図を参照して、本発明を実施するための最良の形態が説明される。図6は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。液晶表示装置900は、液晶表示パネル901、データ側駆動回路902、走査側駆動回路903、電源回路904、表示制御回路905を備える。
液晶表示パネル901は、図6の横方向に配列されて縦方向に延びるデータ線906と、縦方向に配列されて横方向に延びる走査線907とを備える。データ線906と走査線907との交点に画素が形成され、各画素は、単色の場合、図6に示されるように、TFT(Thin Film Transistor)908、画素容量909、液晶素子910とを備える。TFT908のゲートは走査線907に接続され、ソース(ドレイン)はデータ線906に接続されている。また、TFT908のドレイン(ソース)は、画素容量909及び液晶素子910に接続され、画素容量909及び液晶素子910の他端はコモン電極COMに接続されている。液晶素子910は、容量性の素子であり、画素容量909および液晶素子910を合わせてパネル容量と称することにする。また、多色の液晶表示パネルの場合には、各画素はR、G、Bのドットの集合になり、各ドットに対してTFT908、画素容量909、液晶素子910とを備える。液晶表示パネルの動作は基本的には同じである。
データ側駆動回路902は、デジタル画像信号(以下データと称する)に基づいて生成されるアナログ信号電圧(階調電圧)を出力し、データ線906を駆動する。走査側駆動回路903は、TFT908の選択/非選択電圧を出力し、走査線907を駆動する。電源回路904は、アナログ信号電圧を出力するデータ側駆動回路902や選択/非選択電圧を出力する走査側駆動回路903に電源電圧を供給する。表示制御回路905は、データ線906および走査線907を駆動するタイミング信号と電源回路904の昇圧動作を制御するタイミング信号とを生成し、走査側駆動回路903、データ側駆動回路902および電源回路904を制御する。表示制御回路905からタイミング信号として、電源回路904に表示クロック信号DCCLKが供給される。
図7を参照して、第1の実施の形態に係る電源回路が説明される。電源回路は、図7に示されるように、昇圧回路10、加算回路60、比較回路70、制御回路80、トランスファゲート40、平滑コンデンサ90を具備し、負荷回路(図示せず)に出力電圧VDC2を供給する。
昇圧回路10は、トランジスタ11〜14と、昇圧コンデンサ21とを備える。トランジスタ11とトランジスタ13とは、供給電圧VDCにより昇圧コンデンサ21を充電するスイッチである。トランジスタ12は、充電された昇圧コンデンサ21を供給電圧VDCと直列に接続して昇圧するスイッチである。トランジスタ14は、昇圧コンデンサ21に蓄えられた電荷を昇圧された電圧で放電するスイッチである。トランスファゲート40は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ21の電圧VCを取り出すスイッチである。
加算回路60は、演算増幅器68と抵抗素子61、62、64、65とを備え、トランスファゲート40を介して取り出した昇圧コンデンサ21の電圧VCと、供給電圧VDCとを加算する。加算回路60は、加算結果を比較回路70に出力する。比較回路70は、比較器78と抵抗素子71、72とを備え、加算回路60の出力電圧と基準電圧VREFとを比較する。比較結果は、制御回路80に出力される。制御回路80は、NAND回路81、レベルシフト回路82、NOT回路83を備え、比較回路70の比較結果に基づいて、昇圧回路10の各トランジスタ(スイッチ)およびトランスファゲート40のオン/オフを制御する。
昇圧回路10の出力は、平滑コンデンサ90によって平滑化され、負荷回路に供給される。平滑化された出力電圧VDC2が供給される回路には、制御回路80のNAND回路81、レベルシフト回路82、NOT回路83、加算回路60の演算増幅器68等も含まれる。
図8を参照して、第1の実施の形態に係る電源回路の動作が説明される。
昇圧クロックDCCLKは、図8(a)に示されるように、表示装置の表示用クロックに同期するクロック信号である。電源回路は、この昇圧クロックDCCLKに同期して動作する。
比較回路70の出力VCTLがHighであって(図8(b))、昇圧クロックDCCLKがLowのとき、即ち、図8の左端の状態であるとする。NOT回路83の出力がHigh、NAND回路81の出力がLowであるから、トランジスタ11とトランジスタ13とがオン状態になり、トランジスタ12とトランジスタ14とがオフ状態になる。したがって、昇圧コンデンサ21は、トランジスタ11、13を介して供給電圧VDCが供給され、充電が開始される。図8(c)に示されるように、昇圧コンデンサ21とトランジスタ13との接続ノードの電圧VC+は、充電期間の開始とともに上昇する。
このとき、トランスファゲート40はオン状態であり、充電中の昇圧コンデンサ21の電圧VCを加算回路60に出力する。加算回路60は、充電されて上昇する電圧VCと供給電圧VDCとを加算する。即ち、加算結果は、昇圧コンデンサ21の放電が開始されるときの電圧VC+に対応することになる。抵抗素子61および抵抗素子62の抵抗値が等しく、抵抗素子64の抵抗値をR64、抵抗素子65の抵抗値をR65とすると、加算回路60の出力電圧VADDは、
VADD=(1+R65/R64)・(VDC+VC)/2 …(1)
となる。
この加算回路60の出力電圧VADDは、比較回路70に入力される。比較回路70では、電圧VADDは抵抗素子71、72により分圧され、比較器78は分圧された電圧VCMPと基準電圧VREFとを比較する。抵抗素子71の抵抗値をR71、抵抗素子72の抵抗値をR72とすると、電圧VCMPは、
VCMP=VADD・R72/(R71+R72) …(2)
となる。比較器78は、VCMP<VREFのときHighを出力し、VCMP≧VREFのときLowを出力する。即ち、比較回路70は、昇圧コンデンサ21の充電電圧VCが所定の電圧値V1より低いとき、比較結果VCTLとしてHighを制御回路80に出力する。充電が進んで充電電圧が所定の電圧値V1を超えると、比較回路70はLowを出力する。
制御回路80は、比較回路70の比較結果VCTLをレベルシフト回路82によりレベル変換し、NAND回路81に入力する。NAND回路81は、NOT回路83の出力がHighであるから、比較結果VCTLがHighのときはLowを出力してトランジスタ13をオンする。トランジスタ13がオン状態になって、昇圧コンデンサ21の充電が進むと比較結果VCTLがLowになり、NAND回路81がHighを出力してトランジスタ13をオフ状態にする。したがって、昇圧コンデンサ21の充電電圧VCが所定の電圧V1を超えると、トランジスタ13がオフするため昇圧コンデンサ21の充電が停止される。このように、昇圧クロックDCCLKがLowのときは、昇圧回路10は充電状態にあり、昇圧コンデンサ21を所定の電圧V1まで充電する。
昇圧クロックDCCLKがHighになると、NOT回路83の出力がLowになり、NAND回路81の出力がHighになる。したがって、トランジスタ11とトランジスタ13とがオフ状態になり、トランジスタ12とトランジスタ14とがオン状態になる。昇圧コンデンサ21とトランジスタ11との接続ノードに、トランジスタ12を介して供給電圧VDCが供給される。したがって、昇圧コンデンサ21とトランジスタ11との接続ノードの電圧V−は、図8(d)に示されるように、一気に電圧VDCまで引き上げられる。したがって、トランジスタ13に接続されているノードの電圧VC+は、図8(c)に示されるように、電圧V1から電圧V2に持ち上げられる。同時に、昇圧コンデンサ21とトランジスタ13との接続ノードが、トランジスタ14を介して平滑コンデンサ90に接続され、平滑コンデンサ90が充電される。即ち、負荷回路に平滑コンデンサ90を介して電圧VDC2=(VC+VDC)が供給されることになる。
昇圧回路10は、平滑コンデンサ90を充電しながら負荷回路に電圧を供給するため、出力電圧VDC2は、図8(e)に示されるように、電圧V2まで上昇する前に降下し始める。このとき、トランスファゲート40はオフ状態になり、加算回路60の状態は変化しない。昇圧コンデンサ21に蓄えられた電荷が平滑コンデンサ90、負荷回路に移動するため、出力電圧VDC2は、徐々に下がっていく。なお、昇圧コンデンサ21の電圧VCは、電荷が放電されて、図8(c)に破線で示されるように、徐々に低下する。このように、昇圧クロックDCCLKがHighのとき、昇圧回路10は放電状態になる。
上述のように、電源回路は動作するが、出力電圧VDC2の初期の電圧が所望の電圧値V2になるためには、充電期間中に昇圧コンデンサ21の電圧VCが電圧値V1になるまで充電されるとよい。VDC+VC=V2となるように電圧VCまで充電され、比較回路70が昇圧コンデンサ21の充電を停止させていればよい。即ち、VCMP=VREFとなっていればよい。これらを上記の(1)式、(2)式に代入し、
(1+R65/R64)・V2/2=VREF・(R71+R72)/R72 …(3)
が導き出される。
(3)式を満たすように、R64、R65、R71、R72を設定することにより、出力電圧VDC2の初期の電圧が所望の電圧値V2になるように、昇圧コンデンサ21は電圧値V1まで充電される。例えば、R64=R65、R71=R72とすると、V2=2・VREFとなり、出力電圧は基準電圧の2倍に設定される。したがって、基準電圧VREFを所望の電圧値V2の1/2に設定しておけばよいことになる。このとき、昇圧コンデンサ21の電圧VCは、放電開始時に所望の電圧値V2を超えるまで充電されることはない。また、加算回路60によって充電電圧VCに供給電圧VDCが加算された電圧を比較対象とするため、供給電圧VDCが変わっても昇圧コンデンサ21の充電電圧VCは、放電開始時に所定の電圧値V2を超えない。
なお、図9に加算回路60および比較回路70の他の構成が示される。演算増幅器(比較器)の入力に、抵抗素子61、62を介して充電電圧VCおよび供給電圧VDCを接続し、加算回路60と比較回路70とを併合する。原理的にはこのような回路でも動作は可能であるが、図7に示されるように、加算回路60および比較回路70を組み合わせた回路が好ましい。
上述のように、加算回路60、比較回路70および制御回路80により、昇圧コンデンサ21の充電電圧VCは、VC+VDC=V2となるように調整される。そのため、電力消費による変動はあるが、供給電圧VDCが変化しても出力電圧VDC2は一定(V2)になる。例えば、供給電圧VDC=3.0ボルト、出力電圧VDC2=5.0ボルトに設定された電源回路において、供給電圧VDCと出力電圧VDC2との関係は、図10に示されるようになる。
したがって、低い供給電圧から高い供給電圧まで設定の変更なしに使用することが可能になる。また、出力電圧VDC2の目標電圧値V2を素子耐圧以下に設定することにより、素子耐圧を超えることはない。さらに、充電期間中に昇圧コンデンサ21に供給電圧VDCが接続されるため、図8(e)に示されるように、放電周期は表示クロックに同期する。したがって、昇圧出力にノイズが発生せず、横縞などの表示画質の劣化が起きない。
図11に、第2の実施の形態に係る電源回路の回路図が示される。この電源回路は、昇圧回路100と、加算回路60と、比較回路70と、制御回路180と、トランスファゲート140、240と、平滑コンデンサ90とを具備し、負荷回路(図示せず)に出力電圧VDC2を供給する。
昇圧回路100は、トランジスタ111〜114と昇圧コンデンサ121とを含む第1の昇圧回路と、トランジスタ211〜214と昇圧コンデンサ221とを含む第2の昇圧回路とを備える。第1の昇圧回路および第2の昇圧回路は、第1の実施の形態において説明された昇圧回路10と同じ構成であり、同じように動作する。
第1の昇圧回路において、トランジスタ111とトランジスタ113とは、供給電圧VDCにより昇圧コンデンサ121を充電するスイッチである。トランジスタ112とトランジスタ114とは、昇圧コンデンサ121に蓄えられた電荷を供給電圧VDCで持ち上げて放電し、平滑コンデンサ90に出力電圧VDC2を供給するスイッチである。トランスファゲート140は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ121の電圧VC1を取り出すスイッチである。
第2の昇圧回路において、トランジスタ211とトランジスタ213とは、供給電圧VDCにより昇圧コンデンサ221を充電するスイッチである。トランジスタ212とトランジスタ214とは、昇圧コンデンサ221に蓄えられた電荷を供給電圧VDCで持ち上げて放電し、平滑コンデンサ90に出力電圧VDC2を供給するスイッチである。トランスファゲート240は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ221の電圧VC2を取り出すスイッチである。
加算回路60は、演算増幅器68と抵抗素子61〜65とを備える。トランスファゲート140が導通状態のとき、加算回路60は、トランスファゲート140を介して取り出した昇圧コンデンサ121の電圧と供給電圧VDCとを加算して出力する。トランスファゲート240が導通状態のとき、加算回路60は、トランスファゲート240を介して取り出した昇圧コンデンサ221の電圧と供給電圧VDCとを加算して出力する。比較回路70は、比較器78と抵抗素子71、72とを備え、加算回路60の出力電圧と基準電圧VREFとを比較する。比較結果は、制御回路180に出力される。
制御回路180は、NAND回路181、281と、レベルシフト回路182、282と、AND回路186、286と、NOT回路183、187とを備える。制御回路180は、比較回路70の比較結果に基づいて、昇圧回路100の各トランジスタ(スイッチ)およびトランスファゲート140、240のオン/オフを制御する。AND回路186、286とNOT回路187は、昇圧クロックDCCLKに同期して、第1の昇圧回路と第2の昇圧回路とが交互に充電期間と昇圧出力期間とを繰り返すように制御し、それぞれの充電期間の比較結果を対応するNAND回路181、281に与える。
昇圧回路100の出力は、平滑コンデンサ90によって平滑化され、負荷回路に供給される。平滑化された出力電圧VDC2が供給される回路には、制御回路180のNAND回路181、281、レベルシフト回路182、282、NOT回路183、加算回路60の演算増幅器68等も含まれる。
第2の実施の形態に係る電源回路の動作が説明される。
比較回路70の出力がHighであるとする。昇圧クロックDCCLKがLowのとき、NOT回路183はHighを出力し、トランジスタ111をオン状態に、トランジスタ112及び114をオフ状態にする。NOT回路187の出力がHighになるため、AND回路186はHighを出力し、NAND回路181はLowを出力してトランジスタ113をオン状態にする。したがって、昇圧コンデンサ121は、トランジスタ111、113を介して供給電圧VDCに接続され、充電される。昇圧コンデンサ21とトランジスタ13との接続ノードの電圧VC+は、充電期間の開始とともに上昇する。
このとき、トランスファゲート140は、オン状態であり、充電中の昇圧コンデンサ21の電圧VC1を加算回路60に出力する。トランスファゲート240はオフ状態であり、加算回路60は、充電されて上昇する電圧VC1と供給電圧VDCとを加算する。即ち、加算結果は、昇圧コンデンサ121の放電が開始されるときの電圧VC+に対応することになる。
加算回路60の加算結果は、比較回路70に入力される。比較回路70では、加算結果は抵抗素子71、72により分圧され、比較器78は分圧された電圧VCMPと基準電圧VREFとを比較する。比較回路70は、昇圧コンデンサ121の充電電圧が所定の電圧値V1より低いとき、比較結果としてHighを制御回路80に出力する。充電が進んで充電電圧が所定の電圧値V1を超えると、比較回路70はLowを出力する。
比較結果がLowになると、制御回路180のAND回路186はLowを出力する。AND回路186の出力は、レベルシフト回路182によりレベル変換されてNAND回路181に入力される。NAND回路181はHighを出力し、トランジスタ113をオフ状態にする。したがって、昇圧コンデンサ121の充電電圧VC1が所定の電圧V1を超えると、トランジスタ113がオフするため充電状態が停止される。
一方、第2の昇圧回路では、昇圧クロックDCCLKがLowであるから、NAND回路281はHighを出力し、トランジスタ211及び213はオフ状態、トランジスタ212及び214はオン状態である。昇圧コンデンサ221とトランジスタ211との接続ノードは、トランジスタ212を介して供給電圧VDCが供給され、昇圧コンデンサ221とトランジスタ213との接続ノードは、トランジスタ214を介して平滑コンデンサ90に接続され、出力電圧VDC2を供給する。即ち、第2の昇圧回路は、昇圧クロックDCCLKがLowのとき放電状態にある。
昇圧クロックDCCLKがHighのとき、NOT回路183はLowを出力し、NAND回路181はHighを出力する。したがって、第1の昇圧回路のトランジスタ111、113はオフ状態になり、トランジスタ112、114はオン状態になる。昇圧コンデンサ121とトランジスタ111との接続ノードに、トランジスタ112を介して供給電圧VDCが供給され、昇圧コンデンサ221とトランジスタ113との接続ノードは、トランジスタ114を介して平滑コンデンサ90に接続され、出力電圧VDC2を供給する。即ち、第1の昇圧回路は、放電状態に切り替わる。
一方、第2の昇圧回路では、比較回路70の出力がHighであると、AND回路286がHighを出力し、NAND回路281がLowを出力するため、トランジスタ211、213がオン状態になり、トランジスタ212、214はオフ状態になる。したがって、昇圧コンデンサ221は、供給電圧VDCにより充電される。このとき、トランスファゲート240はオン状態であるため、昇圧コンデンサ221の電圧VC2は、トランスファゲート240を介して加算回路60に供給される。また、トランスファゲート140はオフ状態であるため、加算回路60は、昇圧コンデンサ221の電圧VC2と、供給電圧VDCとを加算する。比較回路70は、加算回路60の出力電圧を抵抗素子71、72により電圧VCMPを得て、基準電圧VREFと比較する。
比較回路70は、昇圧コンデンサ221の電圧VC2が所定の電圧V1より低いとき、比較結果としてHighを出力し、電圧VC2が所定の電圧を超えるとLowを出力する。比較回路70がLowを出力すると、制御回路180のAND回路286はLowを出力し、NAND回路281がHighを出力する。したがって、トランジスタ213はオフ状態になって、昇圧コンデンサ221の充電が停止される。
このように、第1の昇圧回路は、昇圧クロックDCLKがLowの期間を充電期間とし、昇圧クロックDCCLKがHighの期間を昇圧出力期間とする。第2の昇圧回路は、昇圧クロックDCCLKがHighの期間を充電期間とし、昇圧クロックDCCLKがLowの期間を昇圧出力期間とする。したがって、昇圧回路100は、第1の昇圧回路と第2の昇圧回路とが互いに補完するように動作し、負荷電流に対して昇圧出力電圧VDC2の低下が少ない(電源能力が高い)回路となる。
充電されている昇圧コンデンサ121または221の電圧と供給電圧VDCとが加算され、加算結果に応じてトランジスタ113またはトランジスタ213がオン/オフされるため、出力電圧VDC2が素子耐圧を超えることはない。また、低い供給電圧から高い供給電圧まで設定の変更なしに使用することが可能になる。さらに、放電周期は昇圧クロックDCCLKに同期するため、昇圧出力にノイズが発生せず、横縞などの表示画質の劣化が起きない。
図12に、第3の実施の形態に係る電源回路の回路図が示される。この電源回路は、昇圧回路20と、加算回路60と、比較回路70と、制御回路80と、トランスファゲート40、41と、平滑コンデンサ90とを具備し、負荷回路(図示せず)に出力電圧VDC2を供給する。
昇圧回路20は、トランジスタ11〜17と、昇圧コンデンサ21〜22を備える。トランジスタ11とトランジスタ13とは、昇圧コンデンサ21に供給電圧VDCを印加して充電するスイッチである。トランジスタ12は、昇圧コンデンサ21に供給電圧VDCを直列に接続して、昇圧コンデンサ21に蓄えられた電荷を昇圧するスイッチである。トランスファゲート40は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ21の電圧VC1を取り出すスイッチである。トランジスタ15とトランジスタ16とは、供給電圧VDCを印加して昇圧コンデンサ22を充電するスイッチである。トランジスタ14は、昇圧コンデンサ22に蓄えられた電荷を、トランジスタ12によって昇圧された昇圧コンデンサ21の電圧VC1で昇圧するスイッチである。トランジスタ17は、昇圧コンデンサ22に蓄えられた電荷を放電し、平滑コンデンサ90に出力電圧VDC2を供給するスイッチである。トランスファゲート41は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ22の電圧VC2を取り出すスイッチである。
加算回路60は、演算増幅器68と抵抗素子61〜65とを備え、トランスファゲート40を介して取り出した昇圧コンデンサ21の電圧VC1と、昇圧コンデンサ22の電圧VC2と、供給電圧VDCとを加算する。比較回路70は、比較器78と抵抗素子71、72とを備え、加算回路60の出力電圧と基準電圧VREFとを比較する。比較結果は、制御回路80に出力される。制御回路80は、NAND回路81、レベルシフト回路82、NOT回路83を備える。制御回路80は、昇圧クロックDCCLK及び比較回路70の比較結果に基づいて、昇圧回路20の各トランジスタ(スイッチ)およびトランスファゲート40、41のオン/オフを制御する。
昇圧回路20の出力は、平滑コンデンサ90によって平滑化され、負荷回路に供給される。平滑化された出力電圧VDC2が供給される回路には、制御回路80のNAND回路81、レベルシフト回路82、NOT回路83、加算回路60の演算増幅器68等も含まれる。
第3の実施の形態に係る電源回路の動作が説明される。
比較回路70の出力VCTLがHighであるとする。昇圧クロックDCCLKがLowのとき、NOT回路83の出力がHigh、NAND回路81の出力がLowであるから、トランジスタ11、13、15、16がオン状態になり、トランジスタ12、14、17がオフ状態になる。したがって、昇圧コンデンサ21はトランジスタ11、13を介して、昇圧コンデンサ22はトランジスタ15、16を介して供給電圧VDCが供給され、充電される。
このとき、トランスファゲート40及びトランスファゲート41はオン状態であり、充電中の昇圧コンデンサ21及び22の充電電圧VC1、VC2を加算回路60に出力する。加算回路60は、昇圧コンデンサ21の充電電圧VC1と昇圧コンデンサ22の充電電圧VC2と供給電圧VDCとを加算して、出力電圧VADDを比較回路70に出力する。抵抗素子61〜63の抵抗値が等しく、抵抗素子64の抵抗値をR64、抵抗素子65の抵抗値をR65とすると、加算回路60の出力電圧VADDは、
VADD=(1+R65/R64)・(VC1+VC2+VDC)/3 …(4)
となる。
比較回路70は、電圧VADDを抵抗素子71、72により分圧した電圧VCMPと基準電圧VREFとを比較器78により比較する。抵抗素子71の抵抗値をR71、抵抗素子72の抵抗値をR72とすると、電圧VCMPは、
VCMP=VADD・R72/(R71+R72) …(5)
となる。したがって、比較器78は、VCMP<VREFのときHighを出力し、VCMP≧VREFのときLowを出力する。比較器78の出力がHighのとき、制御回路80のNAND回路81の出力がLowとなり、昇圧回路20は充電状態となる。比較器78の出力がLowのとき、NAND回路81の出力がHighとなり、トランジスタ13、16がオフとなって昇圧コンデンサ21、22の充電を停止する。
昇圧クロックDCCLKがHighになると、NOT回路83の出力がLow、NAND回路81の出力がHighとなり、トランジスタ11、13、15、16がオフ、トランジスタ12、14、17がオンとなる。したがって、供給電圧VDC、昇圧コンデンサC21、昇圧コンデンサC22が直列接続になって、平滑コンデンサ90に電圧VDC+VC1+VC2が印加される。即ち、出力電圧VDC2は、電圧VDC+VC1+VC2となる。
所望の昇圧出力電圧VDC2の電圧値をV3とすると、VDC+VC1+VC2=V3のとき、VCMP=VREFとなればよいから、(4)式、(5)式にこれらを代入すると、次式が導き出せる。
(1+R65/R64)・V3/3=VREF・(R71+R72)/R72 …(6)
この(6)式を満たすようにR64、R65、R71、R72を選定することにより、出力電圧VDC2=V3となるように、充電電圧VC1、VC2が調整される。
このように、第3の実施の形態に係る電源回路は、昇圧コンデンサを2個使用し、最大で供給電圧VDCの3倍の昇圧出力電圧を生成することができる回路である。このような回路においても、充電時に昇圧コンデンサ21、22に充電される電圧VC1、VC2と供給電圧VDCとを加算し、加算結果に応じてトランジスタ13、16のオン/オフを制御することにより、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
さらに昇圧コンデンサを増加して、昇圧倍率を上げる場合においても、充電期間の各昇圧コンデンサの充電電圧を全て加算し、加算結果に応じて各昇圧コンデンサに充電する電圧を供給するスイッチのオン/オフを制御することにより、同様の効果が得られる。
図13に、第4の実施の形態に係る電源回路の回路図が示される。この電源回路は、昇圧回路30と、加算回路60と、比較回路70と、制御回路80と、トランスファゲート40、41と、平滑コンデンサ90とを具備し、負荷回路(図示せず)に出力電圧VDC2を供給する。
昇圧回路30は、トランジスタ11〜18と、昇圧コンデンサ21〜23とを備える。トランジスタ11、トランジスタ13、トランジスタ18は、昇圧コンデンサ21と昇圧コンデンサ23とを直列に接続して供給電圧VDCを印加し、充電するスイッチである。トランジスタ12は、昇圧コンデンサ21に供給電圧VDCを直列に接続して昇圧コンデンサ21に蓄えられた電荷を昇圧するスイッチである。トランスファゲート40は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ21の電圧VC1を取り出すスイッチである。トランジスタ15とトランジスタ16とは、供給電圧VDCを印加して昇圧コンデンサ22を充電するスイッチである。トランジスタ14は、昇圧コンデンサ22に昇圧コンデンサ21を直列に接続し、昇圧コンデンサ22に蓄えられた電荷を昇圧コンデンサ21の充電電圧VC1+供給電圧VDCで昇圧するスイッチである。トランジスタ17は、昇圧コンデンサ22に蓄えられた電荷を放電し、平滑コンデンサ90に出力電圧VDC2を供給するスイッチである。トランスファゲート41は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ22の電圧VC2を取り出すスイッチである。
加算回路60は、演算増幅器68と抵抗素子61〜65とを備え、トランスファゲート40を介して取り出した昇圧コンデンサ21の電圧VC1と、トランスファゲート41を介して取り出した昇圧コンデンサ22の電圧VC2と、供給電圧VDCとを加算する。比較回路70は、比較器78と抵抗素子71、72とを備え、加算回路60の出力電圧と基準電圧VREFとを比較する。比較結果は、制御回路80に出力される。制御回路80は、NAND回路81、レベルシフト回路82、NOT回路83、84を備える。制御回路80は、昇圧クロックDCCLK及び比較回路70の比較結果に基づいて、昇圧回路30の各トランジスタ(スイッチ)およびトランスファゲート40、41のオン/オフを制御する。
昇圧回路30の出力は、平滑コンデンサ90によって平滑化され、負荷回路に供給される。平滑化された出力電圧VDC2が供給される回路には、制御回路80のNAND回路81、レベルシフト回路82、NOT回路83および84、加算回路60の演算増幅器68等も含まれる。
第4の実施の形態に係る電源回路の動作が説明される。
比較回路70の出力がHighであるとする。昇圧クロックDCCLKがLowのとき、NOT回路83の出力がHigh、NAND回路81の出力がLowであるから、トランジスタ11、13、15、16、18がオン状態になり、トランジスタ12、14、17がオフ状態になる。したがって、昇圧コンデンサ21、23は、トランジスタ13を介して直列に接続され、トランジスタ11、18を介して供給電圧VDCが供給されて充電される。昇圧コンデンサ21、23は、それぞれ供給電圧VDCの1/2までの電圧に充電される。昇圧コンデンサ22は、トランジスタ15、16を介して供給電圧VDCが供給されて供給電圧VDCまでの電圧に充電される。
このとき、トランスファゲート40及び41はオン状態であり、充電中の昇圧コンデンサ21及び22の充電電圧VC1、VC2を加算回路60に出力する。加算回路60は、昇圧コンデンサ21の充電電圧VC1と昇圧コンデンサ22の充電電圧VC2と供給電圧VDCとを加算して、出力電圧VADDを比較回路70に出力する。比較回路70は、抵抗素子71、72により出力電圧VADDを分圧して、基準電圧VREFと比較し、比較結果を制御回路80に出力する。第3の実施の形態で説明されたように、制御回路80は、比較結果に基づいてトランジスタ16及び18のオン/オフ状態を制御し、出力電圧VDC2が所望の電圧になるように、充電電圧VC1及びVC2を調整する。
昇圧クロックDCCLKがHighのとき、昇圧コンデンサ21と昇圧コンデンサ22とはトランジスタ14を介して直列に接続され、供給電圧VDC+充電電圧VC1+充電電圧VC2なる電圧を、トランジスタ17を介して平滑コンデンサ90に供給する。
このように、本実施の形態に係る電源回路は、昇圧用のコンデンサを3個使用し、最大で供給電圧VDCの2.5倍の昇圧出力電圧を生成することができる。この回路においても、充電時に昇圧コンデンサ21、22に充電される電圧と、供給電圧VDCとを加算し、加算結果に応じてトランジスタ16、18のオン/オフを制御することにより、上記と同様の効果を得ることができる。
さらに、図14を参照して、第5の実施の形態に係る電源回路が説明される。本実施の形態に係る電源回路は、図14に示されるように、昇圧回路10と、加算回路60と、比較回路70と、制御回路80と、トランスファゲート40と、平滑コンデンサ90とを具備し、負荷回路(図示せず)に出力電圧VDC2を供給する。昇圧回路10、比較回路70、制御回路80、トランスファゲート40は、第1の実施の形態に示される回路と同じである。加算回路60は、演算増幅器68と抵抗素子61〜65とを備え、昇圧コンデンサ21の充電電圧VCと供給電圧VDCと、さらに昇圧回路10の出力VDC2とを加算する。
抵抗素子61〜65の抵抗値をR61〜R65とし、R61=R62=R63とすると、加算回路60の出力VADDは、
VADD=(1+R65/R64)×(VC+VDC+VDC2)/3 …(7)
となる。また、比較回路70は、加算回路60の出力VADDを抵抗素子71、72により分圧して比較電圧VCMPを得る。抵抗素子71、72の抵抗値をR71、R72とすると、比較電圧VCMPは、
VCMP=VADD×R72/(R71+R72) …(8)
となる。
したがって、比較回路70は、VCMP<VREFのときHighを出力し、VCMP≧VREFのときLowを出力する。比較回路70の出力がHighのとき、制御回路80のNAND回路81の出力は、Lowとなって充電を継続する。比較回路70の出力がLowのとき、NAND回路81の出力はHighとなってトランジスタ13をオフ状態にし、昇圧コンデンサ21の充電を停止する。
昇圧クロックDCCLKがHighのとき、トランジスタ11、13がオフ状態になり、トランジスタ12、14がオン状態になることにより、電圧VC+VDC=VDC2が平滑コンデンサ90に供給される。所望の昇圧出力電圧値をV2とし、出力電圧VDC2との差分(VDC2の不足分)をΔV(=V2−VDC2)とすると、
V2+ΔV=VC+VDC …(9)
となれば、ΔVを補える。このことから、この条件下で、VCMP=VREFとなるように調整されると、所望の電圧V2が得られる。(7)〜(9)式から
(1+R65/R64)×2×V2/3=VREF×(R71+R72)/R72 …(10)
が導き出せる。したがって、(10)式を満たすように、R71、R72、R64、R65を選定することにより、VDC2=V2となるように昇圧コンデンサ21の充電電圧VCが調整される。
第1から第4の実施の形態では、昇圧出力電圧VDC2の影響を受けずに昇圧コンデンサに充電される電圧が決定される。本実施の形態では、充電期間中の出力電圧VDC2を加えているため、(9)式に示されるように、出力電圧VDC2が低下した分だけ充電電圧VCが高くなるまで、昇圧コンデンサ21は充電される。したがって、出力電圧VDC2は、より所望の電圧値V2に近い電圧に保たれる。図15に、負荷電流と昇圧出力電圧との関係が示される。図中の(a)は、図14に示される電源回路の特性を示し、図中の(b)は図7に示される電源回路の特性を示す。本実施の形態に係る電源回路の方が、より負荷電流による昇圧出力電圧の低下が少なく、能力の高い昇圧回路であることが分かる。
上述のように、チャージポンプ方式昇圧電源回路において、昇圧用のコンデンサの充電中の電圧を監視し、その電圧に応じてスイッチのオン/オフを制御することにより、低い供給電圧から高い供給電圧まで、素子耐圧を超えることなく所定の出力電圧を生成することが可能になる。また、充電期間のみスイッチを制御するため、昇圧出力にランダムなノイズを重畳させることはない。したがって、ノイズによる表示画面の横縞をなくすことができる。昇圧出力電圧も監視対象にすることにより、さらに、負荷電流による昇圧出力電圧の低下の少ない、より電流供給能力の高い昇圧回路が実現できる。
高い能力を得るために、昇圧回路内のトランジスタのオン抵抗を小さくすることが考えられる。その場合、昇圧コンデンサに充電を開始するときに短時間に大きな電流が各トランジスタに流れる。すなわち、図16(a)に示されるように、電源(電圧VDC)から電流IVDCが昇圧回路10に対して流れるため、電源を供給する配線の配線抵抗の影響を受け、昇圧回路10やソースドライバ920に供給される電源電圧、接地電圧が揺れる。また、図16(b)に示されるように、供給される電源電圧が変動するため、ソースドライバ920に含まれるバイアス生成回路の出力が変動し、その変動がソースドライバ920の出力に現れる。
例えば、昇圧回路10内の電圧は、図17に示されるように変動する。図17(a)にソースドライバ920の回路内接地電圧VSS、図17(b)にソースドライバ920の回路内電源電圧VDC、図17(c)に昇圧回路10に流入する電流IVDCが示される。これらの電圧、電流は、昇圧クロックDCCLK(図17(f))に同期して大きく変動することが分かる。図17(d)に昇圧コンデンサの電源側ノードの電圧VC+、図17(e)に接地側ノードの電圧VC−が示され、昇圧コンデンサの充電開始時に大きな電流(IVDC)が流れることが分かる。このように、電源電圧VDC、接地電圧VSSが大きく変動すると、その影響を受けてソースドライバ920の出力が変動し、表示装置に無用の横縞等が表示されて画質劣化の原因となる。このような画質劣化の原因を排除する必要がある。
図18に第6の実施の形態に係る電源回路の回路図が示される。この電源回路は、昇圧回路30と、加算回路60と、比較回路70と、制御回路80と、トランスファゲート40、41と、平滑コンデンサ90とを具備し、負荷回路(図示せず)に出力電圧VDC2を供給する。この電源回路は、第4の実施の形態において説明された電源回路とほぼ同じであり、昇圧回路30内に抵抗素子が追加されている点が異なる。昇圧回路30は、トランジスタ18と昇圧コンデンサ23との間に抵抗素子33が挿入され、トランジスタ16と昇圧コンデンサ22との間に抵抗素子32が挿入されている。
したがって、昇圧回路30は、トランジスタ11〜18と、昇圧コンデンサ21〜23と、抵抗素子32〜33とを備える。トランジスタ11、トランジスタ13、トランジスタ18は、昇圧コンデンサ21と昇圧コンデンサ23とを直列に接続して供給電圧VDCを印加し、充電するスイッチである。抵抗素子33は、トランジスタ18と昇圧コンデンサ23との間に接続され、昇圧コンデンサ21、23を充電する充電電流を制限する。トランジスタ12は、昇圧コンデンサ21に供給電圧VDCを直列に接続して昇圧コンデンサ21に蓄えられた電荷を昇圧するスイッチである。トランスファゲート40は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ21の電圧VC1を取り出すスイッチである。トランジスタ15とトランジスタ16とは、供給電圧VDCを印加して昇圧コンデンサ22を充電するスイッチである。抵抗素子32は、トランジスタ16と昇圧コンデンサ22との間に接続され、昇圧コンデンサ22を充電する電流を制限する。トランジスタ14は、昇圧コンデンサ22に昇圧コンデンサ21を直列に接続し、昇圧コンデンサ22に蓄えられた電荷を昇圧コンデンサ21の充電電圧VC1+供給電圧VDCで昇圧するスイッチである。トランジスタ17は、昇圧コンデンサ22に蓄えられた電荷を放電し、平滑コンデンサ90に出力電圧VDC2を供給するスイッチである。トランスファゲート41は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ22の電圧VC2を取り出すスイッチである。
加算回路60は、演算増幅器68と抵抗素子61〜65とを備え、トランスファゲート40を介して取り出した昇圧コンデンサ21の電圧VC1と、トランスファゲート41を介して取り出した昇圧コンデンサ22の電圧VC2と、供給電圧VDCとを加算する。比較回路70は、比較器78と抵抗素子71、72とを備え、加算回路60の出力電圧と基準電圧VREFとを比較する。比較結果は、制御回路80に出力される。制御回路80は、NAND回路81、レベルシフト回路82、NOT回路83、84を備える。制御回路80は、昇圧クロックDCCLK及び比較回路70の比較結果に基づいて、昇圧回路30の各トランジスタ(スイッチ)およびトランスファゲート40、41のオン/オフを制御する。
昇圧回路30の出力は、平滑コンデンサ90によって平滑化され、負荷回路に供給される。平滑化された出力電圧VDC2が供給される回路には、制御回路80のNAND回路81、レベルシフト回路82、NOT回路83および84、加算回路60の演算増幅器68等も含まれる。
第6の実施の形態に係る電源回路の動作が説明される。
まず、比較回路70の出力がHighであるとする。昇圧クロックDCCLKがLowのとき、NOT回路83の出力がHigh、NAND回路81の出力がLowであるから、トランジスタ11、13、15、16、18がオン状態になり、トランジスタ12、14、17がオフ状態になる。したがって、昇圧コンデンサ21、23は、トランジスタ13を介して直列に接続され、トランジスタ11、18および抵抗素子33を介して供給電圧VDCが供給されて充電される。昇圧コンデンサ21、23は、それぞれ供給電圧VDCの1/2までの電圧に充電される。このとき、昇圧コンデンサ21、23を充電する電流は、抵抗素子33により制限される。昇圧コンデンサ22は、トランジスタ15、16および抵抗素子32を介して供給電圧VDCが供給されて供給電圧VDCまでの電圧に充電される。昇圧コンデンサ22を充電する電流は、抵抗素子32により制限される。ここでは、抵抗素子32、33を独立の素子として記載しているが、トランジスタ16、18のオン抵抗を利用してもよい。すなわち、所定の電流値が流れるように、トランジスタ16、18のオン抵抗を調整して抵抗素子32、33に代替することが可能である。
このとき、トランスファゲート40及び41はオン状態であり、充電中の昇圧コンデンサ21及び22の充電電圧VC1、VC2を加算回路60に出力する。加算回路60は、昇圧コンデンサ21の充電電圧VC1と昇圧コンデンサ22の充電電圧VC2と供給電圧VDCとを加算して、出力電圧VADDを比較回路70に出力する。比較回路70は、抵抗素子71、72により出力電圧VADDを分圧して、基準電圧VREFと比較し、比較結果を制御回路80に出力する。第3の実施の形態で説明されたように、制御回路80は、比較結果に基づいてトランジスタ16及び18のオン/オフ状態を制御し、出力電圧VDC2が所望の電圧になるように、充電電圧VC1及びVC2を調整する。
昇圧クロックDCCLKがHighのとき、昇圧コンデンサ21と昇圧コンデンサ22とはトランジスタ14を介して直列に接続され、供給電圧VDC+充電電圧VC1+充電電圧VC2なる電圧を、トランジスタ17を介して平滑コンデンサ90に供給する。
このように、本実施の形態では、第4の実施の形態において説明された電源回路に充電時の電源電流IVDCを制限するための抵抗素子32、33が付加されている。そのため、図19に示されるように、昇圧コンデンサ21〜23に充電を開始するときの電流(図19(b))の変化が緩和され、供給電圧VDCの変動を抑制することができる(図19(a))。ここでは、第4の実施の形態の回路に基づいて説明されたが、他の実施の形態の回路においても同じように供給電圧VDCの変動を抑制することができる。
図20に第7の実施の形態に係る電源回路の回路図が示される。この電源回路は、昇圧回路30と、加算回路60と、比較回路70と、制御回路80と、トランスファゲート40、41と、平滑コンデンサ90とを具備し、負荷回路(図示せず)に出力電圧VDC2を供給する。この電源回路は、第4の実施の形態において説明された電源回路とほぼ同じであり、昇圧回路30内に抵抗素子が追加されている点が異なる。昇圧回路30は、トランジスタ18およびトランジスタ16と供給電圧VDCとの間に抵抗素子96が挿入されている。
したがって、昇圧回路30は、トランジスタ11〜18と、昇圧コンデンサ21〜23と、抵抗素子96とを備える。トランジスタ11、トランジスタ13、トランジスタ18は、昇圧コンデンサ21と昇圧コンデンサ23とを直列に接続し、抵抗素子96を介して供給電圧VDCを印加し、充電するスイッチである。トランジスタ12は、昇圧コンデンサ21に供給電圧VDCを直列に接続して昇圧コンデンサ21に蓄えられた電荷を昇圧するスイッチである。トランスファゲート40は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ21の電圧VC1を取り出すスイッチである。トランジスタ15とトランジスタ16とは、抵抗素子96を介して供給電圧VDCを印加して昇圧コンデンサ22を充電するスイッチである。抵抗素子96は、昇圧コンデンサ21〜23を充電する充電電流を制限する。トランジスタ14は、昇圧コンデンサ22に昇圧コンデンサ21を直列に接続し、昇圧コンデンサ22に蓄えられた電荷を昇圧コンデンサ21の充電電圧VC1+供給電圧VDCで昇圧するスイッチである。トランジスタ17は、昇圧コンデンサ22に蓄えられた電荷を放電し、平滑コンデンサ90に出力電圧VDC2を供給するスイッチである。トランスファゲート41は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ22の電圧VC2を取り出すスイッチである。
加算回路60は、演算増幅器68と抵抗素子61〜65とを備え、トランスファゲート40を介して取り出した昇圧コンデンサ21の電圧VC1と、トランスファゲート41を介して取り出した昇圧コンデンサ22の電圧VC2と、供給電圧VDCとを加算する。比較回路70は、比較器78と抵抗素子71、72とを備え、加算回路60の出力電圧と基準電圧VREFとを比較する。比較結果は、制御回路80に出力される。制御回路80は、NAND回路81、レベルシフト回路82、NOT回路83、84を備える。制御回路80は、昇圧クロックDCCLK及び比較回路70の比較結果に基づいて、昇圧回路30の各トランジスタ(スイッチ)およびトランスファゲート40、41のオン/オフを制御する。
昇圧回路30の出力は、平滑コンデンサ90によって平滑化され、負荷回路に供給される。平滑化された出力電圧VDC2が供給される回路には、制御回路80のNAND回路81、レベルシフト回路82、NOT回路83および84、加算回路60の演算増幅器68等も含まれる。
第7の実施の形態に係る電源回路の動作が説明される。
まず、比較回路70の出力がHighであるとする。昇圧クロックDCCLKがLowのとき、NOT回路83の出力がHigh、NAND回路81の出力がLowであるから、トランジスタ11、13、15、16、18がオン状態になり、トランジスタ12、14、17がオフ状態になる。したがって、昇圧コンデンサ21、23は、トランジスタ13を介して直列に接続され、トランジスタ11、18および抵抗素子96を介して供給電圧VDCが供給されて充電される。昇圧コンデンサ21、23は、それぞれ供給電圧VDCの1/2までの電圧に充電される。このとき、昇圧コンデンサ21、23を充電する電流は、抵抗素子96により制限される。昇圧コンデンサ22は、トランジスタ15、16および抵抗素子96を介して供給電圧VDCが供給され、供給電圧VDCまでの電圧に充電される。昇圧コンデンサ22を充電する電流は、抵抗素子96により制限され、充電開始時の充電電流による供給電圧VDCの揺れを抑制することが可能となる。
このとき、トランスファゲート40及び41はオン状態であり、充電中の昇圧コンデンサ21及び22の充電電圧VC1、VC2を加算回路60に出力する。加算回路60は、昇圧コンデンサ21の充電電圧VC1と昇圧コンデンサ22の充電電圧VC2と供給電圧VDCとを加算して、出力電圧VADDを比較回路70に出力する。比較回路70は、抵抗素子71、72により出力電圧VADDを分圧して、基準電圧VREFと比較し、比較結果を制御回路80に出力する。第3の実施の形態で説明されたように、制御回路80は、比較結果に基づいてトランジスタ16及び18のオン/オフ状態を制御し、出力電圧VDC2が所望の電圧になるように、充電電圧VC1及びVC2を調整する。
昇圧クロックDCCLKがHighのとき、昇圧コンデンサ21と昇圧コンデンサ22とはトランジスタ14を介して直列に接続され、供給電圧VDC+充電電圧VC1+充電電圧VC2なる電圧を、トランジスタ17を介して平滑コンデンサ90に供給する。
この電源回路を搭載する液晶表示ドライバIC940は、図21に示されるように、ガラス基板950上に実装される。液晶表示ドライバIC940の電源は、フレキシブル基板960を介して供給される。フレキシブル基板960上の電源配線962とガラス基板950上の電源配線952、953とは、接続部955、956において接続されている。液晶表示ドライバIC940は、バンプ942を備え、バンプ942を介してガラス基板950上の電源配線952、953に接続されている。したがって、電源に関する接続抵抗は、バンプ942の数、ガラス基板950上の電源配線952/953の幅、接続部955/956の接続抵抗により決まる。
すなわち、図21に示されるように、ガラス基板950上の配線を電源配線952と電源配線953とに分割することにより、その抵抗値を変えることができる。配線952を極力太く、バンプ942の数を多くして抵抗値は、ほぼゼロになるように低く設定される。一方、配線953の幅、バンプ942の数は、抵抗素子96に相当する抵抗値が得られるように調整される。したがって、電源配線952を介して抵抗がほぼゼロで電源がトランジスタ12に供給され、トランジスタ16、18には電源配線953を介して抵抗素子96に相当する抵抗値で電源が供給されることになる。このように、配線抵抗を抵抗素子96の代替とすることができる。すなわち、実装の特徴を利用することにより、抵抗素子の削減なども可能となる。ここでは、第4の実施の形態の回路に基づいて説明されたが、他の実施の形態の回路においても同じように抵抗素子の削減なども可能となる。
図22に第8の実施の形態に係る電源回路の回路図が示される。この電源回路は、昇圧回路50と、加算回路60と、比較回路70と、比較回路170と、制御回路380と、トランスファゲート40、41と、平滑コンデンサ90とを具備し、負荷回路(図示せず)に出力電圧VDC2を供給する。この電源回路は、第4の実施の形態において説明された電源回路に比較して、昇圧回路30内の昇圧コンデンサ21〜23を充電するトランジスタ16、18に並列にトランジスタ36、38が接続され、そのトランジスタ36、38の動作を制御するための比較回路170が追加され、制御回路380にゲート回路が追加されている。
昇圧回路50は、トランジスタ11〜18、36、38と、昇圧コンデンサ21〜23とを備える。トランジスタ16とトランジスタ36とは並列に接続され、トランジスタ18とトランジスタ38とは並列に接続される。トランジスタ11、トランジスタ13、トランジスタ18/38は、昇圧コンデンサ21と昇圧コンデンサ23とを直列に接続して供給電圧VDCを印加し、充電するスイッチである。トランジスタ12は、昇圧コンデンサ21に供給電圧VDCを直列に接続して昇圧コンデンサ21に蓄えられた電荷を昇圧するスイッチである。トランスファゲート40は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ21の電圧VC1を取り出すスイッチである。トランジスタ15とトランジスタ16/36とは、供給電圧VDCを印加して昇圧コンデンサ22を充電するスイッチである。トランジスタ14は、昇圧コンデンサ22に昇圧コンデンサ21を直列に接続し、昇圧コンデンサ22に蓄えられた電荷を昇圧コンデンサ21の充電電圧VC1+供給電圧VDCで昇圧するスイッチである。トランジスタ17は、昇圧コンデンサ22に蓄えられた電荷を放電し、平滑コンデンサ90に出力電圧VDC2を供給するスイッチである。トランスファゲート41は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ22の電圧VC2を取り出すスイッチである。
加算回路60は、演算増幅器68と抵抗素子61〜65とを備え、トランスファゲート40を介して取り出した昇圧コンデンサ21の電圧VC1と、トランスファゲート41を介して取り出した昇圧コンデンサ22の電圧VC2と、供給電圧VDCとを加算する。比較回路70は、比較器78と抵抗素子71、72とを備え、加算回路60の出力電圧と基準電圧VREFとを比較する。その比較結果VCTLは、制御回路380に出力される。比較回路170は、比較器178と抵抗素子171、172とを備え、供給電圧VDCと基準電圧VREFとを比較する。その比較結果VCTL2は、制御回路380に出力される。比較回路170において比較される供給電圧VDCは、充電電流による電圧降下の影響を受けないことが好ましく、この電源回路における供給電圧VDCの入力端付近の電圧が比較されることが好ましい。
制御回路380は、NAND回路81、88と、レベルシフト回路82、86と、NOT回路83、84、87とを備える。制御回路380は、昇圧クロックDCCLK、比較回路70および比較回路170の比較結果に基づいて、昇圧回路50の各トランジスタ(スイッチ)およびトランスファゲート40、41のオン/オフを制御する。比較回路170の出力VCTL2は、NAND回路81、88を排他的に動作させる。すなわち、供給電圧VDCが所定の電圧より低いときNAND回路81を有効にし、供給電圧VDCが所定の電圧より高いときNAND回路88を有効にする。NAND回路81によりトランジスタ18、16がオンになり、NAND回路88によりトランジスタ38、36がオンになる。トランジスタ38、36のオン抵抗をトランジスタ18、16のオン抵抗より大きくなるように設定することにより、トランジスタ38、36がオン状態になるときの充電電流を制限することができる。
昇圧回路50の出力は、平滑コンデンサ90によって平滑化され、負荷回路に供給される。平滑化された出力電圧VDC2が供給される回路には、制御回路380のNAND回路81、88、レベルシフト回路82、86、NOT回路83、84、87、加算回路60の演算増幅器68等も含まれる。
第8の実施の形態に係る電源回路の動作が説明される。
比較回路170において、比較器178は、供給電圧VDCを抵抗素子171および172により分圧した電圧と基準電圧VREFとを比較し、比較結果VCTL2を出力する。すなわち、供給電圧VDCが所定の電圧より高いか低いかを示す比較結果VCTL2が、レベルシフト回路86を介して制御回路380に出力される。ここでは、供給電圧VDCが所定の電圧より高いとき、比較結果VCTL2はLowを示し、供給電圧VDCが所定の電圧より低いとき、比較結果VCTL2はHighを示す。
一方、制御回路380において、NAND回路81とNAND回路88とは排他的に動作して、比較結果VCTL2を選択信号とする選択回路を構成する。したがって、比較結果VCTL2がHighのときNAND回路81側の回路が有効に動作し、比較結果VCTL2がLowのときNAND回路88側の回路が有効に動作する。比較結果VCTL2がHighを示すとき、すなわち、供給電圧VDCが所定の電圧より低いとき、NAND回路81が有効に動作してトランジスタ18、16を駆動し、この電源回路は、第4の実施の形態において説明されたように動作する。また、比較結果VCTL2がLowを示すとき、すなわち、供給電圧VDCが所定の電圧より高いとき、NAND回路88が有効に動作し、トランジスタ18、16に替えてトランジスタ38、36を駆動する。昇圧コンデンサ21〜23を充電するときに供給電圧VDCに接続される経路が切り替わり、その抵抗値が切り替わるだけである。
すなわち、供給電圧VDCが所定の電圧より高く、昇圧コンデンサ21〜23に充電する電圧が高い場合、オン抵抗の大きいトランジスタ38、36が駆動され、昇圧コンデンサ21〜23を充電する充電電流が制限される。したがって、昇圧回路に流れる電流が急激に変化することがなくなり、供給電圧VDCが大きく変動することはなくなる。また、供給電圧VDCが所定の電圧より低く、昇圧コンデンサ21〜23に充電する電圧が低い場合、オン抵抗の小さいトランジスタ18、16が駆動され、電流制限はない。したがって、充電開始時の充電電流が比較的少ない場合には、電流制限が行われず、能力は低下しない。
このように、本実施の形態に係る電源回路は、第4の実施の形態において説明された電源回路に、供給電圧VDCの高さに応じてオン抵抗を切り替える充電用スイッチ(トランジスタ)を備えるものである。このような回路により、充電開始時の充電電流によって供給電圧VDCに揺れが起きるような高い供給電圧VDCの場合に高オン抵抗スイッチ(トランジスタ36/38)が選択されて充電電流が抑制され、充電開始時の充電電流が小さくて供給電圧VDCに揺れが起きにくいような低い供給電圧VDCの場合に低オン抵抗スイッチ(トランジスタ16/18)が選択されて充電能力を確保することが可能となる。
図23に、第9の実施の形態に係る電源回路の回路図が示される。この電源回路は、昇圧回路30と、加算回路60と、比較回路70と、制御回路80と、トランスファゲート40、41と、平滑コンデンサ90とを具備し、負荷回路(図示せず)に出力電圧VDC2を供給する。
昇圧回路30は、トランジスタ11〜18と、昇圧コンデンサ21〜23とを備える。トランジスタ11、トランジスタ13、トランジスタ18は、昇圧コンデンサ21と昇圧コンデンサ23とを直列に接続して供給電圧VDCを印加し、充電するスイッチである。トランジスタ12は、昇圧コンデンサ21に供給電圧VDCを直列に接続して昇圧コンデンサ21に蓄えられた電荷を昇圧するスイッチである。トランスファゲート40は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ21の電圧VC1を取り出すスイッチである。トランジスタ15とトランジスタ16とは、供給電圧VDCを印加して昇圧コンデンサ22を充電するスイッチである。トランジスタ14は、昇圧コンデンサ22に昇圧コンデンサ21を直列に接続し、昇圧コンデンサ22に蓄えられた電荷を昇圧コンデンサ21の充電電圧VC1+供給電圧VDCで昇圧するスイッチである。トランジスタ17は、昇圧コンデンサ22に蓄えられた電荷を放電し、平滑コンデンサ90に出力電圧VDC2を供給するスイッチである。トランスファゲート41は、2つのトランジスタ及びNOT回路を含み、充電中の昇圧コンデンサ22の電圧VC2を取り出すスイッチである。トランジスタ11およびトランジスタ15のソースは、接地電圧GNDを供給する回路内の共通配線VSSには接続されず、共通配線VSSから分離されて接地電圧GNDを供給する独立配線VSCに直接接続される。すなわち、昇圧回路30の接地電圧は、共通配線VSSの接地電圧から分離され、独立配線VSCの接地電圧に接続されている。したがって、比較回路70、加算回路60、制御回路80の接地電圧VSSは、昇圧回路30に流れる電流の影響を受けず、安定する。
加算回路60は、演算増幅器68と抵抗素子61〜65とを備え、トランスファゲート40を介して取り出した昇圧コンデンサ21の電圧VC1と、トランスファゲート41を介して取り出した昇圧コンデンサ22の電圧VC2と、供給電圧VDCとを加算する。比較回路70は、比較器78と抵抗素子71、72とを備え、加算回路60の出力電圧と基準電圧VREFとを比較する。比較結果は、制御回路80に出力される。制御回路80は、NAND回路81、レベルシフト回路82、NOT回路83、84を備える。制御回路80は、昇圧クロックDCCLK及び比較回路70の比較結果に基づいて、昇圧回路30の各トランジスタ(スイッチ)およびトランスファゲート40、41のオン/オフを制御する。
昇圧回路30の出力は、平滑コンデンサ90によって平滑化され、負荷回路に供給される。平滑化された出力電圧VDC2が供給される回路には、制御回路80のNAND回路81、レベルシフト回路82、NOT回路83および84、加算回路60の演算増幅器68等も含まれる。
第9の実施の形態に係る電源回路の動作が説明される。回路各部の動作は、第4の実施の形態に係る電源回路の各部の動作と同じである。
まず、比較回路70の出力がHighであるとする。昇圧クロックDCCLKがLowのとき、NOT回路83の出力がHigh、NAND回路81の出力がLowであるから、トランジスタ11、13、15、16、18がオン状態になり、トランジスタ12、14、17がオフ状態になる。したがって、昇圧コンデンサ21、23は、トランジスタ13を介して直列に接続され、トランジスタ11、18を介して供給電圧VDCが供給されて充電される。昇圧コンデンサ21、23は、それぞれ供給電圧VDCの1/2までの電圧に充電される。このとき、充電電流は、トランジスタ11のソースから独立配線VSCを介して接地電圧GNDへ流れる。昇圧コンデンサ22は、トランジスタ15、16を介して供給電圧VDCが供給され、供給電圧VDCまでの電圧に充電される。充電電流は、トランジスタ15のソースから独立配線VSCを介して接地電圧GNDへ流れる。
このとき、トランスファゲート40及び41はオン状態であり、充電中の昇圧コンデンサ21及び22の充電電圧VC1、VC2を加算回路60に出力する。加算回路60は、昇圧コンデンサ21の充電電圧VC1と昇圧コンデンサ22の充電電圧VC2と供給電圧VDCとを加算して、出力電圧VADDを比較回路70に出力する。比較回路70は、抵抗素子71、72により出力電圧VADDを分圧して、基準電圧VREFと比較し、比較結果を制御回路80に出力する。第3の実施の形態で説明されたように、制御回路80は、比較結果に基づいてトランジスタ16及び18のオン/オフ状態を制御し、出力電圧VDC2が所望の電圧になるように、充電電圧VC1及びVC2を調整する。
昇圧クロックDCCLKがHighのとき、昇圧コンデンサ21と昇圧コンデンサ22とはトランジスタ14を介して直列に接続され、供給電圧VDC+充電電圧VC1+充電電圧VC2なる電圧を、トランジスタ17を介して平滑コンデンサ90に供給する。
このように、昇圧コンデンサ21〜23が充電されるときの充電電流は、トランジスタ11および15のソースから独立配線VSCへ流れるため、図24に示されるように、共通配線VSSに充電電流による電圧の揺れが生じない。すなわち、本実施の形態では、充電用の経路にあるスイッチ(トランジスタ11および15)のソースを共通配線VSSから分離し、独立配線VSCに接続することにより、充電電流による共通配線VSSの電圧の揺らぎを抑制することができ、液晶表示装置の表示画質の劣化を防ぐことができる。
上述のように、高い能力を必要とする場合には、充電用スイッチの電圧供給側にのみ所定の抵抗素子を挿入することにより、能力の低下を最小限に抑えつつ充電時の電流を制限する。或いは、供給電圧VDCの大きさに応じて低オン抵抗スイッチと高オン抵抗スイッチとを切り替えることにより、供給電圧VDCの大きさに応じて充電時の電流を制限する。充電時の電流を制限することにより、充電開始時の充電電流による供給電圧VDCの揺れを抑制することができる。したがって、横縞などの表示画質の劣化が起きない。また、充電用経路のコンデンサの低電位側のスイッチ(トランジスタ)のソースを回路内共通配線VSSと分離し、独立配線VSCと接続することにより、充電時の電流による回路内共通配線VSSの電圧の揺れをなくすことができ、横縞などの表示画質の劣化が起きない。なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜組み合わせ変更され得ることは明らかである。