JP4964576B2 - 電圧昇圧装置、電圧昇降圧装置及び液晶表示装置 - Google Patents

電圧昇圧装置、電圧昇降圧装置及び液晶表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、入力されるクロック信号の周波数設定に応じて入力電圧を昇圧又は降圧するDC−DCコンバータを用いた電圧昇圧装置、電圧昇降圧装置及び液晶表示装置に関する。
DC−DCコンバータを用いた電圧昇圧回路又は電圧昇降圧回路は、複数の駆動電圧を必要とする様々な電子機器等に広く利用されている。
DC−DCコンバータは、入力されるクロック信号に応じて電源電圧を昇圧又は降圧して所望の一定の電圧を得る回路であり、トランジスタとコンデンサ等を組み合わせた回路により構成される。このようなDC−DCコンバータを起動する場合は、DC−DCコンバータから所望の一定の電圧を得るように一定の周波数を設定したクロック信号をDC−DCコンバータに入力する起動制御を行っていた。
しかし、このようなDC−DCコンバータの起動制御では、一定周波数のクロック信号をDC−DCコンバータに入力するだけであったため、以下のような問題があった。
起動時のDC−DCコンバータの出力電圧は低電圧であり、一定周波数のクロック信号が入力されてもDC−DCコンバータが安定動作に移行して所望の出力電圧を得るまでの動作が不安定であった。すなわち、従来のDC−DCコンバータの起動制御は、DC−DCコンバータの起動時の昇圧動作又は降圧動作に応じた起動制御になっていないとう問題があった。
米国特許7,072,193 b2号
本発明の一実施形態によれば、DC−DCコンバータの起動時の昇圧動作又は降圧動作に応じたクロック信号の周波数の可変制御を行って、DC−DCコンバータの起動時から安定動作に移行するまで動作を安定させる電圧昇圧装置、電圧昇降圧装置及び液晶表示装置の提供を目的とする。
本発明の一実施形態に係る電圧昇圧装置によれば、トランジスタを用いて構成し入力されるクロック信号に応じて電源電圧を一定の電圧に昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路が前記電源電圧を前記一定の電圧に昇圧するまでの昇圧動作期間に用いる前記クロック信号の周波数を複数設定した周波数設定部と、前記周波数設定部に設定された複数の周波数に基づいて、前記昇圧回路の前記昇圧動作期間中にクロック信号の周波数を可変する周波数可変部と、を具備したことを特徴とする。
また、前記トランジスタは薄膜トランジスタであり、前記周波数設定部は、前記昇圧動作期間における前記薄膜トランジスタの特性に応じた前記クロック信号の周波数を複数設定するようにしてもよい。
また、前記昇圧動作期間は、前記昇圧回路の起動時から前記一定の電圧を出力するまでの期間としてもよい。
また、前記周波数設定部は、前記昇圧動作期間の動作に対応した前記クロック信号の周波数を所定期間毎に複数設定してもよい。
また、本発明の一実施形態に係る電圧昇圧装置によれば、トランジスタを用いて構成し入力されるクロック信号に応じて電源電圧を一定の電圧に昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路が前記電源電圧を前記一定の電圧に昇圧する昇圧動作期間に用いる前記クロック信号の周波数を該昇圧回路の昇圧動作期間中の出力電圧に応じて可変する周波数可変部と、を具備することを特徴とする。
また、前記トランジスタは薄膜トランジスタであり、前記周波数可変部はリングオシレータを用いてもよい。
また、本発明の一実施形態に係る電圧昇圧装置によれば、トランジスタを用いて構成し入力されるクロック信号に応じて電源電圧を一定の電圧に昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路が前記電源電圧を前記一定の電圧に昇圧する昇圧動作期間用いる前記クロック信号の第1の周波数を設定する第1の周波数設定部と、前記昇圧回路が前記昇圧動作期間後に前記一定の電圧を出力する安定動作期間に用いる前記クロック信号の第2の周波数を設定する第2の周波数設定部と、前記昇圧回路の前記昇圧動作期間又は前記安定動作期間に応じて前記第1の周波数設定部又は前記第2の周波数設定部を選択する選択手段と、前記昇圧回路の前記昇圧動作期間又は前記安定動作期間に応じて前記選択手段により前記第1の周波数設定部又は前記第2の周波数設定部を選択し、前記昇圧回路の前記昇圧動作中又は前記安定動作期間中に前記クロック信号の周波数を前記第1の周波数又は前記第2の周波数に可変する周波数可変部と、を具備することを特徴とする。
また、前記トランジスタは薄膜トランジスタであってもよい。
また、本発明の一実施形態に係る電圧昇圧装置によれば、トランジスタを用いて構成し入力されるクロック信号に応じて電源電圧を一定の電圧に昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路が前記電源電圧を前記一定の電圧に昇圧する昇圧動作期間に用いる前記クロック信号の可変周波数を設定する可変周波数設定部と、前記昇圧回路が前記昇圧動作期間後に前記一定の電圧を出力する安定動作期間に用いる前記クロック信号の固定周波数を設定する固定周波数設定部と、前記昇圧回路の前記昇圧動作期間又は前記安定動作期間に応じて前記可変周波数設定部又は前記固定周波数設定部を選択する選択手段と、前記昇圧回路の前記昇圧動作又は前記安定動作期間に応じて前記選択手段により前記可変周波数設定部又は前記固定周波数設定部を選択し、前記昇圧回路の前記昇圧動作期間中又は前記安定動作期間中に前記クロック信号の周波数を前記可変周波数又は前記固定周波数に可変する周波数可変部と、を具備することを特徴とする。
また、前記トランジスタは薄膜トランジスタであってもよい。
また、本発明の一実施形態に係る電圧昇圧装置によれば、トランジスタを用いて構成し入力されるクロック信号に応じて電源電圧を一定の電圧に昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力電圧を検出し、該検出電圧値と閾値とを比較して、該検出電圧値が該閾値以上か該閾値以下かを出力する検出部と、前記検出部により出力された前記検出電圧値が前記閾値以上か前記閾値以下かに基づいて前記昇圧回路の動作中にクロック信号の周波数を可変する周波数可変部と、を具備することを特徴とする。
また、前記閾値は、前記昇圧回路が出力する前記一定の電圧に応じて設定してもよい。
また、前記周波数可変部は、前記検出出力電圧値が前記閾値以下の場合は、前記クロック信号の周波数を可変し、前記検出出力電圧値が前記閾値以上の場合は、前記クロック信号の周波数を固定してもよい。
また、前記トランジスタは薄膜トランジスタであってもよい。
また、本発明の一実施形態に係る電圧昇圧装置によれば、トランジスタを用いて構成し入力されるクロック信号に応じて電源電圧を一定の電圧に昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力電圧を検出する検出部と、前記昇圧回路が前記電源電圧を一定の電圧に昇圧するまでの昇圧動作期間に用いる前記クロック信号の可変周波数を設定する可変周波数設定部と、前記昇圧回路が前記昇圧動作期間後に前記一定の電圧を出力する安定動作期間に用いる前記クロック信号の固定周波数を設定する固定周波数設定部と、前記検出部により検出された出力電圧値に応じて前記可変周波数設定部又は前記固定周波数設定部を選択する選択部と、前記検出部により検出された出力電圧値に応じて前記選択手段により前記可変周波数設定部又は前記固定周波数設定部を選択し、前記昇圧回路の昇圧動作期間中又は前記安定動作期間中に前記クロック信号の周波数を前記可変周波数又は固定周波数に可変する周波数可変部と、を具備することを特徴とする。
また、前記トランジスタは薄膜トランジスタであってもよい。
また、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置によれば、上述の電圧昇圧装置を用いたことを特徴とする。
また、本発明の一実施形態に係る電圧昇降圧装置によれば、トランジスタを用いて構成し入力されるクロック信号に応じて電源電圧を一定の電圧に昇圧及び降圧する昇降圧回路と、前記昇降圧回路が前記電源電圧を前記一定の電圧に昇圧する昇圧動作期間又は前記昇降圧回路が前記電源電圧を前記一定の電圧に降圧する降圧動作期間に用いる前記クロック信号の周波数を該昇降圧回路の昇圧動作中又は降圧動作中の出力電圧に応じて可変する周波数可変部と、を具備することを特徴とする。
また、前記トランジスタは薄膜トランジスタであり、前記周波数可変部はリングオシレータを用いてもよい。
また、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置によれば、上述の電圧昇降圧装置を用いてもよい。
本発明の一実施形態に係る電圧昇圧装置及び電圧昇降圧装置によれば、DC−DCコンバータの起動時から安定動作に移行するまで動作を安定させることができる。
本発明の実施の形態について、以下、図面を参照して説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。
(実施形態1)
以下、本発明の実施形態1に係る電圧昇圧装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態1における電圧昇圧装置の構成を示すブロック図である。図示のとおり、この電圧昇圧装置1は、制御部2及びDC−DCコンバータ3を有する。なお、本実施形態1の電圧昇圧装置1は、図2に示すTFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)液晶パネルを有するLCDモジュール100内に搭載されるものとする。
図2に示すLCDモジュール100は、TFT液晶パネル101、ゲートドライバ部102、ソースドライバ部103、及び電圧昇圧装置1を含む。なお、TFT液晶パネル101は、ガラス基板上に形成された低温ポリシリコンTFT液晶パネルである。また、ゲートドライバ部102、ソースドライバ部103、及び電圧昇圧装置1も低温ポリシリコンTFTを用いて同一のガラス基板上に形成されている。なお、本実施形態1のLCDモジュール100は、携帯電話端末やパーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される中小型のLCDモジュールとして利用されるものとする。
LCDモジュール100は、TFT液晶パネル101、ゲートドライバ部102、ソースドライバ部103、及び電圧昇圧装置1から構成され、外部のグラフィックコントローラ(図示せず)から提供される所定の画像を表示する。
次に、電圧昇圧装置1内の制御部2及びDC−DCコンバータ3について説明する。
制御部2は、周波数設定部4及び周波数可変部5を有する。制御部2は、周波数設定部4及び周波数可変部5により生成されるクロック信号CLKをDC−DCコンバータ3に出力してDC−DCコンバータ3の昇圧動作を制御する。
周波数設定部4は、DC−DCコンバータ3の昇圧動作を制御するクロック信号の周波数を、その昇圧動作期間に対応して複数の周波数を設定する周波数設定テーブルを記憶する。昇圧動作期間とは、DC−DCコンバータ3が起動されて、外部から供給される電源電圧を一定の電圧に昇圧するまでの期間である。この周波数設定テーブルは、昇圧動作期間に用いるクロック信号の周波数を、その昇圧動作期間内で徐々に周波数を高めるように、複数の動作タイミングと複数の周波数とを対応付けて設定している。
周波数可変部5は、周波数設定部4の周波数設定テーブルに設定された各動作タイミングの周波数を読み出してクロック信号を生成し、その生成したクロック信号を制御部2により上記昇圧動作期間中のDC−DCコンバータ3に出力して、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間中に入力するクロック信号の周波数を可変制御する。
上記周波数設定テーブルには、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間中に入力するクロック信号CLKの周波数を可変制御するため、所定の動作タイミングに対応付けて複数のクロック周波数(CLK周波数)を設定することになる。この場合、周波数設定テーブルに設定する動作タイミングと周波数とを対応付けて設定する例を、図3〜図5に示す。図3に示す例は、電源ON時から安定動作に至る昇圧動作期間中のリニアな変化に追従するように微小期間毎の動作タイミングに対応させて複数の周波数を多段階に設定した例である。図4に示す例は、電源ON時の動作タイミングに対応する周波数と、安定動作に移行時(昇圧動作期間後の安定動作期間)の動作タイミングに対応する周波数とを二段階に設定した例である。図5に示す例は、電源ON時から安定動作に至る昇圧動作期間中に所定期間(図3の動作タイミングより長い期間)毎の動作タイミングに合わせて複数の周波数を多段階に設定した例である。なお、図3〜図5に示した横軸の電源投入時からの時間は、msecオーダー程度であり、縦軸に示したクロック周波数(CLK周波数)は、kHz〜MHzオーダー程度である。
DC−DCコンバータ3は、上記昇圧動作期間中及び安定動作期間中に制御部2から入力されるクロック信号CLKの周波数設定に応じて、外部から入力される電源電圧を一定の電圧に昇圧して出力端子からゲートドライバ部102及びソースドライバ部103に対して出力する。
次に、本実施形態1の電圧昇圧装置1の動作を説明する。
まず、ガラス基板上に低温ポリシリコンTFTを用いて形成したDC−DCコンバータ3の電源ON時からの動作状態について説明する。DC−DCコンバータ3の電源ON時は出力電圧が低く、TFTのON電流が小さく回路素子間の伝播遅延時間が長いため、制御部2からDC−DCコンバータ3に入力するクロック信号CLKがDC−DCコンバータ3に伝達されるように周波数を低く設定する。このため、図3〜図5に示した周波数設定テーブルでは、電源ON時のクロック信号CLKの周波数を低く設定するようにしている。その後、DC−DCコンバータ3の出力電圧は、上記昇圧動作期間において徐々に上昇しTFTのON電流も徐々に大きくなり、回路素子間の伝播遅延時間も短くなっていく。このため、図3〜図5に示した周波数設定テーブルでは、昇圧動作期間に対応する期間に用いるクロック信号CLKの周波数を徐々に高くするように設定している。その後、DC−DCコンバータ3は、一定の電圧まで昇圧すると、昇圧動作期間を終了し、上記安定動作期間に移行する。そして、DC−DCコンバータ3からは、電源電圧を昇圧した一定の電圧(VPP)がゲートドライバ部102及びソースドライバ部103に供給されるようになる。
次に、図3に示した周波数設定テーブルに対応する電圧昇圧装置1の動作について説明する。電源ON時はDC−DCコンバータ3の出力電圧が低く、TFTのON電流が小さいため、制御部2からDC−DCコンバータ3に入力するクロック信号CLKがDC−DCコンバータ3に伝わるように、電源ON時の周波数は低く設定している。すなわち、上記図3に示したように、周波数設定部4の周波数設定テーブルでは、電源ON時の周波数は低く設定している。そして、周波数可変部5は、周波数設定テーブルに設定された電源ON時の周波数に基づいてクロック信号CLKを生成する。制御部2は、周波数可変部5で生成されたクロック信号CLKをDC−DCコンバータ3に対して出力する。
そして、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間において、出力電圧が徐々に高くなるに従ってクロック信号CLKの周波数も徐々に上げていき(図3の例)、出力電圧が一定の電圧になって飽和している期間(安定動作期間)になると、クロック信号CLKの周波数を固定に設定(図3の例)している。すなわち、上記図3に示したように、周波数設定部4の周波数設定テーブルでは、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間に対応するように、電源ON時からの経過時間に応じて徐々にクロック信号CLKの周波数を上げるように設定し、安定動作期間ではクロック信号CLKの周波数を固定するように設定している。そして、周波数可変部5は、周波数設定テーブルに設定された電源ON時からの経過時間に応じた所定期間毎の各動作タイミングに対応して設定された周波数に基づいてクロック信号CLKを順次生成する。制御部2は、周波数可変部5で順次生成されたクロック信号をDC−DCコンバータ3に対して順次出力する。続いて、周波数可変部5は、周波数設定テーブルに設定された出力電圧飽和期間(安定動作期間)に応じた周波数に基づいてクロック信号CLKを生成する。制御部2は、周波数可変部5で生成されたクロック信号CLKをDC−DCコンバータ3に対して出力する。
また、図4に示した例では、周波数設定部4の周波数設定テーブルには、電源ON時の周波数は低く設定(但し、図3の電源ON時の周波数よりも高い周波数)し、安定動作期間ではクロック信号CLKの周波数を高くして固定するように設定している。この場合、DC−DCコンバータ3に出力するクロック信号CLKの周波数を2段階に分けて設定した例である。また、図5に示した例では、周波数設定部4の周波数設定テーブルには、電源ON時の周波数は低く設定(但し、図3の電源ON時の周波数と、図4の電源ON時の周波数の中間の周波数)し、昇圧動作期間では、所定の動作タイミング毎にクロック信号CLKの周波数を徐々に上げていくように設定し、安定動作期間ではクロック信号CLKの周波数を更に高くして固定するように設定している。この場合、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間に出力するクロック信号CLKの周波数を複数段階に分けて設定した例である。
以上のように、本実施形態1の電圧昇圧装置1では、DC−DCコンバータ3の電源ON時(起動時)の低い出力電圧から一定の電圧に至るまでのDC−DCコンバータ3の昇圧動作期間中に、クロック信号CLKの周波数を低い周波数から徐々に高い周波数に上げていく周波数の可変制御を行うようにしたため、DC−DCコンバータ3の起動時から安定動作に移行するまでの動作を安定させることができる。
なお、本実施形態1の電圧昇圧装置1をTFT液晶パネル上に薄膜トランジスタを用いて形成することにより、以下のようなメリットを得ることができる。従来、DC−DCコンバータは、TFT液晶パネルより外部のドライバICに内蔵されていたが、DC−DCコンバータをTFT液晶パネルが形成されたガラス基板上にTFTを用いて形成することにより、ドライバICの耐圧を下げることができる。また、ドライバICのチップサイズの縮小も可能になり、ドライバICの製造コストの低減も可能となる。但し、TFTの特性は、ICチップ等のバルクシリコントランジスタに比較すると劣るため、上記実施形態1に示したようなクロック信号CLKの周波数の可変制御が必要になる。
なお、上記図3〜図5に示した周波数設定テーブルの例では、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間中の昇圧動作に応じた所定期間毎の動作タイミングとして、微小期間(リニア変化に追従)→中間期間(多段階設定)→長期間(2段階設定)の例を示したが、これらに限定されるものではなく、DC−DCコンバータ3の起動後の昇圧動作期間の昇圧動作に応じて適宜変更するようにしてもよい。また、周波数設定テーブルをRAM等のメモリに記憶する場合は、そのメモリ容量に応じてクロック信号CLKの周波数を設定する上記動作タイミングを変更するようにしてもよい。
また、上記実施形態1では、電源電圧を昇圧するDC−DCコンバータの昇圧動作期間の昇圧動作に対応してクロック信号CLKの周波数を可変設定する場合を示したが、電源電圧を降圧するDC−DCコンバータの場合も、上記図3〜図5に示したような周波数設定テーブルにおいて同様の動作タイミングと周波数を設定することにより昇圧動作期間の周波数可変制御が可能である。
また、DC−DCコンバータが電源電圧を昇降圧する場合は、DC−DCコンバータ内の昇圧回路の昇圧動作期間の昇圧動作と降圧回路の降圧動作期間の降圧動作が共に同様である場合は、昇圧動作及び降圧動作ともに周波数設定テーブルにおいて同様の動作タイミングと周波数を設定することにより、昇圧動作及び降圧動作において昇圧動作期間及び降圧動作期間の周波数可変制御が可能である。
また、DC−DCコンバータが電源電圧を昇降圧し、DC−DCコンバータ内の昇圧回路の昇圧動作期間の昇圧動作と降圧回路の降圧動作期間の降圧動作が異なる場合は、昇圧動作と降圧動作とでそれぞれ異なる動作タイミングと周波数を周波数設定テーブルに設定することより、昇圧動作及び降圧動作においても昇圧動作期間及び降圧動作期間の周波数可変制御が可能である。
(実施形態2)
上記実施形態1では、DC−DCコンバータの昇圧動作期間の昇圧動作に合わせて、DC−DCコンバータが昇圧動作期間中にクロック信号CLKの周波数を可変制御する場合を示したが、本実施形態2では、自己発振するリングオシレータを設けて、DC−DCコンバータの出力電圧によりリングオシレータが出力するクロック信号CLKの周波数を可変制御するようにしたことに特徴がある。
図6は、本発明の実施形態2における電圧昇圧装置の構成を示すブロック図である。図示のとおり、この電圧昇圧装置20は、リングオシレータ21及びDC−DCコンバータ22を有する。なお、本実施形態2の電圧昇圧装置20は、上記図2に示した用にTFT液晶パネルを有するLCDモジュール100内に搭載されるものとする。なお、実施形態1と同様にTFT液晶パネル101は、ガラス基板上に形成された低温ポリシリコンTFT液晶パネルである。また、ゲートドライバ部102、ソースドライバ部103、及び電圧昇圧装置20も低温ポリシリコンTFTを用いて同一のガラス基板上に形成されている。なお、本実施形態2の電圧昇圧装置20が搭載されたLCDモジュール100(図示せず)は、携帯電話端末やパーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される中小型のLCDモジュールとして利用されるものとする。
リングオシレータ21は、複数のインバータを直列に接続して構成され、DC−DCコンバータ22から出力される入力電圧に応じて、所定周波数のクロック信号CLKを生成してDC−DCコンバータ22に出力する回路である。このリングオシレータ21の回路構成の例を図7A及び図7Bに示す。リングオシレータ21は、図7Aに示すリングオシレータ回路21aと、図7Bに示す分周回路21bを有する。
図7Aにおいて、リングオシレータ回路21aは、入力段にNANDゲートを配置し、このNANDゲートの出力段には、インバータを20段直列に接続し、その最終段のインバータの出力をNANDゲートの一方の入力端子に接続して、リングオシレータとしての発振機能を持たせている。NANDゲートの他方の入力端子には、外部の制御部(図示せず)からコントロール信号が入力される。このコントロール信号により、リングオシレータ回路21aの動作/非動作が切り替えられる。また、上記最終段のインバータの出力段には、その出力段から出力される発振信号からクロック信号XCLK0、CLK0を各々出力する2つのインバータを直列に接続している。このリングオシレータ回路21aは、NANDゲートの他方の入力端子に入力されるコントロール信号により動作状態又は停止状態となり、DC−DCコンバータ22の出力電圧の上昇に伴って発振周波数を徐々に上昇させ、クロック信号XCLK0、CLK0の周波数が徐々に上昇する。なお、インバータの直列接続する段数は、特に限定するものではなく、DC−DCコンバータ22の昇圧動作で必要となるクロック信号CLKの周波数を満足する段数であればよい。
図7Bにおいて、分周回路21bは、D−FF(Dフリップフロップ)回路を3段接続して構成され、リングオシレータ回路21aから初段のD−FF回路に入力されるクロック信号XCLK0、CLK0を分周して、DC−DCコンバータ22に出力するクロック信号CLKを生成する。
図8に本実施形態2に用いるリングオシレータ21の電圧−発振周波数特性を示す。この電圧−発振周波数特性では、横軸に電源電圧VDD(V)を設定し、縦軸に発振周波数(MHz)を設定している。この特性図によると、リングオシレータ21は、電源電圧VDDを上昇させることで発信周波数も上昇するという、動作特性を示している。
次に、本実施形態2の電圧昇圧装置20の動作を説明する。
図6の電圧昇圧装置20に電源が投入されて、DC−DCコンバータ22が起動すると、DC−DCコンバータ22からは低電圧が出力端子から出力される。すなわち、DC−DCコンバータ3の電源ON時の出力電圧が低くなる。このため、リングオシレータ21では、DC−DCコンバータ22から入力された低電圧により、リングオシレータ回路21aが低周波数で発振し、分周回路21bにおいて低周波数のクロック信号CLKを生成してDC−DCコンバータ22に出力する。DC−DCコンバータ22では、低周波数のクロック信号CLKが入力されると、出力電圧が徐々に上昇する。リングオシレータ21では、DC−DCコンバータ22から入力される出力電圧が徐々に上昇するに従って、発振周波数が徐々に上昇し、クロック信号CLKの周波数が徐々に上昇する。
以上の動作をDC−DCコンバータ22とリングオシレータ21間で繰り返し実行することにより、DC−DCコンバータ22の昇圧動作期間において徐々に出力電圧が上昇し、一定の電圧まで上昇すると安定動作期間に移行して一定の電圧が継続して出力されるようになり、リングオシレータ21に入力される出力電圧も飽和するため、クロック信号CLKの周波数も一定となる。
以上のように、本実施形態2の電圧昇圧装置20では、DC−DCコンバータ22の入力段にリングオシレータ21を接続し、DC−DCコンバータ22の出力電圧をリングオシレータ21にフィードバックして、リングオシレータ21がDC−DCコンバータ22の出力電圧に基づいて発振周波数を可変するように動作するため、上記実施形態1に示したクロック信号CLKの周波数を設定する回路(制御部)が不要となり、電圧昇圧装置20を構成する回路面積を縮小することができる。
なお、上記実施形態2では、リングオシレータを利用した場合を示したが、自己発振器としてリングオシレータに限定するものではなく、例えば、CR発振回路を利用するようにしてもよい。
(実施形態3)
上記実施形態2では、電圧昇圧装置にリングオシレータを利用する場合を示したが、本実施形態3では、電圧昇降圧装置にリングオシレータを利用することに特徴がある。
図9は、本発明の実施形態3における電圧昇降圧装置の構成を示すブロック図である。なお、図9において、上記実施形態2の図5に示した構成と同一の構成部分には同一符号を付して、その構成説明を省略する。図示のとおり、この電圧昇降圧装置30は、リングオシレータ21及びDC−DCコンバータ31を有する。なお、本実施形態2の電圧昇圧装置30は、上記図2に示したTFT液晶パネルを有するLCDモジュール部100内に搭載されるものとする。なお、実施形態1と同様にTFT液晶パネル101は、ガラス基板上に形成された低温ポリシリコンTFT液晶パネルである。また、ゲートドライバ部102、ソースドライバ部103、及び電圧昇圧装置20も低温ポリシリコンTFTを用いて同一のガラス基板上に形成されている。なお、本実施形態3の電圧昇圧装置20が搭載されたLCDモジュール100(図示せず)は、携帯電話端末やパーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される中小型のLCDモジュールとして利用されるものとする。
DC−DCコンバータ31の内部構成を図10に示す。図10に示すように、タイミングコントローラ31a及びチャージポンプ回路31bを有する。
タイミングコントローラ31aは、リングオシレータ21から入力されるクロック信号CLKからチャージポンプ回路31b内の2つのチャージポンプユニットにそれぞれ入力するクロック信号CLKPP2,CLKBB2を生成する。タイミングコントローラ31aの回路構成例を図11に示す。図11において、タイミングコントローラ31aは、入力段(図中の右端)にインバータを配置し、このインバータの後段に複数のインバータと複数のNOR回路から構成されるタイミング調整回路を配置し、この後段の出力段に上記4つのクロック信号CLKPP2,CLKBB2,CLKPP3,CLKBB3を出力する4つの出力用インバータを配置している。
タイミングコントローラ31aは、リングオシレータ21から入力されたクロック信号CLKをタイミング調整回路で昇圧チャージポンプユニット用にタイミングを調整したクロック信号CLKと、降圧チャージポンプユニット用にタイミングを調整したクロック信号CLKとし、これらクロック信号CLKを出力段の4つのインバータで上記4つのクロック信号CLKPP2,CLKBB2,CLKPP3,CLKBB3としてDC−DCコンバータ31b内の4つのチャージポンプユニット1〜4の各々に出力する。
チャージポンプ回路31bは、2つのチャージポンプユニットを有する。図中の上のチャージポンプユニット(VPP Core)は、昇圧用のチャージポンプである。図中の下のチャージポンプユニット(VBB Core)は、降圧用のチャージポンプである。
昇圧用のチャージポンプユニット(VPP Core)は、リングオシレータ21から入力されたクロック信号CLKPP2,CLKPP3の周波数に基づいて、入力電圧の昇圧動作を行う。降圧用のチャージポンプユニット(VBB Core)は、タイミングコントローラ31aから入力されたクロック信号CLKBB3,CLKBB2の周波数に基づいて、入力電圧の降圧動作を行う。
次に、本実施形態3の電圧昇圧装置30の動作を説明する。
図10の電圧昇圧装置30に電源が投入されて、DC−DCコンバータ31が起動すると、DC−DCコンバータ31からは低電圧が出力端子から出力される。すなわち、DC−DCコンバータ31の電源ON時に出力電圧が低くなる。このため、リングオシレータ21では、DC−DCコンバータ31内の昇圧側チャージポンプユニット又は降圧側チャージポンプユニットから入力された低電圧VH又はVLにより、リングオシレータ21が低周波数で発振し、低周波数のクロック信号CLKを生成してタイミングコントローラ31aに出力する。
タイミングコントローラ31aは、リングオシレータ21から入力された低周波数のクロック信号CLKから低周波数のクロック信号CLKPP2,CLKBB2を生成して、チャージポンプ回路31b内の昇圧側チャージポンプユニット及び降圧側チャージポンプユニットにそれぞれ出力する。昇圧側チャージポンプユニット及び降圧側チャージポンプユニットは、低周波数のクロック信号CLKPP2,CLKBB2が入力されると、昇圧側及び降圧側の各出力電圧VH,VLが徐々に上昇する。リングオシレータ21では、DC−DCコンバータ31から入力される出力電圧が徐々に上昇するに従って、発振周波数が徐々に上昇し、クロック信号CLKの周波数が徐々に上昇する。そして、クロック信号CLKPP2,CLKBB2の各周波数も徐々に上昇する。
以上の動作をDC−DCコンバータ31とリングオシレータ21間で繰り返し実行することにより、DC−DCコンバータ31の昇圧動作期間及び降圧動作期間において徐々に出力電圧が上昇し、一定の電圧まで上昇すると安定動作期間に移行して一定の電圧VH,VLが継続して出力されるようになり、リングオシレータ21に入力される出力電圧も飽和するため、クロック信号CLKの周波数が一定となり、クロック信号CLKPP2,CLKBB2の各周波数も一定となる。
以上のように、本実施形態3の電圧昇圧装置30では、DC−DCコンバータ31の入力段にリングオシレータ21を接続し、DC−DCコンバータ31の出力電圧をリングオシレータ21にフィードバックして、リングオシレータ21がDC−DCコンバータ31の出力電圧に基づいて発振周波数を可変するように動作するため、上記実施形態1に示したクロック信号CLKの周波数を設定する回路(制御部)が不要となり、電圧昇圧装置30を構成する回路面積を縮小することができる。
なお、上記実施形態3では、リングオシレータを利用した場合を示したが、自己発振器としてリングオシレータに限定するものではなく、例えば、CR発振回路を利用するようにしてもよい。
(実施形態4)
上記実施形態1では、DC−DCコンバータの昇圧動作期間の昇圧動作に合わせて、DC−DCコンバータが昇圧動作期間中にクロック信号CLKの周波数を可変制御する場合を示したが、本実施形態4では、DC−DCコンバータの昇圧動作期間の昇圧動作及び安定動作期間の安定動作に合わせて、クロック信号CLKの周波数を設定する第1の周波数設定部と第2の周波数設定部の2つを設けたことに特徴がある。
図12は、本発明の実施形態4における電圧昇圧装置の構成を示すブロック図である。なお、図12において、上記実施形態1の図1に示した構成と同一の構成部分には同一符号を付して、その構成説明を省略する。図示のとおり、この電圧昇圧装置40は、制御部41、スイッチSW1,SW2及びDC−DCコンバータ3を有する。なお、本実施形態4の電圧昇圧装置40は、上記図2に示したTFT液晶パネルを有するLCDモジュール100内に搭載されるものとする。なお、実施形態1と同様にTFT液晶パネル101は、ガラス基板上に形成された低温ポリシリコンTFT液晶パネルである。また、ゲートドライバ部102、ソースドライバ部103、及び電圧昇圧装置40も低温ポリシリコンTFTを用いて同一のガラス基板上に形成されている。なお、本実施形態4の電圧昇圧装置40が搭載されたLCDモジュール100(図示せず)は、携帯電話端末やパーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される中小型のLCDモジュールとして利用されるものとする。
制御部41は、第1の周波数設定部42、第2の周波数設定部43及び周波数可変部44を有する。制御部41は、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間の昇圧動作及び安定動作期間の安定動作に合わせた各動作タイミングでスイッチSW1又はスイッチSW2を接続して、第1の周波数設定部42、第2の周波数設定部43及び周波数可変部44により生成されるクロック信号CLK1又はクロック信号CLK2を、DC−DCコンバータ3に出力してDC−DCコンバータ3の昇圧動作及び安定動作を制御する。
第1の周波数設定部42は、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間の昇圧動作に用いるクロック信号の第1の周波数を設定する。この第1の周波数設定部42は、DC−DCコンバータ3の電源ON時(起動時)から出力電圧が徐々に上昇する昇圧動作期間の昇圧動作に基づいて、その昇圧動作期間内に対応する第1の周波数を設定している。
第2の周波数設定部43は、DC−DCコンバータ3の安定動作期間の安定動作に用いるクロック信号の第2の周波数を設定する。この第2の周波数設定部43は、DC−DCコンバータ3の上記昇圧動作期間を経過した後の安定動作期間の安定動作に基づいて、その安定動作期間内に対応する第2の周波数を設定している。
周波数可変部44は、第1の周波数設定部42及び第2の周波数設定部43に昇圧動作期間及び安定動作期間に対応して設定された第1の周波数又は第2の周波数を読み出してクロック信号CLK1,CLK2を生成し、その生成したクロック信号CLK1,CLK2を制御部41により動作中のDC−DCコンバータ3に出力して、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間中の昇圧動作と安定動作期間中の安定動作に入力するクロック信号の周波数を可変制御する。
上記第1の周波数及び第2の周波数の各設定は、上記実施形態1で示した図4の周波数設定例、すなわち、電源ON時の動作タイミングに対応する第1の周波数と、電源ON時から昇圧動作期間が経過して安定動作期間に移行した時の動作タイミングに対応する第2の周波数とを2段階に設定した例に相当することになる。
次に、本実施形態4の電圧昇圧装置40の動作を説明する。
DC−DCコンバータ3の電源ON時は出力電圧が低く、TFTのON電流が小さく回路素子間の伝播遅延時間が長いため、制御部2からDC−DCコンバータ3に入力するクロック信号CLKがDC−DCコンバータ3に伝達されるように周波数を低く設定する。すなわち、上記図4に示したように、第1の周波数設定部42により、電源ON時に対応する第1の周波数を設定する。そして、周波数可変部44は、第1の周波数設定部42により設定された第1の周波数に基づいてクロック信号CLK1を生成する。制御部41は、スイッチSW1をONして、周波数可変部44で生成されたクロック信号CLK1をDC−DCコンバータ3に対して出力する。
次いで、電源ON時から昇圧動作期間が経過してDC−DCコンバータ3が安定動作期間に移行する動作タイミングで、周波数可変部44は、第2の周波数設定部43から第2の周波数を読み出してクロック信号CLK2を生成する。制御部41は、スイッチSW2をONして、周波数可変部44で生成されたクロック信号CLK2をDC−DCコンバータ3に対して出力する。
以上のように、本実施形態4の電圧昇圧装置40では、DC−DCコンバータ3の電源ON時(起動時)の低い出力電圧から徐々に上昇して出力電圧が一定の電圧になる昇圧動作期間と、昇圧動作期間経過後の安定動作期間に至るまでのDC−DCコンバータ3の動作中に、クロック信号CLKの周波数を低い第1の周波数から高い第2の周波数に2段階に上げていく周波数の可変制御を行うようにしたため、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間の昇圧動作及び安定動作期間の安定動作に応じたクロック信号CLKの周波数を設定でき、DC−DCコンバータ3の起動時の昇圧動作期間から安定動作期間に移行するまでの動作を安定させることができる。
(実施形態5)
上記実施形態4では、DC−DCコンバータの昇圧動作期間の昇圧動作及び安定動作期間の安定動作に合わせて、DC−DCコンバータが昇圧動作期間中及び安定動作期間中にクロック信号CLKの周波数を2段階に可変制御する場合を示したが、本実施形態5では、DC−DCコンバータの昇圧動作期間の昇圧動作及び安定動作期間の安定動作に合わせて、クロック信号CLKの周波数を設定する可変周波数部と固定周波数部の2つを設けたことに特徴がある。
図13は、本発明の実施形態5における電圧昇圧装置の構成を示すブロック図である。なお、図13において、上記実施形態1の図1に示した構成と同一の構成部分には同一符号を付して、その構成説明を省略する。図示のとおり、この電圧昇圧装置50は、制御部51、スイッチSW1,SW2及びDC−DCコンバータ3を有する。なお、本実施形態5の電圧昇圧装置50は、上記図2に示したTFT液晶パネルを有するLCDモジュール100内に搭載されるものとする。なお、実施形態1と同様にTFT液晶パネル101は、ガラス基板上に形成された低温ポリシリコンTFT液晶パネルである。また、ゲートドライバ部102、ソースドライバ部103、及び電圧昇圧装置50も低温ポリシリコンTFTを用いて同一のガラス基板上に形成されている。なお、本実施形態5の電圧昇圧装置50が搭載されたLCDモジュール100(図示せず)は、携帯電話端末やパーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される中小型のLCDモジュールとして利用されるものとする。
制御部51は、可変周波数設定部52、固定周波数設定部53及び周波数可変部54を有する。制御部51は、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間の昇圧動作及び安定動作期間の安定動作に合わせた各動作タイミングでスイッチSW1又はスイッチSW2を接続して、可変周波数設定部52、固定周波数設定部53及び周波数可変部54により生成されるクロック信号CLK1又はクロック信号CLK2を、DC−DCコンバータ3に出力してDC−DCコンバータ3の昇圧動作期間中の昇圧動作及び安定動作期間中の安定動作を制御する。
可変周波数設定部52は、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間の昇圧動作に用いるクロック信号CLKの周波数を所定の動作タイミングで可変制御する複数の周波数を設定する。この可変周波数設定部52は、DC−DCコンバータ3の電源ON時(起動時)から出力電圧が徐々に上昇する昇圧動作期間の昇圧動作に基づいて、その昇圧動作期間内に対応する複数の周波数を設定している。
固定周波数設定部53は、DC−DCコンバータ3の安定動作期間の安定動作に用いるクロック信号の固定周波数を設定する。この固定周波数設定部53は、DC−DCコンバータ3の上記昇圧動作期間を経過した後の安定動作期間の安定動作に基づいて、その安定動作期間に対応する固定周波数を設定している。
周波数可変部54は、可変周波数設定部52及び固定周波数設定部53に昇圧動作期間及び安定動作期間に対応して設定された可変周波数又は固定周波数を読み出してクロック信号CLK1,CLK2を生成し、その生成したクロック信号CLK1,CLK2を制御部51により動作中のDC−DCコンバータ3に出力して、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間中の昇圧動作と安定動作期間中の安定動作に入力するクロック信号の周波数を可変制御する。
上記可変周波数及び固定周波数の各設定は、上記実施形態1で示した図3の周波数設定例、すなわち、電源ON時から徐々に電源電圧を昇圧する昇圧動作期間において所定の動作タイミング毎に対応する複数の周波数と、昇圧動作期間が経過して安定動作期間に移行時の動作タイミングに対応する固定周波数とを設定した例に相当することになる。
次に、本実施形態5の電圧昇圧装置50の動作を説明する。
DC−DCコンバータ3の電源ON時は出力電圧が低く、TFTのON電流が小さく回路素子間の伝播遅延時間が長いため、制御部2からDC−DCコンバータ3に入力するクロック信号CLKがDC−DCコンバータ3に伝達されるように周波数を低く設定する。すなわち、上記図3に示したように、電源ON時の周波数は低く設定している。そして、周波数可変部54は、可変周波数設定部52に設定された電源ON時の周波数に基づいてクロック信号CLK1を生成する。制御部51は、スイッチSW1をONして、周波数可変部44で生成されたクロック信号CLK1をDC−DCコンバータ3に対して出力する。
そして、DC−DCコンバータ3の出力電圧が徐々に高くなるに従い、周波数可変部54は、可変周波数設定部52に所定間隔の動作タイミングで設定された各周波数に基づいてクロック信号CLK1の周波数を徐々に上げていく。制御部51は、スイッチSW1をONしたまま、周波数可変部54で順次生成されたクロック信号CLK1をDC−DCコンバータ3に対して順次出力する。DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間が経過し、電源電圧を昇圧した一定の電圧が出力される安定動作期間に移行すると、周波数可変部54は、固定周波数設定部53に設定された固定周波数に基づいてクロック信号CLK2を生成する。続いて、周波数可変部54は、固定周波数設定部53に設定された安定動作期間に応じた周波数に基づいてクロック信号CLK2を生成する。制御部2は、スイッチSW1をOFFしスイッチSW2をONして、周波数可変部54で生成されたクロック信号CLK2をDC−DCコンバータ3に対して出力する。
以上のように、本実施形態5の電圧昇圧装置50では、DC−DCコンバータ3の電源ON時(起動時)の低い出力電圧から徐々に上昇して出力電圧が一定の電圧になる昇圧動作期間と、昇圧動作期間経過後の安定動作期間に至るまでのDC−DCコンバータ3の動作中に、クロック信号CLKの周波数を低い周波数から高い周波数まで徐々に上げていく可変周波数設定部と、安定動作期間に至った場合に固定周波数を設定する固定周波数設定部によりクロック信号CLKの周波数を可変制御するようにしたため、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間中の昇圧動作及び安定動作期間中の安定動作に応じたクロック信号CLKの周波数を設定でき、DC−DCコンバータ3の起動時から安定動作に移行するまでの動作を安定させることができる。
(実施形態6)
上記実施形態1、4、5では、DC−DCコンバータの動作周波数の設定手段を外部に備える場合を示し、上記実施形態2、3では、DC−DCコンバータの出力電圧に応じてリングオシレータの発振周波数を制御する場合を示したが、本実施形態6では、DC−DCコンバータの出力電圧を検出する検出手段を備え、その検出電圧値と閾値との比較結果に基づいてDC−DCコンバータに入力するクロック信号の周波数を可変制御することに特徴がある。
図14は、本発明の実施形態6における電圧昇圧装置の構成を示すブロック図である。なお、図14において、上記実施形態1の図1に示した構成と同一の構成部分には同一符号を付して、その構成説明を省略する。図示のとおり、この電圧昇圧装置60は、制御部61、検出部64、スイッチSW1,SW2及びDC−DCコンバータ3を有する。なお、本実施形態6の電圧昇圧装置60は、上記図2に示したTFT液晶パネルを有するLCDモジュール100内に搭載されるものとする。なお、実施形態1と同様にTFT液晶パネル101は、ガラス基板上に形成された低温ポリシリコンTFT液晶パネルである。また、ゲートドライバ部102、ソースドライバ部103、及び電圧昇圧装置50も低温ポリシリコンTFTを用いて同一のガラス基板上に形成されている。なお、本実施形態6の電圧昇圧装置60が搭載されたLCDモジュール100(図示せず)は、携帯電話端末やパーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される中小型のLCDモジュールとして利用されるものとする。
制御部61は、周波数可変部62を有する。制御部61は、検出部63による検出電圧値と閾値との比較結果に基づいて周波数可変部62で生成されるクロック信号CLKをDC−DCコンバータ3に出力してDC−DCコンバータ3の昇圧動作期間の昇圧動作をフィードバック制御する。
検出部63は、DC−DCコンバータ3の出力電圧を検出する機能と、検出電圧値が任意の電圧値以上か以下かを判別するための閾値を設定する閾値設定機能と、検出電圧値が閾値以下か閾値以上かを出力する比較機能と、を有している。この閾値は、例えば、上記図3に示したDC−DCコンバータ3の昇圧動作において、電源電圧を一定の電圧に昇圧した場合の出力電圧値に相当するものとする。なお、閾値は、DC−DCコンバータ3が昇圧する電圧値に応じて任意に変更してもよい。検出部63の回路構成の例を図15に示す。
図15において、検出部63は、CMOSインバータ回路を用いて構成し、図中左側の検出端子にDC−DCコンバータ3の出力電圧VPPを入力し、図中上側の入力端子に外部の電源回路(図示せず)から電源電圧VPP2を入力する。この検出部63では、DC−DCコンバータ3の出力電圧VPPを比較する閾値をCMOSインバータ回路内の素子サイズを変えることで設定している。例えば、図中左側のPch−TFTのW/Lサイズ>>Nch−TFTのW/Lサイズとすることで、CMOSインバータ回路の閾値が高くなるように設定している。検出部63は、検出端子に入力されるDC−DCコンバータ3の出力電圧VPPが閾値電圧以上か以下かによって“High”信号又は“Low”信号を周波数可変部62に対して出力する。図15の回路構成では、検出電圧が閾値以下である場合は“High”信号を出力し、検出電圧が閾値以上である場合は“Low”信号を出力する。
周波数可変部62は、検出部63から入力される検出電圧値を閾値との比較結果、すなわち、検出電圧値が閾値以下で“High”信号が入力された場合はクロック信号CLKの周波数を低い周波数から高い周波数に徐々に上げていく周波数を設定し、検出電圧値が閾値以上で“Low”信号が入力された場合はクロック信号CLKの周波数を一定にする周波数を設定する。
次に、本実施形態6の電圧昇圧装置60の動作を説明する。
図14の電圧昇圧装置60に電源が投入されて、DC−DCコンバータ3が起動すると、DC−DCコンバータ3の電源ON時は出力電圧が低く、TFTのON電流が小さく回路素子間の伝播遅延時間が長いため、制御部2からDC−DCコンバータ3に入力するクロック信号CLKがDC−DCコンバータ3に伝達されるように周波数を低く設定する。すなわち、図3のDC−DCコンバータ3の昇圧動作期間の昇圧動作に示したように、電源ON時の出力電圧VPPが低くなる。このため、検出部63において検出される検出電圧値も低電圧値となり、閾値電圧を下回るため、“High”信号が周波数可変部62に対して出力される。周波数可変部62は、検出部63から“High”信号が入力されると、電源ON時に対応する低周波数のクロック信号CLKを生成する。制御部61は、周波数可変部63で生成されたクロック信号CLKをDC−DCコンバータ3に対して出力する。
DC−DCコンバータ3では、上記昇圧動作期間により出力電圧VPPが徐々に上昇する。検出部63では、DC−DCコンバータ3から入力される出力電圧VPPが徐々に上昇するに従って、検出電圧値が徐々に上昇するが、閾値電圧を下回るため、“High”信号が周波数可変部62に対して出力される。
そして、周波数可変部62は、検出部64から“High”信号が入力される場合は、クロック信号CLKの周波数を低い周波数から高い周波数に徐々に上げるように周波数を可変するクロック信号CLKを生成する。制御部61は、周波数可変部62で生成された可変周波数のクロック信号CLKをDC−DCコンバータ3に対して出力する。
以上のように、電源ON後のDC−DCコンバータ3の出力電圧VPPが徐々に上昇する昇圧動作期間では、クロック信号CLKの周波数が可変制御される。次に、検出部63では、DC−DCコンバータ3から入力される出力電圧VPPが更に上昇し、検出電圧値が閾値電圧以上(一定電圧以上)になると、“Low”信号を周波数可変部62に対して出力する。周波数可変部62は、検出部63から“Low”信号が入力されると、上記昇圧動作期間よりも周波数を高く一定に設定したクロック信号CLKを生成する。制御部61は、周波数可変部63で生成された一定周波数のクロック信号CLKをDC−DCコンバータ3に対して出力する。DC−DCコンバータ3は、一定周波数のクロック信号CLKが入力されると、出力電圧VPPを一定にして上記安定動作期間に移行する。
以上のように、本実施形態6の電圧昇圧装置60では、DC−DCコンバータ3の出力電圧VPPを検出し、検出電圧値と閾値を比較して比較結果を出力する検出部63と、この検出部63の比較結果により検出電圧値が閾値以下の場合にクロック信号CLKの周波数を徐々に上げる周波数を設定し、検出電圧値が閾値以上の場合にクロック信号CLKの周期数を一定にする周波数可変部62と、を設け、検出電圧値と閾値との比較結果に基づいてDC−DCコンバータ3の昇圧動作期間中の動作周波数を可変制御するようにした。このため、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間中の出力電圧に応じたクロック信号CLKの周波数の可変制御を行うことができ、DC−DCコンバータ3の起動時から安定動作に移行するまでの動作を安定させることができる。
(実施形態7)
上記実施形態6では、DC−DCコンバータの出力電圧を検出部で検出し、その検出電圧値と閾値との比較結果に基づいてクロック信号CLKの周波数を可変制御する場合を示したが、本実施形態7では、DC−DCコンバータの昇圧動作期間の昇圧動作及び安定動作期間の安定動作に合わせて、クロック信号CLKの周波数を設定する可変周波数部と固定周波数部の2つを設け、検出部においてDC−DCコンバータの出力電圧と閾値とを比較し、その比較結果に基づいて可変周波数部と固定周波数部を択一的に用いることに特徴がある。
図16は、本発明の実施形態7における電圧昇圧装置の構成を示すブロック図である。なお、図16において、上記実施形態1の図1に示した構成と同一の構成部分には同一符号を付して、その構成説明を省略する。図示のとおり、この電圧昇圧装置70は、制御部71、検出部75、スイッチSW1,SW2及びDC−DCコンバータ3を有する。なお、本実施形態7の電圧昇圧装置70は、上記図2に示したTFT液晶パネルを有するLCDモジュール100内に搭載されるものとする。なお、実施形態1と同様にTFT液晶パネル101は、ガラス基板上に形成された低温ポリシリコンTFT液晶パネルである。また、ゲートドライバ部102、ソースドライバ部103、及び電圧昇圧装置70も低温ポリシリコンTFTを用いて同一のガラス基板上に形成されている。なお、本実施形態7の電圧昇圧装置70が搭載されたLCDモジュール100(図示せず)は、携帯電話端末やパーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される中小型のLCDモジュールとして利用されるものとする。
制御部71は、可変周波数設定部72、固定周波数設定部73及び周波数可変部74を有する。制御部71は、検出部75から出力されるスイッチ切替信号に基づいて周波数可変部74で生成されるクロック信号CLKをDC−DCコンバータ3に出力してDC−DCコンバータ3の昇圧動作期間の昇圧動作及び安定動作期間の安定動作をフィードバック制御する。
可変周波数設定部72は、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間の昇圧動作に用いるクロック信号CLKの周波数を所定の動作タイミングで可変制御する複数の周波数を設定する。この可変周波数設定部72は、DC−DCコンバータ3の電源ON時(起動時)から出力電圧が徐々に上昇する昇圧動作期間の昇圧動作に基づいて、その昇圧動作期間内に対応する複数の周波数を設定している。
固定周波数設定部73は、DC−DCコンバータ3の安定動作期間の安定動作に用いるクロック信号の固定周波数を設定する。この固定周波数設定部73は、DC−DCコンバータ3の上記昇圧動作期間を経過した後の安定動作期間になる安定動作に基づいて、その安定動作期間に対応する固定周波数を設定している。
周波数可変部74は、可変周波数設定部72及び固定周波数設定部73に昇圧動作期間及び安定動作期間に対応して設定された可変周波数又は固定周波数を読み出してクロック信号CLK1,CLK2を生成する。周波数可変部74は、後述する出力電圧検出比較部77から比較結果として“High”信号が入力された場合は、可変周波数設定部73に設定された複数の周波数に基づいて昇圧動作期間中のクロック信号CLK1を生成する。また、周波数可変部74は、後述する出力電圧検出比較部77から比較結果として“Low”信号が入力された場合は、固定周波数設定部74に設定された周波数に基づいて安定動作期間中のクロック信号CLK2を生成する。
図17に示すように、検出部75は、閾値設定部76、出力電圧検出比較部77及びスイッチ切替部78を有する。
閾値設定部76は、DC−DCコンバータ3から入力される出力電圧の電圧値が任意の電圧値以上か以下かを判別するための閾値を設定している。この閾値は、例えば、上記図3に示したDC−DCコンバータ3の昇圧動作期間の昇圧動作において、電源電圧を一定の電圧に昇圧した場合の出力電圧値に相当するものとする。なお、閾値設定部76に設定する閾値は、DC−DCコンバータ3が昇圧する電圧値に応じて任意に変更してもよい。
出力電圧検出比較部77は、DC−DCコンバータ3の出力電圧を検出し、その検出電圧値と閾値設定部76に設定された閾値を比較して比較結果をスイッチ切替部78に出力する。出力電圧検出比較部77は、検出電圧値が閾値以下の場合は比較結果として“High”信号をスイッチ切替部78に出力し、検出電圧値が閾値以下の場合は比較結果として“Low”信号をスイッチ切替部78に出力する。
スイッチ切替部78は、出力電圧検出比較部77から入力される比較結果に基づいて、スイッチSW1,SW2をON/OFF制御するスイッチ切替信号をスイッチSW1,SW2及び周波数可変部74に出力する。スイッチ切替部78は、出力電圧検出比較部77から入力される比較結果を示す信号が“High”信号の場合は、スイッチSW1をON、スイッチSW2をOFFするスイッチ切替信号をスイッチSW1,SW2及び周波数可変部74に出力する。また、スイッチ切替部78は、出力電圧検出比較部77から入力される比較結果を示す信号が“Low”信号の場合は、スイッチSW2をON、スイッチSW1をOFFするスイッチ切替信号をスイッチSW1,SW2及び周波数可変部74に出力する。
次に、本実施形態7の電圧昇圧装置70の動作を説明する。
図16の電圧昇圧装置70に電源が投入されて、DC−DCコンバータ3が起動すると、DC−DCコンバータ3の電源ON時は出力電圧が低く、TFTのON電流が小さく回路素子間の伝播遅延時間が長いため、制御部2からDC−DCコンバータ3に入力するクロック信号CLKがDC−DCコンバータ3に伝達されるように周波数を低く設定する。すなわち、図3のDC−DCコンバータ3の昇圧動作期間の昇圧動作に示したように、電源ON時の出力電圧が低くなる。このため、出力電圧検出比較検出部77において検出される検出電圧値も低電圧値となり、閾値設定部76に設定された閾値を下回る。この場合、出力電圧検出比較検出部77は、比較結果として“High”信号をスイッチ切替部78に出力する。スイッチ切替部78は、“High”信号が入力されると、スイッチSW1をON、スイッチSW2をOFFするスイッチ切替信号をスイッチSW1,SW2及び周波数可変部74に出力する。
周波数可変部74は、可変周波数設定部72に設定された電源ON時に対応する低周波数のクロック信号CLK1を生成する。制御部71は、周波数可変部74で生成されたクロック信号CLK1をスイッチSW1を介してDC−DCコンバータ3に対して出力する。
DC−DCコンバータ3では、低周波数のクロック信号CLKが入力されると、出力電圧が徐々に上昇する。出力電圧検出比較部77は、DC−DCコンバータ3から入力される出力電圧が徐々に上昇するに従って、検出電圧値が徐々に上昇する。
そして、出力電圧検出比較検出部75では、検出電圧値が閾値以上になると、比較結果として“Low”信号をスイッチ切替部78に出力する。スイッチ切替部78は、“Low”信号が入力されると、スイッチSW1をOFF、スイッチSW2をONするスイッチ切替信号をスイッチSW1,SW2及び周波数可変部74に出力する。
そして、周波数可変部74は、固定周波数設定部73に設定された安定動作時に対応する固定周波数のクロック信号CLK2を生成する。制御部71は、周波数可変部74で生成されたクロック信号CLK2をスイッチSW1を介してDC−DCコンバータ3に対して出力する。
以上のように、本実施形態7の電圧昇圧装置70では、電圧昇圧装置70の出力電圧を検出する検出部75内に、検出電圧値を比較する閾値を設定する閾値設定部76と、検出電圧値と閾値を比較して比較結果を出力する出力電圧検出比較部77と、その比較結果に基づいてスイッチSW1,SW2をON/OFF制御するスイッチ切替部78と、を有し、制御部71内のDC−DCコンバータ3の電源ON時(起動時)の低い出力電圧から徐々に出力電圧を昇圧する昇圧動作期間の昇圧動作中に、クロック信号CLKの周波数を低い周波数から高い周波数まで徐々に上げていく可変周波数設定部72と、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間経過後の出力電圧が一定の電圧となる安定動作期間に至った場合に固定周波数を設定する固定周波数を設定する固定周波数設定部73と、スイッチ切替部78から入力されるスイッチ切替信号に応じて可変周波数設定部72又は固定周波数設定部73に設定された各周波数のクロック信号CLKを生成する周波数可変部74と、を有する構成とした。
このため、DC−DCコンバータ3の昇圧動作期間の昇圧動作及び安定動作期間の安定動作に応じたクロック信号CLKの周波数を設定でき、DC−DCコンバータ3の起動時から昇圧動作期間を経過して安定動作期間に移行するまでの動作を安定させることができる。
なお、上記実施形態1〜7では、本発明の電圧昇圧装置及び電圧昇降圧装置をTFT液晶表示装置に適用する場合を示したが、これらに限るものではなく、画素型表示素子を用いる表示パネルであれば、本発明を適用可能である。
本発明の実施形態1に係る電圧昇圧装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態1に係る電圧昇圧装置が搭載される液晶表示装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態1に係るDC−DCコンバータに入力するクロック信号の周波数設定の一例を示す図である。 本発明の実施形態1に係るDC−DCコンバータに入力するクロック信号の周波数設定の一例を示す図である。 本発明の実施形態1に係るDC−DCコンバータに入力するクロック信号の周波数設定の一例を示す図である。 本発明の実施形態2に係る電圧昇圧装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態2に係るリングオシレータの回路構成を示す図である。 本発明の実施形態2に係る分周回路の回路構成を示す図である。 本発明の実施形態2に係るリングオシレータの電圧−発振周波数特性の一例を示す図である。 本発明の実施形態3に係る電圧昇降圧装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態3に係るDC−DCコンバータの内部構成を示す図である。 本発明の実施形態3に係るタイミングコントローラの回路構成を示す図である。 本発明の実施形態4に係る電圧昇圧装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態5に係る電圧昇圧装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態6に係る電圧昇圧装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態6に係る検出部の回路構成を示す図である。 本発明の実施形態7に係る電圧昇圧装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態7に係る検出部の内部構成を示す図である。
符号の説明
1、20、40、50、60、70 電圧昇圧装置
2、41、51、61、71 制御部
3、22、31 DC−DCコンバータ
4 周波数設定部
5、44、54、62、74 周波数可変部
21 リングオシレータ
30 電圧昇降圧装置
42 第1の周波数設定部
43 第2の周波数設定部
52、72 可変周波数設定部
53、73 固定周波数設定部
63、75 検出部
76 閾値設定部
77 出力電圧検出比較部
100 LCDモジュール部

Claims (10)

  1. 薄膜トランジスタを用いて構成し入力されるクロック信号に応じて電源電圧を一定の電圧まで昇圧する昇圧回路と、
    前記昇圧回路が前記電源電圧を前記一定の電圧まで昇圧する昇圧動作期間に用いる前記クロック信号の周波数を複数設定した周波数設定部と、
    前記周波数設定部に設定された複数の周波数に基づいて、前記昇圧回路の前記昇圧動作期間中に前記クロック信号の周波数を可変する周波数可変部と、
    を具備することを特徴とする電圧昇圧装置であって、
    前記一定の電圧まで昇圧する昇圧動作期間において、前記クロック信号の周波数は、前記昇圧回路の出力電圧が低い場合は低く設定され、前記昇圧回路の出力電圧が前記出力電圧が低い場合よりも高い場合は高く設定されることを特徴とする電圧昇圧装置
  2. 前記昇圧動作期間は、前記昇圧回路の起動時から前記一定の電圧を出力するまでの期間としたこと、
    を特徴とする請求項1記載の電圧昇圧装置。
  3. 前記周波数設定部は、前記昇圧動作期間に対応した前記クロック信号の周波数を所定期間毎に複数設定したこと、
    を特徴とする請求項記載の電圧昇圧装置。
  4. 前記周波数可変部はリングオシレータを用いたこと、
    を特徴とする請求項記載の電圧昇圧装置。
  5. 薄膜トランジスタを用いて構成し入力されるクロック信号に応じて電源電圧を一定の電圧まで昇圧する昇圧回路と、
    前記昇圧回路が前記電源電圧を前記一定の電圧まで昇圧する昇圧動作期間に用いる前記クロック信号の第1の周波数を設定する第1の周波数設定部と、
    前記昇圧回路が前記昇圧動作期間後の前記一定の電圧を出力する安定動作期間に用いる
    前記クロック信号の前記第1の周波数よりも高い周波数である第2の周波数を設定する第2の周波数設定部と、
    前記昇圧回路の前記昇圧動作期間又は前記安定動作期間に応じて前記第1の周波数設定部又は前記第2の周波数設定部を選択する選択部と、
    前記昇圧回路の前記昇圧動作期間に応じて前記選択手段により前記第1の周波数設定部を選択し、前記昇圧回路の前記安定動作期間中に前記クロック信号の周波数を前記第2の周波数に可変する周波数可変部と、
    を具備することを特徴とする電圧昇圧装置。
  6. 薄膜トランジスタを用いて構成し入力されるクロック信号に応じて電源電圧を一定の電圧に昇圧する昇圧回路と、
    前記昇圧回路が前記電源電圧を前記一定の電圧まで昇圧する昇圧動作期間に用いる前記クロック信号の可変周波数を設定する可変周波数設定部と、
    前記昇圧回路が前記昇圧動作期間後に前記一定の電圧を出力する安定動作期間に用いる前記クロック信号の固定周波数を設定する固定周波数設定部と、
    前記昇圧回路の前記昇圧動作期間又は前記安定動作期間に応じて前記可変周波数設定部又は前記固定周波数設定部を選択する選択手段と、
    前記昇圧回路の前記昇圧動作期間又は前記安定動作期間に応じて前記選択手段により前記可変周波数設定部又は前記固定周波数設定部を選択し、前記昇圧回路の前記昇圧動作期間中又は前記安定動作期間中に前記クロック信号の周波数を前記可変周波数又は前記固定周波数に可変する周波数可変部と、
    を具備する電圧昇圧装置であって、
    前記一定の電圧まで昇圧する昇圧動作期間に用いる前記クロック信号の可変周波数は、前記昇圧回路の出力電圧が低い場合は低く設定され、前記昇圧回路の出力電圧が前記出力電圧が低い場合よりも高い場合は高く設定されることを特徴とする電圧昇圧装置
  7. 薄膜トランジスタを用いて構成し入力されるクロック信号に応じて電源電圧を一定の電圧に昇圧する昇圧回路と、
    前記昇圧回路の出力電圧を検出し、該検出電圧値を閾値と比較して、該検出電圧値が該閾値以上か該閾値以下かを出力する検出部と、
    前記検出部により出力された前記検出電圧値が前記閾値以上か前記閾値以下かに基づいて前記昇圧回路の動作中に前記クロック信号の周波数を可変する周波数可変部とを具備する電圧昇圧装置であって、
    前記周波数可変部は前記検出電圧値が前記閾値以下の場合は、前記検出電圧値が低い場合は前記クロック信号の周波数を低く設定し、前記検出電圧値が前記前記検出電圧値が低い場合よりも高い場合は前記クロック信号の周波数を高く設定し、前記検出出力電圧値が前記閾値以上の場合は、前記クロック信号の周波数を固定することを特徴する電圧昇圧装置
  8. 前記閾値は、前記昇圧回路が出力する前記一定の電圧に応じて設定すること、
    を特徴とする請求項7記載の電圧昇圧装置。
  9. 薄膜トランジスタを用いて構成し入力されるクロック信号に応じて電源電圧を一定の電圧に昇圧する昇圧回路と、
    前記昇圧回路の出力電圧を検出する検出部と、
    前記昇圧回路が前記電源電圧を前記一定の電圧に昇圧するまでの昇圧動作期間に用いる前記クロック信号の可変周波数を設定する可変周波数設定部と、
    前記昇圧回路が前記昇圧動作期間後の前記一定の電圧を出力する安定動作期間に用いる前記クロック信号の固定周波数を設定する固定周波数設定部と、
    前記検出部により検出された出力電圧値に応じて前記可変周波数設定部又は前記固定周波数設定部を選択する選択部と、
    前記検出部により検出された出力電圧値に応じて前記選択手段により前記可変周波数設定部又は前記固定周波数設定部を選択し、前記昇圧回路の前記昇圧動作期間中又は前記安定動作期間中に前記クロック信号の周波数を前記可変周波数又は前記固定周波数に可変する周波数可変部とを具備する電圧昇圧装置であって、
    前記周波数可変部は、前記検出電圧値が前記閾値以下の場合は、前記検出電圧値が低い場合は前記クロック信号の周波数を低く設定し、前記検出電圧値が前記前記検出電圧値が低い場合よりも高い場合は前記クロック信号の周波数を高く設定し、前記検出出力電圧値が前記閾値以上の場合は、前記クロック信号の周波数を固定することを特徴する電圧昇圧装置。
  10. 前記請求項1乃至9のいずれかに記載の電圧昇圧装置を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
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