JPH0628854A - 半導体降圧回路 - Google Patents

半導体降圧回路

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JPH0628854A
JPH0628854A JP4183283A JP18328392A JPH0628854A JP H0628854 A JPH0628854 A JP H0628854A JP 4183283 A JP4183283 A JP 4183283A JP 18328392 A JP18328392 A JP 18328392A JP H0628854 A JPH0628854 A JP H0628854A
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JP
Japan
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output
circuit
voltage
ext
down circuit
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JP4183283A
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English (en)
Inventor
Akira Tanabe
昭 田邊
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体回路上で低損失で、しかも出力電圧の安
定した降圧回路を提供することにある。 【構成】容量の等しい2個のコンデンサC1,C2およ
びトランジスタTr1,Tr2を用いる。充電時は2個
のコンデンサC1,C2を直列に接続し、入力電源V
EXT により充電する。また、放電時には1個ずつ並列に
接続したものを出力VINT に接続して放電する。これら
により、入力電圧VEXT の1/2の電圧を出力VINT
して発生させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体降圧回路に関し、
特に半導体メモリ用降圧回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体メモリ用の降圧回路は、シ
リーズレギュレーター方式となっている。この降圧回路
は、例えばIEEE Journal of Soli
d−State Circuits, Vol.25,
No.4,1990 pp903−911等にも記載さ
れている。
【0003】図6はかかる従来の一例を示す半導体降圧
回路図である。図6に示すように、従来のシリーズレギ
ュレータ方式の降圧回路は、オペアンプで構成した比較
器7と、この比較器7の出力により駆動されるドライブ
トランジスタTr1とを有し、その出力VINT に負荷Z
を接続して構成されている。このオペアンプ7の片方の
入力には基準電源VEXT /2、反対側の入力には降圧回
路の出力電圧VINT を供給し、これら基準電圧と出力電
圧の差を検出する。その検出した差電圧はドライブトラ
ンジスタTr1のゲートに入力され、出力電圧VINT
制御している。
【0004】次に、この降圧回路で消費される電力につ
いてみると、出力VINT の先につながる負荷zがID
電流を消費した場合、ドライブトランジスタTr1の消
費する電力PS は、外部入力電圧をVEXT とすると、 PS =(VEXT −VINT )×ID である。従って、出力電圧がVINT =VEXT /2なら
ば、Tr1の消費電力は、 PS =(VEXT /2)×ID となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のシリー
ズレギュレーター方式の半導体降圧回路は、ドライブト
ランジスタにおけるソース・ドレイン間の電圧をVDS
そのトランジスタに流れる電流をIDSとすると、VDS×
DSの電力がメモリ回路外部のドライブトランジスタで
無駄に消費され、出力電圧が安定しないという欠点があ
る。
【0006】本発明の目的は、かかる無駄な消費電力を
無くし、出力電圧を安定化することのできる半導体降圧
回路を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体降圧回路
は、容量の等しいm×n個(m〈n、m,nは整数)の
コンデンサを用い、充電時はn個ずつ直列に接続したも
のをm組並列に接続して入力電源により充電し、放電時
にはm個ずつ直列に接続したものをn組並列に出力に接
続して放電することにより、入力電圧のm/nの電圧を
出力するように構成される。
【0008】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1(a),(b)はそれぞれ本発明の一
実施例を示す半導体降圧回路図およびその回路のクロッ
ク信号のタイミング図である。図1(a)に示すよう
に、本実施例は入力VEXT と接地間に交互に接続された
トランジスタTr1,コンデンサC1,トランジスタT
r2,コンデンサC2と、それらの節点B,Dおよび出
力VINT 間に接続されたトランジスタTr3,Tr5
と、節点Aおよび接地間に接続されたトランジスタTr
4と、インバータとを備えている。トランジスタTr1
のゲートにはクロックφ1が直接供給され、またトラン
ジスタTr2のゲートにはインバータを介しクロックφ
1を反転して供給する。同様に、トランジスタTr3の
ゲートにはクロックφ2が直接供給され、トランジスタ
Tr4,Tr5のゲートにはインバータを介しクロック
φ2を反転して供給する。
【0009】また、図1(b)に示すように、ここでは
クロックφ1に対しクロックφ2は反転していると同時
に、オン・オフの時間を異ならせている。再び、図1
(a)に戻り説明する。
【0010】図1(a)において、コンデンサC1,C
2の容量は等しくしておく。また、φ1がH、φ2がL
の期間には、Tr1,Tr2がオンし、Tr3,Tr
4,Tr5がオフとなっている。この時、コンデンサC
1,C2はどちらも(1/2)VEXT に充電され、A
点,B点,D点の電圧はそれぞれ(1/2)VEXT ,V
EXT ,(1/2)VEXT となる。次に、φ1がHになる
と、全てのトランジスタはオフになる。続いてφ2がL
になると、Tr1,Tr2はオフし、Tr3,Tr4,
Tr5はオンになる。すると、A点がグラウンド電位に
なり、B,D点はそれぞれ(1/2)VEXT になる。よ
って、出力VINT からは、入力VEXT の半分の(1/
2)VEXT の電圧が得られる。
【0011】次に、図1(a)に示す回路で消費される
電力について図2(a),(b)を参照して説明する。
【0012】図2(a),(b)はそれぞれ図1(a)
における降圧回路の放電時および充電時の各等価回路図
である。図2(a)は図1の回路で、φ1=H,φ2=
Lの場合(放電期間)、図2(b)はφ1=L,φ2=
Hの場合(充電期間)を表している。また、図2(a)
では最初のVINT の電位を(1/2)VEXT とし、コン
デンサC1,C2の容量を共にCとし、図2(b)では
図1のトランジスタのオン抵抗が非常に低く無視できる
ものとする。
【0013】まず、図2(a)に示すように、負荷Zに
Δtの時間だけID の電流が流れると、コンデンサC
1,C2から失われる電荷ΔQは、 ΔQ=ID Δt である。よって、VINT の電圧の低下分ΔVは、 ΔV=ΔQ/2C=ID Δt/2C であるので、コンデンサC1,C2の両端の電圧VC1
C2は、 VC1=VC2=(1/2)VEXT −ΔV である。
【0014】次に、図2(b)に示すように、充電状態
に切り換えると、コンデンサC1,C2は充電される。
このとき、コンデンサC1,C2の充電に要する電力は
前述した降圧回路で消費した電力と負荷Zの消費した電
力との和である。最初のB点の電位VB は、 VB =VC1+VC2=VEXT −2ΔV であり、B点がVEXT となるまでに回路全体で消費され
るエネルギーEA は、 EA =CVEXT ΔV=VEXT D Δt/2 である。また、Δtの期間に負荷Zの消費したエネルギ
ーEZは、 EZ =CVEXT ΔV−(1/4)CΔV2 であるから、降圧回路の消費電力PC は、 PC =(EA −EZ )/Δt =CΔV2 /4Δt =ΔVID /8 となる。従って、ΔV→0では、図1の回路の消費電力
は理想的には0となるので、従来の回路に比べて非常に
低損失であることがわかる。
【0015】要するに、本実施例においては、抵抗を使
わず、容量により入力電圧を分割しているので、理想的
には電力の損失を生じない。また、使用しない降圧部は
安定化容量として働くので、出力電圧を安定させること
ができる。
【0016】図3(a),(b)はそれぞれ本発明の第
2の実施例を説明するための降圧回路の充電時および放
電時の各等価回路図である。図3(a)に示すように、
充電時はコンデンサC11,C12,…,C1nと、コ
ンデンサC21,C22,…,C2nと、…、コンデン
サCm1,Cm2,…,Cmnとを入力VEXT と接地間
に並列に接続する。また、図3(b)に示すように、放
電時はかかるアレイ上のコンデンサを出力VINT と接地
間に接続する。本実施例はかかる構成とすることによ
り、入出力の関係をVINT =(1/2)VEXT にするの
ではなく、VINT=(m/n)VEXT (m〈n、m,n
は整数)の関係を満たすような任意の出力VINT を発生
させることができる。
【0017】図4は本発明の第3の実施例を示す半導体
降圧回路のブロック図である。図4に示すように、本実
施例は小容量降圧部1aおよび大容量降圧部1bと、こ
れらの降圧部1a,1bにクロックを供給するためのク
ロック発生回路2と、出力VINT および基準電圧Vref
を比較する比較器4と、この比較器4の出力に基ずきク
ロック発生回路2から大容量降圧部1bへのクロックの
供給を制御するラッチ回路3とを有している。特に、小
容量降圧部1aを構成するコンデンサの1つずつの容量
をC1、大容量降圧部1bのコンデンサの1つずつの容
量をC2としたとき、これらの間にはC1〈C2の関係
がある。また、基準電圧VREF はVREF=(m/n)V
EXT −ΔVとしておく。
【0018】まず、負荷の軽いときには、出力VINT
ほぼ(m/n)VEXT となるので、比較器4の出力はL
となり、大容量降圧部1bに供給されるクロックは停止
する。ここで、クロック停止状態における降圧部1bは
放電の状態になるようにしておく。この放電状態では、
大容量降圧部1bのコンデンサは安定化容量として働く
ので、出力VINT は安定になる。
【0019】次に、負荷が重くなり、出力VINT の電圧
がΔV以上低下すると、比較器4の出力がHとなって大
容量降圧部1bにクロックを供給するので、大電力が得
られる。
【0020】図5(a),(b)はそれぞれ本発明の第
4の実施例を示す半導体降圧回路のブロック図およびそ
の回路のクロック信号のタイミング図である。図5
(a)に示すように、本実施例は前述した図4における
大容量降圧部1bをさらに2つの容量の等しい降圧部5
a,5bで構成した例である。また、図5(b)に示す
ように、クロックφ1,φ2に対してクロックφ1A,
φ2Aを1/2位相ずらすことにより、降圧部5a,5
bが交互に放電するようになり、出力を安定化すること
ができる。この大容量降圧部1bは、さらにk個の容量
の等しい降圧部5a,…,5kを用意し、それぞれの位
相を1/kずつずらせることにより安定度をさらに高め
ることができる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体降
圧回路は、コンデンサによって入力電圧を分割すること
により、理想的には損失をゼロにすることができるとい
う効果がある。また、本発明は数個の降圧部を並列に動
作させることにより、出力電圧を安定化でき、一方の降
圧部を使用しないときにはその降圧部を安定化容量とし
て機能させることができるので、一層出力を安定化させ
ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す半導体降圧回路お
よびその回路のクロック信号のタイミングを表わす図で
ある。
【図2】図1における降圧回路の放電時および充電時の
等価回路図である。
【図3】本発明の第2の実施例を説明するための降圧回
路の充電時および放電時の等価回路図である。
【図4】本発明の第3の実施例を示す半導体降圧回路の
ブロック図である。
【図5】本発明の第4の実施例を示す半導体降圧回路お
よびその回路のクロック信号のタイミングを表わす図で
ある。
【図6】従来の一例を示す半導体降圧回路図である。
【符号の説明】
Tr1〜Tr5 MOSトランジスタ C1,C2,Cmn コンデンサ VEXT 外部入力電圧 VINT 出力電圧 Vref 基準電圧 1a 小容量降圧部 1b 大容量降圧部 2 クロック発生回路 3 ラッチ回路 4 比較器 5a,5b 降圧部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 容量の等しいm×n個(m〈n、m,n
    は整数)のコンデンサを用い、充電時はn個ずつ直列に
    接続したものをm組並列に接続して入力電源により充電
    し、放電時にはm個ずつ直列に接続したものをn組並列
    に出力に接続して放電することにより、入力電圧のm/
    nの電圧を出力することを特徴とする半導体降圧回路。
  2. 【請求項2】 容量の大きなコンデンサからなる第1の
    降圧部と容量の小さなコンデンサからなる第2の降圧部
    とを並列に接続し、出力の負荷が軽いときには前記第1
    の降圧部を放電状態に固定して安定化容量とすることに
    より、前記第2の降圧部のみで出力を駆動し、出力の負
    荷が重いときには前記第1および第2の降圧部の両方の
    回路で出力を駆動する請求項1記載の半導体降圧回路。
JP4183283A 1992-07-10 1992-07-10 半導体降圧回路 Withdrawn JPH0628854A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08205524A (ja) * 1995-01-27 1996-08-09 Nec Corp 電圧変換装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Legal Events

Date Code Title Description
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19991005