S11及びS12、並びに、駆動信号G11及びG12が描写されている。   FIG. 4 is a timing chart showing an operation example of the charge pump circuit 1Y. In order from the top, the clock signal CLK, the drive signal G10, the switch voltages SW11 and SW12, the detection signals S11 and S12, and the drive signals G11 and G12. Is depicted.

チャージポンプ回路1Yの動作について、特に注目すべき点は、駆動信号G11及びG12の立上げタイミング、すなわち、FET103及び104のオフタイミングである。図4で示すように、チャージポンプ回路1Yでは、クロック信号CLKの立下がりエッジ(時刻t11など)をトリガとして駆動信号G12が立ち上がり、クロック信号CLKの立上がりエッジ(時刻t14など)をトリガとして駆動信号G11が立ち上がる。   Regarding the operation of the charge pump circuit 1Y, the point to be particularly noted is the rising timing of the drive signals G11 and G12, that is, the off timing of the FETs 103 and 104. As shown in FIG. 4, in the charge pump circuit 1Y, the drive signal G12 rises with the falling edge (time t11, etc.) of the clock signal CLK as a trigger, and the drive signal with the rising edge (time t14, etc.) of the clock signal CLK as a trigger. G11 stands up.

このように、第2実施形態のチャージポンプ回路1Yでは、FET103及び104に逆流電流が流れ始める前にFET103及び104をオフさせる構成が採用されている。従って、FET103及び104に逆流電流が流れることはないので、チャージポンプ回路1Yの誤動作や効率低下をより確実に防止することが可能となる。   As described above, the charge pump circuit 1Y according to the second embodiment employs a configuration in which the FETs 103 and 104 are turned off before the reverse current starts to flow through the FETs 103 and 104. Accordingly, since no backflow current flows through the FETs 103 and 104, it is possible to more reliably prevent malfunction and efficiency reduction of the charge pump circuit 1Y.

なお、チャージポンプ回路1Yでは、FET103の両端電圧V11がコンパレータ109の閾値電圧を上回っている状態のまま、FET103がオフされるので、ボディダイオード103Dに電流が流れてスイッチ電圧SW12(及びSW11)のアンダーシュートを生じる場合がある。同様に、チャージポンプ回路1Yでは、FET104の両端電圧V12がコンパレータ110の閾値電圧を上回っている状態のまま、FET104がオフされるので、ボディダイオード104Dに電流が流れてスイッチ電圧SW12(及びSW11)のオーバーシュートを生じる場合がある。ただし、このような状態はいずれも短期間であるので、チャージポンプ回路1Yの変換効率や出力電圧範囲に大きな影響を及ぼすものではない。   In the charge pump circuit 1Y, the FET 103 is turned off while the voltage V11 across the FET 103 is higher than the threshold voltage of the comparator 109. Therefore, a current flows through the body diode 103D and the switch voltage SW12 (and SW11) Undershoot may occur. Similarly, in the charge pump circuit 1Y, the FET 104 is turned off while the voltage V12 across the FET 104 exceeds the threshold voltage of the comparator 110, so that a current flows through the body diode 104D and the switch voltage SW12 (and SW11). Overshoot may occur. However, since all such states are short-lived, the conversion efficiency of the charge pump circuit 1Y and the output voltage range are not greatly affected.

<第3実施形態>
図5は、チャージポンプ回路の第3実施形態(正出力型)を示す図である。第3実施形態のチャージポンプ回路1Zは、基本的に第2実施形態と同様の構成であり、オフ検出部113及び114と遅延部115を追加した点に特徴を有する。そこで、第2実施形態と同様の構成要素については、図3と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第3実施形態の特徴部分についてのみ重点的な説明を行うことにする。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment (positive output type) of the charge pump circuit. The charge pump circuit 1Z of the third embodiment has basically the same configuration as that of the second embodiment, and is characterized in that off detectors 113 and 114 and a delay unit 115 are added. Therefore, the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3, thereby omitting redundant descriptions. In the following, only the characteristic portions of the third embodiment will be described. To.

オフ検出部113は、FET103の駆動信号G11に応じてオフ検出信号D11を生成する。オフ検出信号D11は、駆動信号G11がオフ検出用の閾値電圧を上回っていればハイレベルとなり、下回っていればローレベルとなる。   The off detection unit 113 generates an off detection signal D11 according to the drive signal G11 of the FET 103. The off detection signal D11 is at a high level if the drive signal G11 is above the threshold voltage for off detection, and is at a low level if it is below.

オフ検出部114は、FET104の駆動信号G12に応じてオフ検出信号D12を生成する。オフ検出信号D12は、駆動信号G12がオフ検出用の閾値電圧を上回っていればハイレベルとなり、下回っていればローレベルとなる。   The off detection unit 114 generates an off detection signal D12 according to the drive signal G12 of the FET 104. The off detection signal D12 is at a high level if the drive signal G12 is above the threshold voltage for off detection, and is at a low level if it is below.

遅延部115は、オフ検出信号D11及びD12に応じてクロック信号CLKに遅延を与える。具体的に述べると、遅延部115は、オフ検出信号D11がハイレベルに切り替わるまでクロック信号CLKの立上がりを遅らせ、また、オフ検出信号D12がハイレベルに切り替わるまでクロック信号CLKの立下りを遅らせる。なお、遅延部115で遅延が与えられたクロック信号CLKは、インバータ106に送出される。   The delay unit 115 delays the clock signal CLK according to the off detection signals D11 and D12. Specifically, the delay unit 115 delays the rising edge of the clock signal CLK until the OFF detection signal D11 switches to a high level, and delays the falling edge of the clock signal CLK until the OFF detection signal D12 switches to a high level. Note that the clock signal CLK provided with the delay by the delay unit 115 is sent to the inverter 106.

図6は、チャージポンプ回路1Zの一動作例を示すタイミングチャートであり、上から順に、クロック信号CLKと駆動信号G10〜G12が描写されている。第3実施形態のチャージポンプ回路1Zであれば、配線の寄生容量や駆動回路の遅延ばらつきに依ることなく、第1フェイズ(PHASE1)から第2フェイズ(PHASE2)へ移行する際には、まずFET103をオフし、次いでFET101をオンしてFET102をオフしてから、最後にFET104をオンするという一連のシーケンスを実現し、逆に、第2フェイズ(PHASE2)から第1フェイズ(PHASE1)へ移行する際には、まずFET104をオフし、次いでFET101をオフしてFET102をオンしてから、最後にFET103をオンするという一連のシーケンスを実現することが可能となる。   FIG. 6 is a timing chart showing an operation example of the charge pump circuit 1Z, in which the clock signal CLK and the drive signals G10 to G12 are depicted in order from the top. In the charge pump circuit 1Z according to the third embodiment, the FET 103 is first used when shifting from the first phase (PHASE 1) to the second phase (PHASE 2) without depending on the parasitic capacitance of the wiring and the delay variation of the driving circuit. Is turned off, then the FET 101 is turned on, the FET 102 is turned off, and finally the FET 104 is turned on. Conversely, the second phase (PHASE2) is shifted to the first phase (PHASE1). In this case, it is possible to realize a series of sequences in which the FET 104 is first turned off, the FET 101 is turned off, the FET 102 is turned on, and the FET 103 is finally turned on.

<第4実施形態>
図7は、チャージポンプ回路の第4実施形態(負出力型)を示す図である。第4実施形態のチャージポンプ回路2Xは、半導体装置200Aと、半導体装置200Bと、フライングキャパシタC1と、出力キャパシタC2と、を有する。なお、チャージポンプ回路2Xを用いた電源装置は、LCD−TV、PDP−TV、DVDレコーダ、BDレコーダなど、様々なアプリケーションの電源として利用することが可能である。
<Fourth embodiment>
FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment (negative output type) of the charge pump circuit. The charge pump circuit 2X of the fourth embodiment includes a semiconductor device 200A, a semiconductor device 200B, a flying capacitor C1, and an output capacitor C2. The power supply device using the charge pump circuit 2X can be used as a power supply for various applications such as LCD-TV, PDP-TV, DVD recorder, BD recorder, and the like.

半導体装置200Aには、PMOSFET201、NMOSFET202、オシレータ205、及び、インバータ206が集積化されている。半導体装置200Aの基板には、接地電圧GND(=0V)が印加されている。   In the semiconductor device 200A, a PMOSFET 201, an NMOSFET 202, an oscillator 205, and an inverter 206 are integrated. A ground voltage GND (= 0 V) is applied to the substrate of the semiconductor device 200A.

半導体装置200Bには、NMOSFET203及び204と、ドライバ207及び208と、コンパレータ209及び210が集積化されている。半導体装置200Bの基板には、負電圧NV(<0V)が印加されている。   In the semiconductor device 200B, NMOSFETs 203 and 204, drivers 207 and 208, and comparators 209 and 210 are integrated. A negative voltage NV (<0 V) is applied to the substrate of the semiconductor device 200B.

FET201のソースは、正電圧V1(>0V)の印加端に接続されている。FET201及び202の各ドレインは、いずれもフライングキャパシタC1の第1端(スイッチ電圧SW21の印加端)に接続されている。FET202のソースは、接地電圧GNDの印加端に接続されている。FET201及び202の各ゲートは、いずれもインバータ206の出力端(駆動信号G20の印加端)に接続されている。インバータ206の入力端は、オシレータ205の出力端(クロック信号CLKの印加端)に接続されている。   The source of the FET 201 is connected to the application terminal of the positive voltage V1 (> 0V). Each of the drains of the FETs 201 and 202 is connected to the first terminal (application terminal of the switch voltage SW21) of the flying capacitor C1. The source of the FET 202 is connected to the application terminal of the ground voltage GND. Each of the gates of the FETs 201 and 202 is connected to the output terminal of the inverter 206 (application terminal of the drive signal G20). The input end of the inverter 206 is connected to the output end (the application end of the clock signal CLK) of the oscillator 205.

FET203のドレインは、負電圧V2(<0V)の印加端に接続されている。FET203のソースとFET204のドレインは、いずれもフライングキャパシタC1の第2端(スイッチ電圧SW22の印加端)に接続されている。FET204のソースは、出力電圧OUTの印加端に接続されている。FET203及び204には、各々のソースをアノードとし、各々のドレインをカソードとするボディダイオード203D及び204Dが付随する。出力電圧OUTの印加端と接地電圧GNDの印加端との間には、出力キャパシタC2が接続されている。   The drain of the FET 203 is connected to the application terminal of the negative voltage V2 (<0V). The source of the FET 203 and the drain of the FET 204 are both connected to the second end (the application end of the switch voltage SW22) of the flying capacitor C1. The source of the FET 204 is connected to the application terminal for the output voltage OUT. The FETs 203 and 204 are accompanied by body diodes 203D and 204D each having a source as an anode and each drain as a cathode. An output capacitor C2 is connected between the application terminal of the output voltage OUT and the application terminal of the ground voltage GND.

コンパレータ209の非反転入力端(+)はFET203のソースに接続されている。一方、コンパレータ209の反転入力端(−)は、FET103のドレインに接続されている。コンパレータ209の出力端(検出信号S21の印加端)は、ドライバ207の入力端に接続されている。インバータ207の出力端(駆動信号G21の印加端)は、FET203のゲートに接続されている。   The non-inverting input terminal (+) of the comparator 209 is connected to the source of the FET 203. On the other hand, the inverting input terminal (−) of the comparator 209 is connected to the drain of the FET 103. An output terminal of the comparator 209 (application terminal of the detection signal S21) is connected to an input terminal of the driver 207. The output terminal of the inverter 207 (the application terminal of the drive signal G21) is connected to the gate of the FET 203.

コンパレータ210の非反転入力端(+)はFET204のソースに接続されている。一方、コンパレータ210の反転入力端(−)は、FET204のドレインに接続されている。コンパレータ210の出力端(検出信号S22の印加端)は、ドライバ208の入力端に接続されている。ドライバ208の出力端(駆動信号G22の印加端)は、FET204のゲートに接続されている。   The non-inverting input terminal (+) of the comparator 210 is connected to the source of the FET 204. On the other hand, the inverting input terminal (−) of the comparator 210 is connected to the drain of the FET 204. The output end of the comparator 210 (the application end of the detection signal S22) is connected to the input end of the driver 208. The output end of the driver 208 (the application end of the drive signal G22) is connected to the gate of the FET 204.

FET201〜204は、いずれもフライングキャパシタC1の充放電用スイッチとして用いられる。FET201は、フライングキャパシタC1の第1端と正電圧V1の印加端との間に接続された第1FETに相当する。FET202は、フライングキャパシタC1の第1端と接地電圧GNDの印加端との間に接続された第2FETに相当する。FET203は、フライングキャパシタC1の第2端と負電圧V2の印加端との間に接続された第3FETに相当する。FET204は、フライングキャパシタC1の第2端と出力電圧OUTの印加端との間に接続された第4FETに相当する。   The FETs 201 to 204 are all used as charging / discharging switches for the flying capacitor C1. The FET 201 corresponds to the first FET connected between the first end of the flying capacitor C1 and the application end of the positive voltage V1. The FET 202 corresponds to a second FET connected between the first end of the flying capacitor C1 and the application end of the ground voltage GND. The FET 203 corresponds to a third FET connected between the second end of the flying capacitor C1 and the application end of the negative voltage V2. The FET 204 corresponds to a fourth FET connected between the second end of the flying capacitor C1 and the application end of the output voltage OUT.

オシレータ205は、一定周波数のクロック信号CLKを生成する。   The oscillator 205 generates a clock signal CLK having a constant frequency.

インバータ206は、クロック信号CLKに応じてFET201及び202の駆動信号G20を生成する第1駆動部に相当する。駆動信号G20は、クロック信号CLKの論理反転信号となる。   The inverter 206 corresponds to a first drive unit that generates a drive signal G20 for the FETs 201 and 202 in accordance with the clock signal CLK. The drive signal G20 is a logic inversion signal of the clock signal CLK.

ドライバ207は、コンパレータ209から入力される検出信号S21に応じてFET203の駆動信号G21を生成する第2駆動部に相当する。駆動信号G21は、検出信号S21と同一の論理信号となる。   The driver 207 corresponds to a second drive unit that generates the drive signal G21 of the FET 203 in accordance with the detection signal S21 input from the comparator 209. The drive signal G21 is the same logic signal as the detection signal S21.

ドライバ208は、コンパレータ210から入力される検出信号S22に応じてFET204の駆動信号G22を生成する第3駆動部に相当する。駆動信号G22は、検出信号S22と同一の論理信号となる。   The driver 208 corresponds to a third drive unit that generates the drive signal G22 of the FET 204 according to the detection signal S22 input from the comparator 210. The drive signal G22 is the same logic signal as the detection signal S22.

コンパレータ209は、FET203の両端電圧V21(=SW22−V2)に応じて検出信号S21を生成する第1検出部に相当する。検出信号S21は、FET203の両端電圧V21が閾値電圧を上回っているときにハイレベルとなり、閾値電圧を下回っているときにローレベルとなる。すなわち、検出信号S21は、スイッチ電圧SW22の印加端から負電圧V2の印加端に向けて電流が流れているとき(または同方向に電流が流れ得る状態であるとき)にハイレベルとなり、逆に、負電圧V2の印加端からスイッチ電圧SW22の印加端に向けて電流が流れているとき(または同方向に電流が流れ得る状態であるとき)にローレベルとなる。なお、FET203またはボディダイオード203Dを介して流れる電流の向きを検出する手法は、FET203の両端電圧V21を監視する構成に限定されるものではなく、他の構成(例えばセンス抵抗の両端電圧を監視する構成)を採用しても構わない。   The comparator 209 corresponds to a first detection unit that generates the detection signal S21 according to the both-ends voltage V21 (= SW22−V2) of the FET 203. The detection signal S21 is at a high level when the voltage V21 across the FET 203 is above the threshold voltage, and is at a low level when it is below the threshold voltage. That is, the detection signal S21 is at a high level when a current flows from the application terminal of the switch voltage SW22 toward the application terminal of the negative voltage V2 (or when the current can flow in the same direction). When the current flows from the application terminal of the negative voltage V2 toward the application terminal of the switch voltage SW22 (or when the current can flow in the same direction), the low level is reached. Note that the method for detecting the direction of the current flowing through the FET 203 or the body diode 203D is not limited to the configuration for monitoring the voltage V21 across the FET 203, but other configurations (for example, the voltage across the sense resistor is monitored). Configuration) may be adopted.

コンパレータ210は、FET204の両端電圧V22(=OUT−SW22)に応じて検出信号S22を生成する第2検出部に相当する。検出信号S22は、FET204の両端電圧V22が閾値電圧を上回っているときにハイレベルとなり、閾値電圧を下回っているときにローレベルとなる。すなわち、検出信号S22は、出力電圧OUTの印加端からスイッチ電圧SW22の印加端に向けて電流が流れているとき(または同方向に電流が流れ得る状態であるとき)にハイレベルとなり、逆に、スイッチ電圧SW22の印加端から出力電圧OUTの印加端に向けて電流が流れているとき(または同方向に電流が流れ得る状態であるとき)にローレベルとなる。なお、FET204またはボディダイオード204Dを介して流れる電流の向きを検出する手法は、FET204の両端電圧V22を監視する構成に限定されるものではなく、他の構成(例えばセンス抵抗の両端電圧を監視する構成)を採用しても構わない。   The comparator 210 corresponds to a second detection unit that generates the detection signal S22 according to the voltage V22 (= OUT−SW22) across the FET 204. The detection signal S22 is at a high level when the voltage V22 across the FET 204 is above the threshold voltage, and is at a low level when it is below the threshold voltage. That is, the detection signal S22 is at a high level when a current flows from the application terminal of the output voltage OUT toward the application terminal of the switch voltage SW22 (or when the current can flow in the same direction). When the current flows from the application terminal of the switch voltage SW22 toward the application terminal of the output voltage OUT (or when the current can flow in the same direction), the low level is reached. Note that the method for detecting the direction of the current flowing through the FET 204 or the body diode 204D is not limited to the configuration for monitoring the voltage V22 across the FET 204, but other configurations (for example, monitoring the voltage across the sense resistor). Configuration) may be adopted.

まず、チャージポンプ回路2Xの基本動作について概略的に説明する。FET202及び204がオフとなり、FET201及び203がオンとなる第1フェイズ(充電フェイズ)では、正電圧V1の印加端から、FET201、フライングキャパシタC1、及び、FET203を介して、負電圧V2の印加端に至る経路を流れる電流によって、フライングキャパシタC1の充電が行われる。このとき、スイッチ電圧SW21は、ほぼ正電圧V1(より正確には、正電圧V1からFET201の降下電圧を差し引いた電圧)となり、スイッチ電圧SW22は、ほぼ負電圧V2(より正確には、負電圧V2にFET203の降下電圧を足し合わせた電圧)となる。従って、フライングキャパシタC1には、スイッチ電圧SW21とスイッチ電圧SW22との差分電圧(ほぼV1−V2)に相当する電荷が蓄えられる。   First, the basic operation of the charge pump circuit 2X will be schematically described. In the first phase (charging phase) in which the FETs 202 and 204 are turned off and the FETs 201 and 203 are turned on, the application terminal for the negative voltage V2 is applied from the application terminal for the positive voltage V1 through the FET 201, the flying capacitor C1, and the FET 203. The flying capacitor C1 is charged by the current flowing through the path leading to. At this time, the switch voltage SW21 is substantially the positive voltage V1 (more precisely, the voltage obtained by subtracting the voltage drop of the FET 201 from the positive voltage V1), and the switch voltage SW22 is substantially the negative voltage V2 (more precisely, the negative voltage). V2 plus the voltage drop of FET 203). Therefore, the charge corresponding to the differential voltage (approximately V1−V2) between the switch voltage SW21 and the switch voltage SW22 is stored in the flying capacitor C1.

その後、FET202及び204がオンとなり、FET201及び203がオフとなる第2フェイズ(放電フェイズ/電荷転送フェイズ)では、接地電圧GNDの印加端から、FET202、フライングキャパシタC1、及び、FET204を介して、出力電圧OUTの印加端に至る経路が導通されて、フライングキャパシタC1の放電(出力キャパシタC2への電荷転送)が行われる。このとき、スイッチ電圧SW21は、ほぼ接地電圧GND(より正確には、接地電圧GNDにFET202の降下電圧を足し合わせた電圧)となり、スイッチ電圧SW22は、スイッチ電圧SW21からフライングキャパシタC1の両端電圧を差し引いた電圧(ほぼV2−V1)となる。   Thereafter, in the second phase (discharge phase / charge transfer phase) in which the FETs 202 and 204 are turned on and the FETs 201 and 203 are turned off, from the application terminal of the ground voltage GND through the FET 202, the flying capacitor C1, and the FET 204. The path leading to the application terminal of the output voltage OUT is conducted, and the flying capacitor C1 is discharged (charge transfer to the output capacitor C2). At this time, the switch voltage SW21 is substantially the ground voltage GND (more precisely, the voltage obtained by adding the drop voltage of the FET 202 to the ground voltage GND), and the switch voltage SW22 is obtained by changing the voltage across the flying capacitor C1 from the switch voltage SW21. The subtracted voltage (approximately V2-V1) is obtained.

従って、チャージポンプ回路2Xでは、FET201〜204をオン/オフさせてフライングキャパシタC1の充放電を繰り返すことにより、負電圧V2から正電圧V1を差し引いた負の出力電圧OUT(=V2−V1)を生成することができる。   Accordingly, in the charge pump circuit 2X, the negative output voltage OUT (= V2−V1) obtained by subtracting the positive voltage V1 from the negative voltage V2 is obtained by repeatedly turning on and off the FETs 201 to 204 and repeatedly charging and discharging the flying capacitor C1. Can be generated.

次に、FET201〜204のオン/オフ制御について詳細に説明する。図8は、チャージポンプ回路2Xの一動作例を示すタイミングチャートであり、上から順に、クロック信号CLK、駆動信号G20、スイッチ電圧SW21及びSW22、検出信号S21及びS22、並びに、駆動信号G21及びG22が描写されている。   Next, on / off control of the FETs 201 to 204 will be described in detail. FIG. 8 is a timing chart showing an operation example of the charge pump circuit 2X. In order from the top, the clock signal CLK, the drive signal G20, the switch voltages SW21 and SW22, the detection signals S21 and S22, and the drive signals G21 and G22. Is depicted.

図8の例では、時刻t21まで、FET202及び204がオンされており、FET201及び203がオフされている。この状態は先述の第2フェイズに相当し、出力電圧OUTの印加端からFET204を介する経路でスイッチ電圧SW22の印加端に向けた電流が流れている。このとき、スイッチ電圧SW22は、出力電圧OUTからFET204の降下電圧を差し引いた電圧となっている。   In the example of FIG. 8, the FETs 202 and 204 are on and the FETs 201 and 203 are off until time t21. This state corresponds to the second phase described above, and a current flows from the application terminal of the output voltage OUT to the application terminal of the switch voltage SW22 through a path via the FET 204. At this time, the switch voltage SW22 is a voltage obtained by subtracting the voltage drop of the FET 204 from the output voltage OUT.

時刻t21において、クロック信号CLKがローレベルからハイレベルに立ち上がると駆動信号G20がハイレベルからローレベルに立ち下がるので、FET201がオンし、FET202がオフする。その結果、フライングキャパシタC1の第1端がFET201を介して正電圧V1の印加端に導通されるので、スイッチ電圧SW21が上昇し始める。また、スイッチ電圧SW22についても、フライングキャパシタC1の電荷保存則に従って、スイッチ電圧SW21と同様の挙動で上昇し始める。   At time t21, when the clock signal CLK rises from the low level to the high level, the drive signal G20 falls from the high level to the low level, so that the FET 201 is turned on and the FET 202 is turned off. As a result, the first end of the flying capacitor C1 is conducted to the application end of the positive voltage V1 via the FET 201, so that the switch voltage SW21 starts to rise. Also, the switch voltage SW22 starts to rise with the same behavior as the switch voltage SW21 in accordance with the charge conservation law of the flying capacitor C1.

スイッチ電圧SW22の上昇に伴い、時刻t22において、FET204の両端電圧V22(=OUT−SW22)がコンパレータ210の閾値電圧を下回ると、検出信号S22がハイレベルからローレベルに切り替わる。すなわち、スイッチ電圧SW22の印加端からFET204を介する経路で出力電圧OUTの印加端に向けて電流が逆流し始めたとき(または電流が逆流し得る状態となったとき)に、検出信号S22がハイレベルからローレベルに切り替わる。その結果、FET204の駆動信号G22がハイレベルからローレベルに切り替わり、FET204がオフとなる。従って、FET204に流れる逆流電流を遅滞なく遮断することができる。   As the switch voltage SW22 rises, when the voltage V22 across the FET 204 (= OUT−SW22) falls below the threshold voltage of the comparator 210 at time t22, the detection signal S22 switches from the high level to the low level. That is, when the current starts to flow backward from the application terminal of the switch voltage SW22 to the application terminal of the output voltage OUT through the path via the FET 204 (or when the current can be reversely flowed), the detection signal S22 is high. Switch from level to low level. As a result, the drive signal G22 of the FET 204 is switched from the high level to the low level, and the FET 204 is turned off. Therefore, the reverse current flowing through the FET 204 can be interrupted without delay.

スイッチ電圧SW22がさらに低下し、時刻t23において、FET203の両端電圧V21(=SW22−V2)がコンパレータ209の閾値電圧を上回ると、検出信号S21がローレベルからハイレベルに切り替わる。すなわち、スイッチ電圧SW22の印加端からボディダイオード203Dを介する経路で負電圧V2の印加端に向けて電流が流れ始めたとき(または同方向に電流が流れ得る状態となったとき)に、検出信号S21がローレベルからハイレベルに切り替わる。その結果、FET203の駆動信号G21がローレベルからハイレベルに切り替わり、FET203がオンとなる。この状態は先述の第1フェイズに相当し、正電圧V1の印加端から、FET201、フライングキャパシタC1、及び、FET203を介して、負電圧V2の印加端に至る経路で電流が流れ始める。このとき、スイッチ電圧SW22は、負電圧V2にFET203の降下電圧を足し合わせた電圧となる。   When the switch voltage SW22 further decreases and the voltage V21 across the FET 203 (= SW22−V2) exceeds the threshold voltage of the comparator 209 at time t23, the detection signal S21 switches from the low level to the high level. That is, when the current starts to flow from the application end of the switch voltage SW22 toward the application end of the negative voltage V2 through the path via the body diode 203D (or when the current can flow in the same direction), the detection signal S21 switches from low level to high level. As a result, the drive signal G21 of the FET 203 is switched from the low level to the high level, and the FET 203 is turned on. This state corresponds to the first phase described above, and current starts to flow in a path from the application terminal of the positive voltage V1 to the application terminal of the negative voltage V2 via the FET 201, the flying capacitor C1, and the FET 203. At this time, the switch voltage SW22 is a voltage obtained by adding the drop voltage of the FET 203 to the negative voltage V2.

なお、FET203が十分にオンするまでの間、FET203よりも順方向電圧の大きいボディダイオード203Dを介して電流が流れるので、スイッチ電圧SW22(及びSW21)にはオーバーシュートが生じる。ただし、このような状態は短期間であるので、チャージポンプ回路2Xの変換効率や出力電圧範囲に大きな影響を及ぼすものではない。   Note that since the current flows through the body diode 203D having a larger forward voltage than the FET 203 until the FET 203 is sufficiently turned on, an overshoot occurs in the switch voltage SW22 (and SW21). However, since this state is a short period, it does not significantly affect the conversion efficiency and output voltage range of the charge pump circuit 2X.

その後、時刻t24において、クロック信号CLKがハイレベルからローレベルに立ち下がると駆動信号G20がローレベルからハイレベルに立ち下がるので、FET201がオフし、FET202がオンする。その結果、フライングキャパシタC1の第1端がFET202を介して接地電圧GNDの印加端に導通されるので、スイッチ電圧SW21が低下し始める。また、スイッチ電圧SW22についても、フライングキャパシタC1の電荷保存則に従い、スイッチ電圧SW21と同様の挙動で低下し始める。   Thereafter, when the clock signal CLK falls from the high level to the low level at time t24, the drive signal G20 falls from the low level to the high level, so that the FET 201 is turned off and the FET 202 is turned on. As a result, the first terminal of the flying capacitor C1 is conducted to the application terminal of the ground voltage GND through the FET 202, so that the switch voltage SW21 starts to decrease. Also, the switch voltage SW22 starts to decrease in the same manner as the switch voltage SW21 in accordance with the charge conservation law of the flying capacitor C1.

スイッチ電圧SW22の低下に伴い、時刻t25において、FET203の両端電圧V21(=SW22−V2)がコンパレータ209の閾値電圧を下回ると、検出信号S21がハイレベルからローレベルに切り替わる。すなわち、負電圧V2の印加端からFET203を介する経路でスイッチ電圧SW22の印加端に向けて電流が逆流し始めたとき(または電流が逆流し得る状態となったとき)に、検出信号S21がハイレベルからローレベルに切り替わる。その結果、FET203の駆動信号G21がハイレベルからローレベルに切り替わり、FET203がオフとなる。従って、FET203に流れる逆流電流を遅滞なく遮断することができる。   As the switch voltage SW22 decreases, when the voltage V21 across the FET 203 (= SW22−V2) falls below the threshold voltage of the comparator 209 at time t25, the detection signal S21 switches from the high level to the low level. That is, the detection signal S21 is high when the current starts to flow backward from the application terminal of the negative voltage V2 toward the application terminal of the switch voltage SW22 through the path through the FET 203 (or when the current can be reversed). Switch from level to low level. As a result, the drive signal G21 of the FET 203 is switched from the high level to the low level, and the FET 203 is turned off. Therefore, the backflow current flowing through the FET 203 can be interrupted without delay.

スイッチ電圧SW22がさらに低下し、時刻t26において、FET204の両端電圧V22(=OUT−SW22)がコンパレータ210の閾値電圧を上回ると、検出信号S22がローレベルからハイレベルに切り替わる。すなわち、出力電圧OUTの印加端からボディダイオード204Dを介する経路でスイッチ電圧SW22の印加端に向けて電流が流れ始めたとき(または同方向に電流が流れ得る状態となったとき)に、検出信号S22がローレベルからハイレベルに切り替わる。その結果、FET204の駆動信号G22がローレベルからハイレベルに切り替わり、FET204がオンとなる。この状態は先の第2フェイズに相当し、出力電圧OUTの印加端からFET204を介する経路でスイッチ電圧SW22の印加端に向けた電流が流れ始める。このとき、スイッチ電圧SW22は、出力電圧OUTからFET204の降下電圧を差し引いた電圧となる。   When the switch voltage SW22 further decreases and the voltage V22 (= OUT−SW22) across the FET 204 exceeds the threshold voltage of the comparator 210 at time t26, the detection signal S22 is switched from the low level to the high level. That is, when the current starts to flow from the application terminal of the output voltage OUT to the application terminal of the switch voltage SW22 through the path via the body diode 204D (or when the current can flow in the same direction), the detection signal S22 switches from the low level to the high level. As a result, the drive signal G22 of the FET 204 is switched from the low level to the high level, and the FET 204 is turned on. This state corresponds to the previous second phase, and current starts to flow from the application end of the output voltage OUT toward the application end of the switch voltage SW22 through a path via the FET 204. At this time, the switch voltage SW22 is a voltage obtained by subtracting the voltage drop of the FET 204 from the output voltage OUT.

なお、FET204が十分にオンするまでの間、FET204よりも順方向電圧の大きいボディダイオード204Dを介して電流が流れるので、スイッチ電圧SW22(及びSW21)にはアンダーシュートが生じる。ただし、このような状態は短期間であるので、チャージポンプ回路2Xの変換効率や出力電圧範囲に大きな影響を及ぼすものではない。   Until the FET 204 is sufficiently turned on, an electric current flows through the body diode 204D having a larger forward voltage than the FET 204, so that an undershoot occurs in the switch voltage SW22 (and SW21). However, since this state is a short period, it does not significantly affect the conversion efficiency and output voltage range of the charge pump circuit 2X.

上記で説明したように、第4実施形態のチャージポンプ回路2Xでは、FET203及び204について、意図した方向に電流が流れる状態となった方がオンされて、意図とは逆方向に電流が流れる状態となった方がオフされる。従って、FET201及び202のスイッチング途中でFET203及び204がオンされることはないので、FET201とFET203の同時オンやFET202とFET204の同時オンを確実に防止することができる。また、第4実施形態のチャージポンプ回路2Xであれば、必ず、FET203及び204の一方がオフされてから他方がオンされるので、FET203とFET204の同時オンも確実に防止することができる。   As described above, in the charge pump circuit 2X of the fourth embodiment, the FET 203 and 204 are turned on when the current flows in the intended direction, and the current flows in the direction opposite to the intended direction. The person who becomes becomes off. Accordingly, since the FETs 203 and 204 are not turned on during the switching of the FETs 201 and 202, the simultaneous turn-on of the FET 201 and the FET 203 and the simultaneous turn-on of the FET 202 and the FET 204 can be reliably prevented. In the charge pump circuit 2X of the fourth embodiment, since one of the FETs 203 and 204 is always turned off and then the other is turned on, the simultaneous turning-on of the FET 203 and the FET 204 can be reliably prevented.

このように、第4実施形態のチャージポンプ回路2Xであれば、各FETのオン/オフタイミングに予め一定の遅延を与えておく遅延生成方式や、一方のFETのゲート電圧がオフレベルに切り替えられたことを確認して他方のFETのゲート電圧をオンレベルに切り替えるゲート電圧モニタ方式と比べて、配線の寄生容量や駆動回路の遅延ばらつきに依ることなく、容易にかつ適切にFETのオン/オフ制御を行うことが可能となる。   As described above, in the charge pump circuit 2X of the fourth embodiment, a delay generation method in which a certain delay is given in advance to the on / off timing of each FET, or the gate voltage of one FET is switched to an off level. Compared with the gate voltage monitoring method that confirms that the gate voltage of the other FET is switched to the on level, the FET can be turned on and off easily and appropriately without depending on the parasitic capacitance of the wiring and the delay variation of the drive circuit. Control can be performed.

特に、フライングキャパシタの容量値に応じてスイッチ電圧の挙動が大きく変動する負出力型チャージポンプ回路の誤動作や効率低下を解消するためには、遅延生成方式やゲート電圧モニタ方式ではなく、第4実施形態の構成を採用することが望ましい。   In particular, in order to eliminate malfunction and efficiency reduction of the negative output type charge pump circuit in which the behavior of the switch voltage greatly fluctuates according to the capacitance value of the flying capacitor, the fourth embodiment is used instead of the delay generation method and the gate voltage monitoring method. It is desirable to adopt the configuration of the form.

<第5実施形態>
図9は、チャージポンプ回路の第5実施形態(負出力型)を示す図である。第5実施形態のチャージポンプ回路2Yは、基本的に第4実施形態と同様の構成であり、ドライバ207及び208に代えて、ANDゲート211及び212を設けた点に特徴を有する。そこで、第4実施形態と同様の構成要素については、図7と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第5実施形態の特徴部分についてのみ重点的な説明を行うことにする。
<Fifth Embodiment>
FIG. 9 is a diagram showing a fifth embodiment (negative output type) of the charge pump circuit. The charge pump circuit 2Y of the fifth embodiment has basically the same configuration as that of the fourth embodiment, and is characterized in that AND gates 211 and 212 are provided in place of the drivers 207 and 208. Therefore, the same components as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 7, and redundant descriptions are omitted. In the following, only the characteristic portions of the fifth embodiment will be described. To.

ANDゲート211の第1入力端は、コンパレータ209の出力端(検出信号S21の印加端)に接続されている。ANDゲート211の第2入力端は、オシレータ205の出力端(クロック信号CLKの印加端)に接続されている。ANDゲート211の出力端(駆動信号G21の印加端)は、FET203のゲートに接続されている。ANDゲート211は、コンパレータ209から入力される検出信号S21とオシレータ205から入力されるクロック信号CLKの双方に応じてFET203の駆動信号G21を生成する第2駆動部に相当する。駆動信号G21は、検出信号S21とクロック信号CLKがいずれもハイレベルであるときにハイレベルとなり、その余の場合にローレベルとなる。   The first input terminal of the AND gate 211 is connected to the output terminal of the comparator 209 (application terminal of the detection signal S21). The second input terminal of the AND gate 211 is connected to the output terminal (the application terminal of the clock signal CLK) of the oscillator 205. The output terminal of the AND gate 211 (the application terminal of the drive signal G21) is connected to the gate of the FET 203. The AND gate 211 corresponds to a second drive unit that generates the drive signal G21 of the FET 203 in accordance with both the detection signal S21 input from the comparator 209 and the clock signal CLK input from the oscillator 205. The drive signal G21 is at a high level when both the detection signal S21 and the clock signal CLK are at a high level, and is at a low level in other cases.

ANDゲート212の第1入力端は、コンパレータ210の出力端(検出信号S22の印加端)に接続されている。ANDゲート212の第2反転入力端は、オシレータ205の出力端(クロック信号CLKの印加端)に接続されている。ANDゲート212の出力端(駆動信号G22の印加端)は、FET204のゲートに接続されている。ANDゲート212は、コンパレータ210から入力される検出信号S22とオシレータ205から入力されるクロック信号CLKの双方に応じてFET204の駆動信号G22を生成する第3駆動部に相当する。駆動信号G22は、検出信号S22がハイレベルでクロック信号CLKがローレベルであるときにハイレベルとなり、その余の場合にローレベルとなる。   The first input terminal of the AND gate 212 is connected to the output terminal (application terminal of the detection signal S22) of the comparator 210. The second inverting input terminal of the AND gate 212 is connected to the output terminal (the application terminal of the clock signal CLK) of the oscillator 205. An output terminal of the AND gate 212 (application terminal of the drive signal G22) is connected to the gate of the FET 204. The AND gate 212 corresponds to a third drive unit that generates the drive signal G22 of the FET 204 in accordance with both the detection signal S22 input from the comparator 210 and the clock signal CLK input from the oscillator 205. The drive signal G22 is at a high level when the detection signal S22 is at a high level and the clock signal CLK is at a low level, and is at a low level in other cases.

図10は、チャージポンプ回路2Yの一動作例を示すタイミングチャートであり、上から順に、クロック信号CLK、駆動信号G20、スイッチ電圧SW21及びSW22、検出信号S21及びS22、並びに、駆動信号G21及びG22が描写されている。   FIG. 10 is a timing chart showing an operation example of the charge pump circuit 2Y. In order from the top, the clock signal CLK, the drive signal G20, the switch voltages SW21 and SW22, the detection signals S21 and S22, and the drive signals G21 and G22. Is depicted.

チャージポンプ回路2Yの動作について、特に注目すべき点は、駆動信号G21及びG22の立下げタイミング、すなわち、FET203及び204のオフタイミングである。図10で示すように、チャージポンプ回路2Yでは、クロック信号CLKの立上がりエッジ(時刻t21など)をトリガとして駆動信号G22が立ち下がり、クロック信号CLKの立下がりエッジ(時刻t24など)をトリガとして駆動信号G21が立ち下がる。   Regarding the operation of the charge pump circuit 2Y, a particularly notable point is the falling timing of the drive signals G21 and G22, that is, the off timing of the FETs 203 and 204. As shown in FIG. 10, in the charge pump circuit 2Y, the drive signal G22 falls with the rising edge (time t21, etc.) of the clock signal CLK as a trigger, and is driven with the falling edge (time t24, etc.) of the clock signal CLK as a trigger. The signal G21 falls.

このように、第5実施形態のチャージポンプ回路2Yでは、FET203及び204に逆流電流が流れ始める前にFET203及び204をオフさせる構成が採用されている。従って、FET203及び204に逆流電流が流れることはないので、チャージポンプ回路2Yの誤動作や効率低下をより確実に防止することが可能となる。   Thus, in the charge pump circuit 2Y of the fifth embodiment, a configuration is employed in which the FETs 203 and 204 are turned off before the reverse current starts to flow through the FETs 203 and 204. Therefore, no reverse current flows through the FETs 203 and 204, so that it is possible to more reliably prevent malfunction and efficiency reduction of the charge pump circuit 2Y.

なお、チャージポンプ回路2Yでは、FET203の両端電圧V21がコンパレータ209の閾値電圧を上回っている状態のまま、FET203がオフされるので、ボディダイオード203Dに電流が流れてスイッチ電圧SW22(及びSW21)のオーバーシュートを生じる場合がある。同様に、チャージポンプ回路2Yでは、FET204の両端電圧V22がコンパレータ210の閾値電圧を上回っている状態のまま、FET204がオフされるので、ボディダイオード204Dに電流が流れてスイッチ電圧SW22(及びSW21)のアンダーシュートを生じる場合がある。ただし、このような状態はいずれも短期間であるので、チャージポンプ回路2Yの変換効率や出力電圧範囲に大きな影響を及ぼすものではない。   In the charge pump circuit 2Y, the FET 203 is turned off while the voltage V21 across the FET 203 exceeds the threshold voltage of the comparator 209, so that a current flows through the body diode 203D and the switch voltage SW22 (and SW21) Overshoot may occur. Similarly, in the charge pump circuit 2Y, the FET 204 is turned off while the voltage V22 across the FET 204 exceeds the threshold voltage of the comparator 210, so that a current flows through the body diode 204D and the switch voltage SW22 (and SW21). May cause undershoot. However, since all such states are short-lived, the conversion efficiency of the charge pump circuit 2Y and the output voltage range are not greatly affected.

<第6実施形態>
図11は、チャージポンプ回路の第6実施形態(負出力型)を示す図である。第6実施形態のチャージポンプ回路2Zは、基本的に第5実施形態と同様の構成であり、オフ検出部213及び214と遅延部215を追加した点に特徴を有する。そこで、第6実施形態と同様の構成要素については、図9と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第6実施形態の特徴部分についてのみ重点的な説明を行うことにする。
<Sixth Embodiment>
FIG. 11 is a diagram showing a sixth embodiment (negative output type) of the charge pump circuit. The charge pump circuit 2Z of the sixth embodiment has basically the same configuration as that of the fifth embodiment, and is characterized in that off detection units 213 and 214 and a delay unit 215 are added. Therefore, the same components as those in the sixth embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 9, and redundant descriptions are omitted. In the following, only the characteristic portions of the sixth embodiment will be described. To.

オフ検出部213は、FET203の駆動信号G21に応じてオフ検出信号D21を生成する。オフ検出信号D21は、駆動信号G21がオフ検出用の閾値電圧を下回っていればハイレベルとなり、上回っていればローレベルとなる。   The off detection unit 213 generates an off detection signal D21 according to the drive signal G21 of the FET 203. The off detection signal D21 is at a high level when the drive signal G21 is below the threshold voltage for off detection, and is at a low level when the drive signal G21 is above.

オフ検出部214は、FET204の駆動信号G22に応じてオフ検出信号D22を生成する。オフ検出信号D22は、駆動信号G22がオフ検出用の閾値電圧を下回っていればハイレベルとなり、上回っていればローレベルとなる。   The off detection unit 214 generates an off detection signal D22 according to the drive signal G22 of the FET 204. The off detection signal D22 is at a high level if the drive signal G22 is below the threshold voltage for off detection, and is at a low level if it is above.

遅延部215は、オフ検出信号D21及びD22に応じてクロック信号CLKに遅延を与える。具体的に述べると、遅延部215は、オフ検出信号D21がローレベルに切り替わるまでクロック信号CLKの立下がりを遅らせ、また、オフ検出信号D22がローレベルに切り替わるまでクロック信号CLKの立上りを遅らせる。なお、遅延部215で遅延が与えられたクロック信号CLKは、インバータ206に送出される。   The delay unit 215 delays the clock signal CLK according to the off detection signals D21 and D22. Specifically, the delay unit 215 delays the fall of the clock signal CLK until the off detection signal D21 switches to the low level, and delays the rise of the clock signal CLK until the off detection signal D22 switches to the low level. Note that the clock signal CLK to which the delay is given by the delay unit 215 is sent to the inverter 206.

図12は、チャージポンプ回路2Zの一動作例を示すタイミングチャートであり、上から順に、クロック信号CLKと駆動信号G20〜G22が描写されている。第6実施形態のチャージポンプ回路2Zであれば、配線の寄生容量や駆動回路の遅延ばらつきに依ることなく、第1フェイズ(PHASE1)から第2フェイズ(PHASE2)へ移行する際には、まずFET203をオフし、次いでFET201をオフしてFET202をオンしてから、最後にFET204をオンするという一連のシーケンスを実現し、逆に、第2フェイズ(PHASE2)から第1フェイズ(PHASE1)へ移行する際には、まずFET204をオフし、次いでFET201をオンしてFET202をオフしてから、最後にFET203をオンするという一連のシーケンスを実現することが可能となる。   FIG. 12 is a timing chart showing an operation example of the charge pump circuit 2Z, in which the clock signal CLK and the drive signals G20 to G22 are depicted in order from the top. In the case of the charge pump circuit 2Z of the sixth embodiment, the FET 203 is first used when shifting from the first phase (PHASE 1) to the second phase (PHASE 2) without depending on the parasitic capacitance of the wiring and the delay variation of the drive circuit. Is turned off, then the FET 201 is turned off, the FET 202 is turned on, and finally the FET 204 is turned on. Conversely, the second phase (PHASE2) is shifted to the first phase (PHASE1). In this case, it is possible to realize a series of sequences in which the FET 204 is first turned off, then the FET 201 is turned on, the FET 202 is turned off, and finally the FET 203 is turned on.

特に、複数の半導体装置間でクロック信号のやり取りを行う負出力型のチャージポンプ回路では、上記した第6実施形態の構成を採用することが望ましい。   In particular, in the negative output type charge pump circuit for exchanging clock signals between a plurality of semiconductor devices, it is desirable to employ the configuration of the sixth embodiment described above.

<その他の変形例>
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、各種信号の論理レベル反転は任意である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other variations>
The various technical features disclosed in the present specification can be variously modified within the scope of the technical creation in addition to the above-described embodiment. For example, the logic level inversion of various signals is arbitrary. That is, the above-described embodiment is an example in all respects and should not be considered as limiting, and the technical scope of the present invention is not the description of the above-described embodiment, but the claims. It should be understood that all modifications that come within the meaning and range of equivalents of the claims are included.

本発明に係る電源装置は、LCD−TV、PDP−TV、DVDレコーダ、BDレコーダなど、様々なアプリケーションの電源として利用することが可能である。   The power supply apparatus according to the present invention can be used as a power supply for various applications such as LCD-TV, PDP-TV, DVD recorder, and BD recorder.

1X、1Y、1Z チャージポンプ回路(正出力型)
100 半導体装置
101、103、104 PMOSFET
102 NMOSFET
103D、104D ボディダイオード
105 オシレータ
106〜108 インバータ
109、110 コンパレータ
111 ORゲート
112 NANDゲート
113、114 オフ検出部
115 遅延部
2X、2Y、2Z チャージポンプ回路(負出力型)
200A、200B 半導体装置
201 PMOSFET
202〜204 NMOSFET
203D、204D ボディダイオード
205 オシレータ
206 インバータ
207、208 ドライバ
209、210 コンパレータ
211、212 ANDゲート
213、214 オフ検出部
215 遅延部
C1 フライングキャパシタ
C2 出力キャパシタ
1X, 1Y, 1Z Charge pump circuit (positive output type)
100 Semiconductor device 101, 103, 104 PMOSFET
102 NMOSFET
103D, 104D Body diode 105 Oscillator 106-108 Inverter 109, 110 Comparator 111 OR gate 112 NAND gate 113, 114 Off detection unit 115 Delay unit 2X, 2Y, 2Z Charge pump circuit (negative output type)
200A, 200B Semiconductor device 201 PMOSFET
202-204 NMOSFET
203D, 204D Body diode 205 Oscillator 206 Inverter 207, 208 Driver 209, 210 Comparator 211, 212 AND gate 213, 214 Off detector 215 Delay unit C1 Flying capacitor C2 Output capacitor

Claims (10)

キャパシタの充放電用スイッチとして用いられるFETと、
前記FETに流れる電流または前記FETの両端電圧に応じて検出信号を生成する検出部と、
前記検出信号に応じて前記FETの駆動信号を生成する駆動部と、
を有することを特徴とするチャージポンプ回路。
FET used as a charge / discharge switch for a capacitor;
A detection unit that generates a detection signal according to a current flowing through the FET or a voltage across the FET;
A drive unit that generates a drive signal of the FET in response to the detection signal;
A charge pump circuit comprising:
前記キャパシタの第1端と第1電圧の印加端との間に接続された第1FETと、
前記キャパシタの第1端と接地電圧の印加端との間に接続された第2FETと、
前記キャパシタの第2端と第2電圧の印加端との間に接続された第3FETと、
前記キャパシタの第2端と出力電圧の印加端との間に接続された第4FETと、
クロック信号を生成するオシレータと、
前記クロック信号に応じて前記第1FETと前記第2FETの駆動信号を生成する第1駆動部と、
前記第3FETに流れる電流または前記第3FETの両端電圧に応じて第1検出信号を生成する第1検出部と、
前記第4FETに流れる電流または前記第4FETの両端電圧に応じて第2検出信号を生成する第2検出部と、
前記第1検出信号に応じて前記第3FETの駆動信号を生成する第2駆動部と、
前記第2検出信号に応じて前記第4FETの駆動信号を生成する第3駆動部と、
を有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。
A first FET connected between a first end of the capacitor and a first voltage application end;
A second FET connected between the first end of the capacitor and a ground voltage application end;
A third FET connected between the second end of the capacitor and a second voltage application end;
A fourth FET connected between the second end of the capacitor and an output voltage application end;
An oscillator that generates a clock signal;
A first driving unit that generates driving signals for the first FET and the second FET in response to the clock signal;
A first detection unit that generates a first detection signal according to a current flowing through the third FET or a voltage across the third FET;
A second detection unit that generates a second detection signal according to a current flowing through the fourth FET or a voltage across the fourth FET;
A second driving unit for generating a driving signal for the third FET in response to the first detection signal;
A third driving unit for generating a driving signal for the fourth FET in response to the second detection signal;
The charge pump circuit according to claim 1, further comprising:
前記第2駆動部は、前記第1検出信号と前記クロック信号の双方に応じて前記第3FETの駆動信号を生成し、
前記第3駆動部は、前記第2検出信号と前記クロック信号の双方に応じて前記第4FETの駆動信号を生成する、
ことを特徴とする請求項2に記載のチャージポンプ回路。
The second driving unit generates a driving signal for the third FET according to both the first detection signal and the clock signal,
The third driving unit generates a driving signal for the fourth FET in accordance with both the second detection signal and the clock signal;
The charge pump circuit according to claim 2.
前記第3FETの駆動信号に応じて第1オフ検出信号を生成する第1オフ検出部と、
前記第4FETの駆動信号に応じて第2オフ検出信号を生成する第2オフ検出部と、
前記第1オフ検出信号と前記第2オフ検出信号に応じて前記クロック信号に遅延を与える遅延部と、
を有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。
A first off detection unit that generates a first off detection signal in response to a driving signal of the third FET;
A second off detection unit for generating a second off detection signal in response to the drive signal of the fourth FET;
A delay unit that delays the clock signal according to the first off detection signal and the second off detection signal;
The charge pump circuit according to claim 3, further comprising:
前記第1電圧と前記第2電圧は、いずれも正電圧であることを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか一項に記載のチャージポンプ回路。   5. The charge pump circuit according to claim 2, wherein each of the first voltage and the second voltage is a positive voltage. 6. 前記第1FET、前記第3FET、及び、前記第4FETはいずれもPチャネル型であり、前記第2FETはNチャネル型であることを特徴とする請求項5に記載のチャージポンプ回路。   6. The charge pump circuit according to claim 5, wherein each of the first FET, the third FET, and the fourth FET is a P-channel type, and the second FET is an N-channel type. 前記第1電圧は正電圧であり、前記第2電圧は負電圧であることを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか一項に記載のチャージポンプ回路。   5. The charge pump circuit according to claim 2, wherein the first voltage is a positive voltage and the second voltage is a negative voltage. 6. 前記第1FETはPチャネル型であり、前記第2FET、前記第3FET、及び、前記第4FETはいずれもNチャネル型であることを特徴とする請求項7に記載のチャージポンプ回路。   8. The charge pump circuit according to claim 7, wherein the first FET is a P-channel type, and the second FET, the third FET, and the fourth FET are all N-channel type. 前記第1FETと、前記第2FETと、前記第1駆動部と、前記オシレータは、いずれも基板に接地電圧が印加された第1半導体装置に集積化されており、
前記第3FETと、前記第4FETと、前記第1検出部と、前記第2検出部と、前記第2駆動部と、前記第3駆動部は、いずれも基板に負電圧が印加された第2半導体装置に集積化されている、
ことを特徴とする請求項8に記載のチャージポンプ回路。
The first FET, the second FET, the first driver, and the oscillator are all integrated in a first semiconductor device in which a ground voltage is applied to the substrate,
The third FET, the fourth FET, the first detection unit, the second detection unit, the second drive unit, and the third drive unit are all applied with a negative voltage applied to the substrate. Integrated in a semiconductor device,
The charge pump circuit according to claim 8.
請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載のチャージポンプ回路を有することを特徴とする電源装置。   A power supply apparatus comprising the charge pump circuit according to claim 1.
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