JP3743809B2 - Power circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源回路に関し、特に、入力電圧に応じて容量素子への充放電を制御して、所定の電圧レベルを生成、出力するチャージポンプ回路を備えた電源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、液晶表示装置を始め、駆動電圧として複数の異なる電圧レベルを必要とする電子回路においては、入力電圧に基づいて新たな電圧レベルを有する出力電圧を発生する電源回路を用いることにより、入力電圧の電源種及び電源数を少なくすることが行われている。このような電源回路としては、入力電圧に基づいて容量素子への充放電動作を制御し、該容量素子に蓄積された電荷量に応じた電圧レベルを出力電圧として出力する、いわゆる、チャージポンプ型の電源回路が知られている。
【0003】
以下に、従来のチャージポンプ型の電源回路の一例について、図面を参照して説明する。
図3に示すように、従来のチャージポンプ型の電源回路は、大別して、チャージポンプ駆動用クロック信号(以下、クロックパルスと記す)CPが印加される入力端子Ninと、入力端子Ninに接続されたインバータ素子群INV1〜INV3と、外部電源により供給される高電位側の電圧レベルVDDと出力端子Noutとの間に直列に接続され、インバータ素子群INV1〜INV3からの出力電圧に基づいて、ON/OFF制御されるトランジスタ群Tr11〜Tr15と、トランジスタTr11及びTr12の接点N11(端子NA)とトランジスタTr14及びTr15の接点N14(端子NB)との間に接続されたコンデンサC11と、入力端子NinとトランジスタTr12及びTr13の接点N12(端子NC)との間に接続されたコンデンサC12と、を有して構成されている。
【0004】
トランジスタTr11は、PMOSトランジスタにより構成され、トランジスタTr12〜Tr15は、NMOSトランジスタにより構成されている。そして、トランジスタTr11、Tr12、Tr15のゲートには、インバータ素子INV3の出力電位が印加され、トランジスタTr13、Tr14のゲートには、インバータ素子INV2の出力電位が印加されている。ここで、インバータ素子INV1は電源電圧VDD−VSSに基づいてインバータ動作を行うとともに、インバータ素子INV2、INV3は電源電圧VDD−VEEに基づいてインバータ動作を行うように構成され、入力端子Ninに印加されるクロックパルスCPにより、後段のトランジスタ群Tr11〜Tr15をアナログスイッチとして駆動するように、電圧レベルがVCC−VSSからVDD−VEEに順次シフトされる。
【0005】
また、トランジスタTr13とTr14の接点N13には、直接、低電位側の電圧レベルVSSが印加されている。さらに、出力端子Noutには他端側が低電位側の電圧レベルVSSに接続されたコンデンサC13が接続されるとともに、図示を省略した所定の負荷が接続されている。したがって、コンデンサC13は、出力端子Noutに接続された負荷に寄生する容量であっても良い。
このような構成において、入力端子Ninに、低電位側の電圧レベルがVSS(ここでは、接地電位GND)であり、高電位側の電圧レベルがVCC(すなわち、電圧振幅VCC−VSS)を有するクロックパルスCPが印加されることにより、出力端子Noutから電圧レベルVEE=−(VDD+VCC)を有する出力電圧が出力される。
【0006】
具体的には、クロックパルスCPがハイレベル(電圧レベルVCC)の状態では、図3に示したインバータ素子INV2の出力はハイレベル(VDD)、INV3の出力はローレベル(VEE)となり、トランジスタTr11、Tr13、Tr14がオン状態となるので、図4(a)の接続状態の等価回路(トランジスタ群及びコンデンサの接続状態と電圧レベルとの関係)に示すように、コンデンサC11の両端に電圧レベルVDDと電圧レベルVSSが印加され、コンデンサC12の両端に電圧レベルVCCと電圧レベルVSSが印加された状態となる。また、電圧レベルVSSが一端側に印加されたコンデンサC13は、他のコンデンサC11、C12とは独立して(切り離されて)出力端子Nout(電圧レベルVEE)に接続される。
これにより、クロックパルスCPがハイレベルのとき、コンデンサC1が電圧レベルVDDとVSSとにより充電され、また、コンデンサC2が電圧レベルVCCとVSSとにより充電される。
【0007】
一方、クロックパルスCPがローレベル(電圧レベルVSS)の状態では、図3に示したインバータ素子INV2の出力はローレベル(VEE)、INV3の出力はハイレベル(VDD)となり、トランジスタTr12、Tr15がオン状態となるので、図4(b)の接続状態の等価回路(トランジスタ群及びコンデンサの接続状態と電圧レベルとの関係)に示すように、コンデンサC11、C12が直列接続されて、一端側に電圧レベルVSSが印加されるとともに、他端側が出力端子Nout(電圧レベルVEE)に接続される。また、電圧レベルVSSが一端側に印加されたコンデンサC13は、出力端子Nout(電圧レベルVEE)を介して、他のコンデンサC11、C12と並列に接続される。
【0008】
これにより、クロックパルスCPがローレベルのとき、コンデンサC1とC2に充電された電圧レベルが加算され(VDD+VCC)、また、出力端子Noutに対して極性が反転するように接続されるので、−(VDD+VCC)の電圧レベルが生成され、この電圧レベルがコンデンサC13に充電されて出力電圧VEEとして供給される。
したがって、従来のチャージポンプ型の電源回路においては、所定の電圧振幅を有するクロックパルスによりハイレベル、ローレベルを周期的に繰り返すことにより、コンデンサに蓄積された電荷(充電された電圧レベル)が足し合わされて出力電圧VEEとして出力される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、上述した従来の電源回路においては、個別に充電されたコンデンサC1、C2を直列接続することにより出力電圧VEEを生成する構成を有していたため、出力電圧VEEの生成時における容量が、コンデンサC1、C2の合成容量(逆数の和)となって、コンデンサC1又はC2単体の容量に比較して、小さな値となっていた。そのため、出力端子Noutに接続される負荷が断続的に変動した場合や、大きな負荷が一時的に加わった場合、出力電位VEEの電位変動が大きくなり(負荷変動に対する耐性が低くなる)、良好な電圧レベルの供給を行うことができなくなるという問題を有していた。
【0010】
そこで、本発明は、上述した問題を解決して、出力端子に接続される負荷が変動した場合等であっても、電位変動を抑制して、安定した出力電圧を供給することができる電源回路を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の電源回路は、第1及び第2の容量素子からなる電荷蓄積手段と、
所定の第1及び第2の定電圧電源からなる電源手段と、所定の電圧振幅を有する入力信号に基づいて、前記第1及び第2の容量素子相互、及び、前記第1及び第2の容量素子と前記第1及び第2の電源との接続状態を切り替え設定する接続状態設定手段と、を備え、前記接続状態設定手段は、前記入力信号の第1のタイミングにおいて前記第1の容量素子に前記第1の定電圧電源より第1の電荷量を蓄積するとともに、前記第2容量素子に蓄積された電荷量に基づく電位を出力電圧として出力するように前記接続状態を設定し、前記入力信号の第2のタイミングにおいて前記第2の定電圧電源より前記第2の容量素子に第2の電荷量を供給するとともに、前記入力信号の第1のタイミングにおいて前記第1の容量素子に蓄積された前記第1の電荷を、前記第2の容量素子に移動させるために、前記第1の容量素子を前記第2の容量素子に直列に接続させるように前記接続状態を設定して、前記第2の容量素子に前記入力信号の第1のタイミングにおいて前記第1の容量素子に蓄積された前記第1の電荷量と前記第2の電荷量を合わせた電荷量を蓄積し、前記第1のタイミング及び第2のタイミングにおける前記接続状態を、所定の周期で繰り返すことを特徴としている。
【0012】
請求項2記載の電源回路は、請求項1記載の電源回路において、前記出力電圧は、前記第2の容量素子に蓄積された、前記第1の電荷量と前記第2の電荷量を合わせた電荷量に基づく電圧であることを特徴としている。
請求項3記載の電源回路は、請求項1又は2のいずれかに記載の電源回路において、前記接続状態設定手段は、前記第1及び第2の容量素子相互、及び、前記第1及び第2の容量素子と前記第1及び第2の定電圧電源との接続状態を切り替える複数のスイッチング素子と、該複数のスイッチング素子を個別に動作制御するための駆動電圧を生成する駆動電圧生成手段と、を備え、前記駆動電圧生成手段は、前記入力信号の電圧振幅に基づいて、前記第1のタイミング及び第2のタイミングで、前記駆動電圧を生成して、前記複数のスイッチング素子に印加することを特徴としている。
【0013】
請求項4記載の電源回路は、請求項3記載の電源回路において、前記複数のスイッチング素子、及び、前記駆動電圧生成手段は、電効果型のトランジスタにより構成されていることを特徴としている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電源回路の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る電源回路の一実施形態を示す概略構成図である。ここで、従来技術と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る電源回路は、大別して、電源回路駆動用のクロックパルス(入力信号)CPが印加される入力端子Ninと、入力端子Ninに接続された3段のインバータ素子群INV1〜INV3と、外部電源により供給される高電位側の電圧レベルVDDと出力端子Noutとの間に直列に接続され、インバータ素子群INV1〜INV3からの出力電圧に基づいて、ON/OFF制御されるトランジスタ群Tr1〜Tr3と、インバータ素子INV1の出力(端子Na)とトランジスタTr1及びTr2の接点N1(端子Nb)との間に接続されたコンデンサ(第1の容量素子)C1と、入力端子NinとトランジスタTr2及びTr3の接点N2(端子Nc)との間に接続されたコンデンサ(第2の容量素子)C2と、を有して構成されている。
【0015】
トランジスタ群Tr1〜Tr3は、いずれもN型の電界効果型トランジスタ(NMOSトランジスタ)により構成され、トランジスタTr1、Tr3のゲートには、インバータ素子INV3の出力電位が印加され、トランジスタTr2のゲートには、インバータ素子INV2の出力電位が印加されている。ここで、インバータ素子INV1は電源電圧VDD−VSSにより駆動するとともに、インバータ素子INV2、INV3は電源電圧VDD−VEEにより駆動するように構成され、入力端子Ninに印加されるクロックパルスCPにより、後段のトランジスタ群Tr1〜Tr3をアナログスイッチとして駆動するように、電圧レベルがVCC−VSSからVDD−VSS、VDD−VEEに順次シフトされる。
【0016】
また、出力端子Noutには他端側が低電位側の電圧レベルVSSに接続されたコンデンサC3が接続されるとともに、図示を省略した所定の負荷が接続されている。したがって、コンデンサC3は、出力端子Noutに接続された負荷に寄生する容量であっても良い。
ここで、コンデンサC1、C2は容量素子であって、電荷蓄積手段を構成する。また、トランジスタTr1〜Tr3はスイッチング素子であり、インバータ素子群INV1〜INV3は駆動電圧生成手段であって、これらにより接続状態設定手段を構成している。
【0017】
次に、上述したような構成を有する電源回路の動作について、図面を参照して説明する。
図2は、本実施形態に係る電源回路におけるトランジスタ群及びコンデンサの接続状態と電圧レベルとの関係を示す等価回路図である。
上述したような構成において、従来技術の構成と同様に、入力端子Ninに、電圧振幅VCC−VSSを有するクロックパルスCPが印加されることにより、出力端子Noutから電圧レベルVEE=−(VDD+VCC)を有する出力電圧が出力される。
【0018】
具体的には、クロックパルスCPがローレベル(電圧レベルVSS)の状態(第1のタイミング)では、図1に示したインバータ素子INV1の出力はハイレベル(VDD)、INV2の出力はローレベル(VEE)、INV3の出力はハイレベル(VDD)となり、トランジスタTr1、Tr3がオン状態となるので、図2(a)の接続状態の等価回路に示すように、コンデンサC1の両端Na、Nbに電圧レベルVDDと電圧レベルVSSが印加された状態となる。コンデンサC2の一端Ninには電圧レベルVSSが印加され、他端Ncが出力端子Nout(電圧レベルVEE)に接続された状態となる。また、電圧レベルVSSが一端側に印加されたコンデンサC3は、出力端子Nout(電圧レベルVEE)に接続される。
これにより、クロックパルスCPがローレベルのとき、コンデンサC1が電圧レベルVDDとVSSとの電位差に基づいて充電されるとともに、出力端子Noutに接続されたコンデンサC2により、コンデンサC3が充電される。以下に述べるように、クロックパルスCPがハイレベル(電圧レベルVCC)の期間を経た後にはコンデンサC2にVDD+VCCの電荷が蓄積されることにより、コンデンサC3に出力電圧VEEが出力される。なお、初期の状態においては、コンデンサに充電される電圧は不明である。
【0019】
一方、クロックパルスCPがハイレベル(電圧レベルVCC)の状態(第2のタイミング)では、インバータ素子INV1の出力はローレベル(VSS)、INV2の出力はハイレベル(VDD)、INV3の出力はローレベル(VEE)となり、トランジスタTr2のみがオン状態となるので、図2(b)の接続状態の等価回路に示すように、コンデンサC1、C2が直列接続され、コンデンサC1において上記電圧レベルVDDとVSSの電位差に基づいて充電された電圧に応じて、コンデンサC2に対して、蓄積された電荷の移動が生じる。すなわち、コンデンサC2の一端側(低電位側;Nc)には、−VDDの電位が印加されることになる。加えて、このとき、コンデンサC2の他端側(高電位側;Nin)にはクロックパルスCPによりハイレベルの電圧レベルVCCが印加されている。なお、電圧レベルVSSが一端側に印加されたコンデンサC3は、他のコンデンサC1、C2とは切り離されて出力端子Nout(電圧レベルVEE)に接続される。
【0020】
これにより、クロックパルスCPがハイレベルのとき、コンデンサC2には、電位差VDD+VCCが印加されることになり、この電位差に応じた電荷の蓄積が行われる。
そして、クロックパルスCPが、再び、ローレベルになると、上述したように、コンデンサC2の低電位側(端子Nc)が出力端子Noutに接続されることになるので、クロックパルスCPにより周期的にハイレベル及びローレベルの電圧レベルを印加することにより、コンデンサC3にコンデンサC2から電荷が供給されて充電され、−(VDD+VCC)の電圧レベルを有する出力電圧VEEが安定的に出力される。
【0021】
したがって、本実施形態に係る電源回路によれば、上述した従来技術におけるチャージポンプ型の電源回路(図3、図4)の動作とは異なり、単独のコンデンサC2に蓄積された電荷に基づいて出力電圧が生成、出力されるので、容量値を大きくすることができ、時定数の影響を受けない程度に十分長い時間で充電を実行する場合、より多くの電荷をコンデンサC2からC3に供給することができる。したがって、出力端子Noutに接続された負荷が断続的に変動した場合や、一時的に大きな負荷が加わった場合であっても、出力電位の変動を抑制して安定した電源を供給することができる。
【0022】
また、本実施形態に係る電源回路においては、コンデンサC1〜C3の接続状態を切り替えるスイッチ素子として、NMOSトランジスタを3個直列に接続した構成で、負荷変動に対する耐性が高い電源を構成することができるので、従来技術に比較して、回路構成をより簡素化して小型化することができるとともに、製造プロセスの簡略化を図ることができる。さらに、トランジスタ素子Tr1〜Tr3に駆動電圧を供給するインバータ素子群INV1〜INV3の構成をCMOS構成とすることにより、トランジスタ素子Tr1〜Tr3を構成するMOSトランジスタと同一の工程で製造することができ、一層の製造プロセスの簡略化及び電源回路の小型化を図ることができる。
【0023】
なお、本実施形態においては、外部から供給される電圧(VDD、VCC)を加算し、極性反転して、負の出力電圧VEE(=−(VDD+VCC))を生成する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、任意の電圧の組み合わせにより、所望の極性を有する出力電圧を生成することができるものであることはいうまでもない。
また、本実施形態において、コンデンサC1、C2はそれぞれ単一のコンデンサとしたが、それぞれが複数のコンデンサより構成されていてもよい。
更に、本実施形態においては、インバータ素子群及びトランジスタを備えた構成について、特に説明しなかったが、これらの接続状態切替手段を単一の基板上に集積回路(IC)として構成したものであってもよい。
【0024】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、第1、第2の容量素子と、所定の第1及び第2の定電圧電源と、第1及び第2の容量素子相互の接続状態を切り替え設定する接続状態設定手段と、を備えたチャージポンプ型の電源回路において、入力信号の第1のタイミングで第1の容量素子に第1の電源より第1の電荷量を蓄積するとともに、第2の容量素子に蓄積された電荷量に基づく電位を出力電圧として出力し、また、入力信号の第2のタイミングで第2の電源より第2の容量素子に第2の電荷量を供給するとともに、第1の容量素子に蓄積された電荷を、第2の容量素子に移動させることにより第2の容量素子に第1の電荷量と第2の電荷量を合わせた電荷量を蓄積する一連の容量素子への電荷の蓄積、放出動作を、所定の周期で繰り返すように構成されているので、第2の容量素子単独で出力電位が生成されることになり、従来の直列接続による合成容量に比較して、容量値を大きくすることができる。したがって、出力電圧により駆動される負荷の変動が生じた場合や一時的に大きな負荷が加わった場合であっても、出力電位の変動を抑制して安定した電源を供給することができる。
【0025】
請求項2記載の発明によれば、上記構成により生成、出力される出力電圧は、第2の容量素子に蓄積された、第1の電荷量と第2の電荷量を合わせた電荷量に基づく電圧であり、第1及び第2の定電圧電源により供給される電圧とは異なる電圧であるので、供給される電圧のみに基づいて所望の電圧を生成することができ、電源種や電源数を削減して、製品規模の小型化や製品コストの削減を図ることができる。
請求項3記載の発明によれば、上記接続状態設定手段は、第1及び第2の容量素子相互、及び、第1及び第2の容量素子と第1及び第2の定電圧電源との接続状態を切り替える複数のスイッチング素子と、該複数のスイッチング素子を個別に動作制御するための駆動電圧を生成する駆動電圧生成手段と、を備え、入力信号の電圧振幅に基づいてスイッチング素子を良好に駆動するための駆動電圧を生成することができるので、入力信号に適用される電圧振幅の設定自由度を大きくすることができる。
請求項4記載の発明によれば、上記スイッチング素子及び駆動電圧生成手段は、電効果型のトランジスタにより構成されているので、電源回路の製造プロセスの簡略化、及び、回路規模の集積化による電源回路の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電源回路の一実施形態を示す概略構成図である。
【図2】本実施形態に係る電源回路におけるトランジスタ群及びコンデンサの接続状態と電圧レベルとの関係を示す等価回路図である。
【図3】従来技術における電源回路の一構成例を示す概略構成図である。
【図4】従来技術における電源回路のトランジスタ群及びコンデンサの接続状態と電圧レベルとの関係を示す等価回路図である。
【符号の説明】
Tr1〜Tr3 トランジスタ
INV1〜INV3 インバータ素子
C1、C2、C3 コンデンサ
CP クロックパルス
VEE 出力電圧
Nin 入力端子
Nout 出力端子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply circuit, and more particularly to a power supply circuit including a charge pump circuit that generates and outputs a predetermined voltage level by controlling charging / discharging of a capacitive element according to an input voltage.
[0002]
[Prior art]
In general, in an electronic circuit that requires a plurality of different voltage levels as a driving voltage, such as a liquid crystal display device, an input voltage is generated by using a power supply circuit that generates an output voltage having a new voltage level based on the input voltage. The number of power sources and the number of power sources are reduced. As such a power supply circuit, a so-called charge pump type that controls charging / discharging operation to a capacitive element based on an input voltage and outputs a voltage level corresponding to the amount of charge accumulated in the capacitive element as an output voltage. The power supply circuit is known.
[0003]
Hereinafter, an example of a conventional charge pump type power supply circuit will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 3, a conventional charge pump type power supply circuit is roughly divided into an input terminal Nin to which a charge pump driving clock signal (hereinafter referred to as clock pulse) CP is applied, and an input terminal Nin. The inverter element groups INV1 to INV3 are connected in series between the high-potential-side voltage level VDD supplied from the external power supply and the output terminal Nout, and are turned on based on the output voltage from the inverter element groups INV1 to INV3. Transistor group Tr11-Tr15 to be controlled / OFF, a capacitor C11 connected between a contact N11 (terminal NA) of the transistors Tr11 and Tr12 and a contact N14 (terminal NB) of the transistors Tr14 and Tr15, and an input terminal Nin A transistor connected between the contact N12 (terminal NC) of the transistors Tr12 and Tr13. A capacitor C12, and is configured with a.
[0004]
The transistor Tr11 is composed of a PMOS transistor, and the transistors Tr12 to Tr15 are composed of NMOS transistors. The output potential of the inverter element INV3 is applied to the gates of the transistors Tr11, Tr12, Tr15, and the output potential of the inverter element INV2 is applied to the gates of the transistors Tr13, Tr14. Here, the inverter element INV1 performs an inverter operation based on the power supply voltage VDD-VSS, and the inverter elements INV2 and INV3 are configured to perform an inverter operation based on the power supply voltage VDD-VEE, and are applied to the input terminal Nin. With the clock pulse CP, the voltage level is sequentially shifted from VCC-VSS to VDD-VEE so that the subsequent transistor groups Tr11 to Tr15 are driven as analog switches.
[0005]
Further, the voltage level VSS on the low potential side is directly applied to the contact N13 of the transistors Tr13 and Tr14. Further, the output terminal Nout is connected to a capacitor C13 whose other end is connected to the voltage level VSS on the low potential side, and to a predetermined load (not shown). Therefore, the capacitor C13 may be a capacitance parasitic to the load connected to the output terminal Nout.
In such a configuration, the input terminal Nin has a clock whose low-potential side voltage level is VSS (here, ground potential GND) and whose high-potential side voltage level is VCC (that is, voltage amplitude VCC−VSS). By applying the pulse CP, an output voltage having a voltage level VEE = − (VDD + VCC) is output from the output terminal Nout.
[0006]
Specifically, when the clock pulse CP is at a high level (voltage level VCC), the output of the inverter element INV2 shown in FIG. 3 is at a high level (VDD), the output of INV3 is at a low level (VEE), and the transistor Tr11 Tr13 and Tr14 are turned on, and therefore, as shown in the equivalent circuit of the connection state in FIG. 4A (the relationship between the connection state of the transistor group and the capacitor and the voltage level), the voltage level VDD is applied across the capacitor C11. And the voltage level VSS is applied, and the voltage level VCC and the voltage level VSS are applied to both ends of the capacitor C12. The capacitor C13 to which the voltage level VSS is applied to one end is connected to the output terminal Nout (voltage level VEE) independently of (disconnected from) the other capacitors C11 and C12.
Thus, when the clock pulse CP is at a high level, the capacitor C1 is charged with the voltage levels VDD and VSS, and the capacitor C2 is charged with the voltage levels VCC and VSS.
[0007]
On the other hand, when the clock pulse CP is at the low level (voltage level VSS), the output of the inverter element INV2 shown in FIG. 3 is at the low level (VEE), the output of INV3 is at the high level (VDD), and the transistors Tr12 and Tr15 are turned on. Since the ON state is established, capacitors C11 and C12 are connected in series as shown in the equivalent circuit of the connection state in FIG. 4B (the relationship between the connection state of the transistor group and the capacitor and the voltage level), and is connected to one end side. The voltage level VSS is applied, and the other end is connected to the output terminal Nout (voltage level VEE). The capacitor C13 to which the voltage level VSS is applied to one end side is connected in parallel with the other capacitors C11 and C12 via the output terminal Nout (voltage level VEE).
[0008]
Thus, when the clock pulse CP is at the low level, the voltage levels charged in the capacitors C1 and C2 are added (VDD + VCC), and the polarity is inverted with respect to the output terminal Nout. (VDD + VCC) is generated, and this voltage level is charged in the capacitor C13 and supplied as the output voltage VEE.
Therefore, in the conventional charge pump type power supply circuit, the charge (charged voltage level) accumulated in the capacitor is added by periodically repeating the high level and the low level with a clock pulse having a predetermined voltage amplitude. These are combined and output as an output voltage VEE.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional power supply circuit described above has a configuration in which the output voltage VEE is generated by serially connecting capacitors C1 and C2 that are individually charged. However, the combined capacitance (sum of reciprocals) of the capacitors C1 and C2 was smaller than the capacitance of the capacitor C1 or C2 alone. For this reason, when the load connected to the output terminal Nout fluctuates intermittently or when a large load is temporarily applied, the potential fluctuation of the output potential VEE increases (resistance to load fluctuation decreases), which is favorable. There was a problem that it was impossible to supply the voltage level.
[0010]
Therefore, the present invention solves the above-described problem, and even when the load connected to the output terminal fluctuates, the power supply circuit can suppress the potential fluctuation and supply a stable output voltage. The purpose is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The power supply circuit according to claim 1, charge storage means including first and second capacitive elements;
Based on a power supply means including predetermined first and second constant voltage power supplies, and an input signal having a predetermined voltage amplitude, the first and second capacitive elements, and the first and second capacitors comprising a connection state setting means for setting switching a connection state between the between the element first and second power supply, wherein the connection state setting means, at the first timing of said input signal, said first capacitor a first charge amount than the first constant voltage power supply as well as storage, sets the connection state to output a potential based on the amount of charge accumulated in the second capacitor as the output voltage, the in the second timing of the input signals, supplies the second charge amount to said second of said second capacitive element from the constant voltage power source, the first capacitive element at a first timing of the input signal stored the 1 of the charge amount, the in order to move to the second capacitor, the first capacitive element to set the connection state so as to connect in series with said second capacitor, said second A charge amount that is a sum of the first charge amount and the second charge amount accumulated in the first capacitor element at a first timing of the input signal is accumulated in the capacitor element, and the first timing and The connection state at the second timing is repeated at a predetermined cycle.
[0012]
The power supply circuit according to claim 2 is the power supply circuit according to claim 1, wherein the output voltage is obtained by combining the first charge amount and the second charge amount stored in the second capacitor element. The voltage is based on the amount of charge.
A power supply circuit according to a third aspect of the present invention is the power supply circuit according to the first or second aspect, wherein the connection state setting means includes the first and second capacitive elements, and the first and second capacitance elements. A plurality of switching elements for switching the connection state between the capacitor element and the first and second constant voltage power supplies, and a drive voltage generating means for generating a drive voltage for individually controlling the operations of the plurality of switching elements; The drive voltage generation means generates the drive voltage at the first timing and the second timing based on the voltage amplitude of the input signal and applies the generated drive voltage to the plurality of switching elements. It is a feature.
[0013]
Power circuit according to claim 4, wherein, in the power supply circuit of claim 3, wherein the plurality of switching elements, and said drive voltage generating means is characterized by being constituted by the transistors of the electric field effect.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a power supply circuit according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a power supply circuit according to the present invention. Here, the same components as those in the prior art will be described with the same reference numerals.
As shown in FIG. 1, the power supply circuit according to the present embodiment is roughly divided into an input terminal Nin to which a clock pulse (input signal) CP for driving the power supply circuit is applied, and three stages connected to the input terminal Nin. The inverter element groups INV1 to INV3 are connected in series between the high-potential-side voltage level VDD supplied from the external power supply and the output terminal Nout. Based on the output voltage from the inverter element groups INV1 to INV3, ON / A transistor group Tr1 to Tr3 to be controlled OFF, a capacitor (first capacitive element) C1 connected between the output (terminal Na) of the inverter element INV1 and the contact N1 (terminal Nb) of the transistors Tr1 and Tr2, A capacitor (second capacitor) C2 connected between the input terminal Nin and the contact N2 (terminal Nc) of the transistors Tr2 and Tr3. It is configured Te.
[0015]
Each of the transistor groups Tr1 to Tr3 is composed of an N-type field effect transistor (NMOS transistor). The output potential of the inverter element INV3 is applied to the gates of the transistors Tr1 and Tr3, and the gate of the transistor Tr2 is The output potential of the inverter element INV2 is applied. Here, the inverter element INV1 is driven by the power supply voltage VDD-VSS, and the inverter elements INV2 and INV3 are driven by the power supply voltage VDD-VEE, and the clock pulse CP applied to the input terminal Nin causes the latter stage. The voltage level is sequentially shifted from VCC-VSS to VDD-VSS and VDD-VEE so that the transistor groups Tr1 to Tr3 are driven as analog switches.
[0016]
The output terminal Nout is connected to a capacitor C3 whose other end is connected to the low potential side voltage level VSS and to a predetermined load (not shown). Accordingly, the capacitor C3 may be a capacitance parasitic to the load connected to the output terminal Nout.
Here, the capacitors C1 and C2 are capacitive elements and constitute charge storage means. Further, the transistors Tr1 to Tr3 are switching elements, and the inverter element groups INV1 to INV3 are drive voltage generation means, which constitute connection state setting means.
[0017]
Next, the operation of the power supply circuit having the above-described configuration will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing the relationship between the voltage level and the connection state of the transistor group and the capacitor in the power supply circuit according to the present embodiment.
In the configuration as described above, the voltage level VEE = − (VDD + VCC) is output from the output terminal Nout by applying the clock pulse CP having the voltage amplitude VCC−VSS to the input terminal Nin as in the configuration of the prior art. The output voltage having is output.
[0018]
Specifically, when the clock pulse CP is at a low level (voltage level VSS) (first timing), the output of the inverter element INV1 shown in FIG. 1 is high level (VDD), and the output of INV2 is low level ( VEE) and INV3 output are at a high level (VDD), and the transistors Tr1 and Tr3 are turned on. Therefore, as shown in the equivalent circuit of the connection state in FIG. The level VDD and the voltage level VSS are applied. The voltage level VSS is applied to one end Nin of the capacitor C2, and the other end Nc is connected to the output terminal Nout (voltage level VEE). Further, the capacitor C3 to which the voltage level VSS is applied to one end side is connected to the output terminal Nout (voltage level VEE).
Thus, when the clock pulse CP is at a low level, the capacitor C1 is charged based on the potential difference between the voltage levels VDD and VSS, and the capacitor C3 is charged by the capacitor C2 connected to the output terminal Nout. As described below, after the clock pulse CP passes the high level (voltage level VCC), the charge of VDD + VCC is accumulated in the capacitor C2, so that the output voltage VEE is output to the capacitor C3. In the initial state, the voltage charged in the capacitor is unknown.
[0019]
On the other hand, when the clock pulse CP is at a high level (voltage level VCC) (second timing), the output of the inverter element INV1 is low level (VSS), the output of INV2 is high level (VDD), and the output of INV3 is low. Since the level becomes VEE and only the transistor Tr2 is turned on, the capacitors C1 and C2 are connected in series as shown in the equivalent circuit of the connection state in FIG. 2B, and the voltage levels VDD and VSS are connected in the capacitor C1. In accordance with the voltage charged based on the potential difference, the accumulated charge is transferred to the capacitor C2. That is, a potential of −VDD is applied to one end side (low potential side; Nc) of the capacitor C2. In addition, at this time, the high voltage level VCC is applied to the other end side (high potential side; Nin) of the capacitor C2 by the clock pulse CP. Note that the capacitor C3 to which the voltage level VSS is applied to one end is disconnected from the other capacitors C1 and C2 and connected to the output terminal Nout (voltage level VEE).
[0020]
As a result, when the clock pulse CP is at a high level, the potential difference VDD + VCC is applied to the capacitor C2, and charges are stored according to the potential difference.
When the clock pulse CP becomes low level again, as described above, the low potential side (terminal Nc) of the capacitor C2 is connected to the output terminal Nout. By applying the voltage level of the level and the low level, the capacitor C3 is charged with the charge supplied from the capacitor C2, and the output voltage VEE having a voltage level of − (VDD + VCC) is stably output.
[0021]
Therefore, according to the power supply circuit according to the present embodiment, unlike the operation of the charge pump type power supply circuit (FIGS. 3 and 4) in the prior art described above, the output is based on the charge accumulated in the single capacitor C2. Since the voltage is generated and output, the capacitance value can be increased, and when charging is performed in a sufficiently long time so as not to be affected by the time constant, more charge is supplied from the capacitors C2 to C3. Can do. Therefore, even when the load connected to the output terminal Nout fluctuates intermittently or when a large load is temporarily applied, fluctuations in the output potential can be suppressed and stable power can be supplied. .
[0022]
Further, in the power supply circuit according to the present embodiment, a power supply having high resistance to load fluctuation can be configured with a configuration in which three NMOS transistors are connected in series as a switching element for switching the connection state of the capacitors C1 to C3. Therefore, compared with the prior art, the circuit configuration can be further simplified and reduced in size, and the manufacturing process can be simplified. Furthermore, by adopting a CMOS configuration as the configuration of the inverter element groups INV1 to INV3 that supply drive voltages to the transistor elements Tr1 to Tr3, it can be manufactured in the same process as the MOS transistors that constitute the transistor elements Tr1 to Tr3. Further simplification of the manufacturing process and miniaturization of the power supply circuit can be achieved.
[0023]
In the present embodiment, the case where the externally supplied voltages (VDD, VCC) are added and the polarity is inverted to generate the negative output voltage VEE (= − (VDD + VCC)) has been described. The invention is not limited to this, and it goes without saying that an output voltage having a desired polarity can be generated by any combination of voltages.
In the present embodiment, the capacitors C1 and C2 are each a single capacitor, but each may be composed of a plurality of capacitors.
Further, in the present embodiment, the configuration including the inverter element group and the transistor is not particularly described. However, these connection state switching means are configured as an integrated circuit (IC) on a single substrate. May be.
[0024]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the first and second capacitor elements, the predetermined first and second constant voltage power supplies, and the connection state for switching and setting the connection state between the first and second capacitor elements A charge pump type power supply circuit including a setting unit, wherein the first charge amount is accumulated in the first capacitor element from the first power source at the first timing of the input signal, and the second capacitor element is stored in the second capacitor element. A potential based on the accumulated charge amount is output as an output voltage, and the second charge amount is supplied from the second power source to the second capacitor element at the second timing of the input signal, and the first capacitor Charges accumulated in the element are transferred to the second capacitor element, and the charge to the series of capacitor elements that accumulates the charge amount of the first charge amount and the second charge amount in the second capacitor element is accumulated. It is configured to repeat the accumulation and release operations at a predetermined cycle. Since it is, can result in the output potential at the second capacitive element alone is generated, as compared to the combined capacitance of the conventional series connection to increase the capacitance value. Therefore, even when a change in the load driven by the output voltage occurs or when a large load is temporarily applied, a stable power supply can be supplied while suppressing the change in the output potential.
[0025]
According to the second aspect of the present invention, the output voltage generated and output by the above configuration is based on the total amount of charges accumulated in the second capacitor element, which is the sum of the first charge amount and the second charge amount. Since the voltage is different from the voltage supplied by the first and second constant voltage power supplies, a desired voltage can be generated based on only the supplied voltage, and the power supply type and the number of power supplies can be set. It is possible to reduce the product scale and the product cost.
According to a third aspect of the present invention, the connection state setting means includes the first and second capacitive elements, and the connection between the first and second capacitive elements and the first and second constant voltage power supplies. A plurality of switching elements for switching states, and drive voltage generating means for generating a drive voltage for individually controlling the operations of the plurality of switching elements, and driving the switching elements satisfactorily based on the voltage amplitude of the input signal Therefore, the degree of freedom in setting the voltage amplitude applied to the input signal can be increased.
According to the fourth aspect of the present invention, the switching element and the driving voltage generating unit, which is configured by the transistors of the electric field effect, simplify the manufacturing process of the power supply circuit, and, by integration of the circuit scale The power supply circuit can be reduced in size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a power supply circuit according to the present invention.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing a relationship between a connection state of a transistor group and a capacitor and a voltage level in the power supply circuit according to the present embodiment.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a configuration example of a power supply circuit in a conventional technique.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing a relationship between a connection state of a transistor group and a capacitor of a power supply circuit and a voltage level in a conventional technique.
[Explanation of symbols]
Tr1-Tr3 Transistors INV1-INV3 Inverter elements C1, C2, C3 Capacitor CP Clock pulse VEE Output voltage Nin Input terminal Nout Output terminal

Claims (4)

第1及び第2の容量素子からなる電荷蓄積手段と、
所定の第1及び第2の定電圧電源からなる電源手段と、
所定の電圧振幅を有する入力信号に基づいて、前記第1及び第2の容量素子相互、及び、前記第1及び第2の容量素子と前記第1及び第2の電源との接続状態を切り替え設定する接続状態設定手段と、を備え、
前記接続状態設定手段は、
前記入力信号の第1のタイミングにおいて前記第1の容量素子に前記第1の定電圧電源より第1の電荷量を蓄積するとともに、前記第2容量素子に蓄積された電荷量に基づく電位を出力電圧として出力するように前記接続状態を設定し、
前記入力信号の第2のタイミングにおいて前記第2の定電圧電源より前記第2の容量素子に第2の電荷量を供給するとともに、前記入力信号の第1のタイミングにおいて前記第1の容量素子に蓄積された前記第1の電荷を、前記第2の容量素子に移動させるために、前記第1の容量素子を前記第2の容量素子に直列に接続させるように前記接続状態を設定して、前記第2の容量素子に前記入力信号の第1のタイミングにおいて前記第1の容量素子に蓄積された前記第1の電荷量と前記第2の電荷量を合わせた電荷量を蓄積し、
前記第1のタイミング及び第2のタイミングにおける前記接続状態を、所定の周期で繰り返すことを特徴とする電源回路。
Charge storage means comprising first and second capacitive elements;
Power supply means comprising predetermined first and second constant voltage power supplies;
Based on an input signal having a predetermined voltage amplitude, the first and second capacitive elements and the connection state between the first and second capacitive elements and the first and second power sources are switched and set. And a connection state setting means for
The connection state setting means includes
At the first timing of the input signal, as well as accumulating a first charge amount than the first constant-voltage power supply to the first capacitor, based on the amount of charge accumulated in the second capacitor potential Set the connection state to output as an output voltage,
In the second timing of the input signal, the supplies the second charge amount to a second of said second capacitive element from the constant voltage power source, said at the first timing of the input signal first capacitor The connection state is set so that the first capacitor element is connected in series to the second capacitor element in order to move the first charge amount stored in the first capacitor element to the second capacitor element. A charge amount obtained by combining the first charge amount and the second charge amount accumulated in the first capacitor element at the first timing of the input signal is accumulated in the second capacitor element ;
A power supply circuit, wherein the connection state at the first timing and the second timing is repeated at a predetermined cycle.
前記出力電圧は、前記第2の容量素子に蓄積された、前記第1の電荷量と前記第2の電荷量を合わせた電荷量に基づく電圧であることを特徴とする請求項1記載の電源回路。  2. The power supply according to claim 1, wherein the output voltage is a voltage based on a charge amount accumulated in the second capacitor element, which is a sum of the first charge amount and the second charge amount. circuit. 前記接続状態設定手段は、前記第1及び第2の容量素子相互、及び、前記第1及び第2の容量素子と前記第1及び第2の定電圧電源との接続状態を切り替える複数のスイッチング素子と、該複数のスイッチング素子を個別に動作制御するための駆動電圧を生成する駆動電圧生成手段と、を備え、
前記駆動電圧生成手段は、前記入力信号の電圧振幅に基づいて、前記第1のタイミング及び第2のタイミングで、前記駆動電圧を生成して、前記複数のスイッチング素子に印加することを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の電源回路。
The connection state setting means includes a plurality of switching elements for switching the connection state between the first and second capacitive elements and between the first and second capacitive elements and the first and second constant voltage power supplies. And drive voltage generating means for generating a drive voltage for individually controlling the operations of the plurality of switching elements,
The drive voltage generation unit generates the drive voltage at the first timing and the second timing based on the voltage amplitude of the input signal, and applies the generated drive voltage to the plurality of switching elements. The power supply circuit according to claim 1.
前記複数のスイッチング素子、及び、前記駆動電圧生成手段は、電効果型のトランジスタにより構成されていることを特徴とする請求項3記載の電源回路。Wherein the plurality of switching elements, and said drive voltage generating means, the power supply circuit according to claim 3, characterized in that it is constituted by the electric field effect type transistor.
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