JPS63224664A - 昇圧回路 - Google Patents

昇圧回路

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JPS63224664A
JPS63224664A JP5784087A JP5784087A JPS63224664A JP S63224664 A JPS63224664 A JP S63224664A JP 5784087 A JP5784087 A JP 5784087A JP 5784087 A JP5784087 A JP 5784087A JP S63224664 A JPS63224664 A JP S63224664A
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JP
Japan
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circuit
voltage
booster circuit
signal
counter
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JP5784087A
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English (en)
Inventor
Yuichi Inoue
祐一 井上
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Seiko Instruments Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 本発明は2個以上のコンデンサーをスイッチングするこ
とにより高い電圧を得る昇圧回路、特に小型携帯機器の
昇圧回路に関する。
〔発明の概要〕
本発明は従来から既知の昇圧回路と電圧検出回路をカウ
ンター、ゲート回路1遺択回路などからなる制御回路に
より有機的に結合する事により、従来の昇圧回路及び電
圧検出回路価々の能力以上の効果を出そういうものであ
る。その能力以上の効果とは、 ・負荷で消費している電流をかなり微小電流から比較的
大きい電流まで幅広いレンジで測定する事ができる。
・従来の昇圧回路の能力を制御し貫通電流を最小限に減
少する。
・従来の昇圧回路が出力することの出来る最大の昇圧能
力(昇圧回路の平均的出力インピーダンスをいい、以下
昇圧能力と言う。)を得る事が出来る。
〔従来の技術〕
第6図は従来の昇圧回路を示すブロック図である。従来
の昇圧回路は液晶表示装置など比較的インピーダンスの
高い負荷を駆動する高電圧源を供給していた為に負荷に
対し十分な昇圧能力を比較的小さいコンデンサー(約0
.04μF程度)とこのコンデンサーを充電するのに十
分なドライブ能力を持ったスイッチング素子を使って実
現する事が出来た。それ故に第6図のブロック図に示し
たように、昇圧回路の出力端子VOUT (以下単にV
 OUTと言う)を単純に駆動回路の電源とするだけの
回路構成でV O[ITの電圧は十分に安定していた。
従来の昇圧回路は、特公昭55−5347号、特公昭5
5−24339号、特公昭59−6143号、及び特公
昭60−1977号に示されている。いずれの昇圧回路
も液晶表示装置を駆動する電源として使用しているため
に他の比較的インピーダンスの低い負荷を駆動するため
の電源には適していなかった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の昇圧回路でインピーダンスが変動する負荷を駆動
する場合、負荷が予想されるインピーダンスの最も低い
時にも十分に電流容量が有り昇圧回路のVOUTの電圧
が変動しないような、コンデンサーとそれを十分ドライ
ブする事の出来るスイッチング素子で昇圧回路を構成す
る必要があり、さらに昇圧の周期を与えている昇圧信号
φ1(以下単にφ1と言う)の周期も必要十分な周期を
設定する必要があった。以上の様に構成された昇圧回路
の場合駆動される負荷インピーダンスが高く負荷で消費
される電流が昇圧回路の電流供給能力より極端に手跡く
なった場合でも、昇圧回路のスイッチング素子などに流
れる貫通電流コンデンサーに流れるリーク電流は負荷の
インピーダンスが低く負荷で消費される電流が昇圧回路
の電流供給能力とほぼ同じ場合と全く同一であるという
問題点を持っていた。
さらに従来の様に構成された昇圧回路の場合、負荷で消
費されている電流を測定し駆動回路へフィードバックす
るという要求には全く答えられないという問題点を持っ
ていた。
〔発明の目的〕
本発明は昇圧回路の貫通電流を負荷の変動に応じて減少
させる事の出来る昇圧回路を得ること、及び負荷で消費
される電流を測定する事の出来る昇圧回路を得ることを
目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
第1図は本発明を示すブロック図である。昇圧回路6の
V OUTの電圧を検出する電圧検出回路3と電圧検出
回路3の出力信号D OUTを入力し、その結果により
φ、の周期を変化させる制御回路7を新たに設けた構成
とした。さらに負荷5で消費される電流を測定するため
に、電圧検出回路3の出力信号D OUTを入力し、そ
の結果によりカウンター77を制御する電流測定用制御
回路76と電流測定用制御回路8により制御され、出力
データCDAT2を出力するカウンター77を新たに設
けた構成としてもよい。
〔作用〕
第1図の本発明を示すブロック図に記された電圧検出回
路3は昇圧回路6のV OUTの電圧がある電圧レベル
VDETより高いか低いかを検出し、その結果を出力信
号DOυTに出力するように働〈従来から既知の電圧検
出回路である。制御回路7は電圧検出回路3からの出力
信号D OUTから得られる情報つまりV OUTの電
圧がある一定の電圧レベルVDET(以下単にVDET
と言う)より高いか低いかの情報によりφ1の周期を変
化させ、負荷の変動によらず、昇圧回路6のV OUT
の電圧を常に一定に保つように動作する制御回路である
。又負荷5で消費される電流を測定可能とする場合制御
回路7はφ、を一端停止し、昇圧回路6のV OUTの
電圧がV DETを公差するまでの時間を測定するよう
に動作する制御回路である。
第1図には、記されていないが電圧検出回路で消費され
る電流を減少させるために電圧検出回路を間歇的に動作
させる信号を制御回路7から電圧検出回路へ与えるよう
な構成にしても構わない。
(実施例〕 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第2図は本発明による第1の実施例を示すブロック図で
ある。第3Imta+は負荷インピーダンスが高い状態
から低い状態に変化した場合の第1の実施例の制御回路
7の動作を示したタイムチャート図である。第3図(ト
))は逆に負荷インピーダンスが低い状態から高い状態
に変化した場合の制御回路7の動作を示したタイムチャ
ート図である。そして第3図(clは負荷インピーダン
スが比較的低い状態で安定している場合の制御回路7の
動作を示したタイムチャート図である。
なお、第1図本発明を示すブロック図、第2図第1の実
施例を示すブロック図及び第4図第2の実施例を示すブ
ロック図は全てプラス側電源をGNDとし、昇圧回路の
V OUTはGNDに対しマイナスの電圧を出力するも
のとして説明する。
一般的に昇圧回路の動作周波数も決定しているφ1の周
波数が2倍になれば昇圧能力も約2倍になり、同時に貫
通電流も2倍になる。第2図はこの特性を有効に利用し
て、負荷インピーダンスの高い状態ではφ、の周波数を
小さくして貫通電流を減少させ、逆に負荷インピーダン
スの低い状態ではφ、の周波数を大きくして昇圧能力を
増大させようとする一実施例である。
第2図において選択回路71は分周回路2からの信号群
CLとアンプダウンカウンタ−73(以下単にUP/D
Nカウンターと言う)からのデータCDATIとを入力
し、昇圧回路6へφ、を出力している。
その動作は仮に次の様であるとして以下説明する。
選択回路はC[1ATLの内容がオール0の時にφ、へ
最も低い周波数が選択され出力される。逆にCDATL
の内容がオールlのときにφ1へ最も高い周波数が選択
され出力される。そしてCDATIの内容が+1される
ごとにφ1の周波数が2倍される。つまりφ、の周波数
fφ1はCDATIの内容がオール0のときをfoとす
ると、 fφ+ = f o X 2 CDATL  −・−一
−−−−・・−−−−−・・・−■となる。カウンター
制御回路72は比較的短い周期で信号upを出力し、比
較的長い周期で信号り一を出力している。電圧検出回路
3は昇圧回路6のV OUTの電圧がV DETより高
いか低かを検出し、その結果を出力信号D OUTに出
力する。
この第1の実施例による回路の動作を以下第3図第1の
実施例のタイムチャート図により説明する。
第3図(alに示した様に負荷が小さい状態から大きい
状態に変化した場合、φ1の周波数は比較的低いので昇
圧回路6のVOUTはコンデンサーの電荷が負荷へ流れ
る為にVDETを上まわり出力信号D OUTがHig
hレベルになる。すると制御回路2から一定周期に出力
される信号UPによりANDゲート74の出力端子から
パルスが出力され、UP/D−カウンター73の内容が
+1され、その出力端子であるCDATIの内容も+1
される。と同時に選択回路71はφ、へそれまでの周波
数の2倍の周波数を出力する様になる。第3図(alの
例ではさらに信号UPの次のパルスでφ、の周波数が2
倍になり、V OUTの電圧がV DETを上まわらな
いようになる様子を示している。V OUTの電圧がV
DETを上まわらないようになると、検出回路の出力信
号D OUTがHighにならない為ANDゲート74
ヘパルスは出力されず、UP/DWカウンター73の内
容はこの状態で安定する。
第3図(′b)に示した様に負荷が大きい状態から小さ
い状態に変化した場合、カウンター制御回路72が比較
的長い周期で出力している信号り一のパルスによりUP
/D−カウンター73の内容が−1されφ1の周波数は
4倍、4倍されてゆき、貫通電流もそれに伴い減少する
第3図(C1は、負荷が比較的大きい状態で安定してい
る場合にカウンター制御回路72から信号D−パルスが
出力された様子を示している。信号D−パルスによりU
P/D−カウンター73の内容が−1されφ1の周波数
は2倍になる。周波数が2倍になったことで現時点の負
荷に対して昇圧能力か不足の場合、昇圧回路のVOUT
の電圧がVDETを上まわり信号D OUTがHigh
レベルになる。D 0LITがH4ghレヘルになると
、信号UPによりUP/D−カウンターの内容が+1さ
れφ1の周波数も2倍となる。結局負荷が安定している
場合、信号り鐘により一度はV 01lTの電圧はV 
DETを上まわるが、即座にφ1の周波数がちとに復帰
しV OUTの電圧も安定する。
以上第2図の実施例1の特徴をまとめると、第3図(a
)、(1))及びfclに示した3つの動作によりこの
昇圧回路のV OUTの電圧はφ1の周波数が負荷の大
小に追従することで常に安定した電圧を出力すると同時
に昇圧回路における貫通電流を減少させる事ができる。
第4図は本発明による実施例2を示すブロック図である
。第5図は実施例2の動作を示すタイムチャート図であ
る。
一般的に電圧v、[Vlに充電された容量C[F]のコ
ンデンサーが電流1  [A]で時間t[s e cl
だけ放電し、電圧V、  [Vlとなった場合次の関係
式が成り立つ。
f I d t =C・l Vt  Vt 1 ’−”
−−−−−””■ただし電流■が一定とみなせる場合は
、r  ・t −c ・t VZ   V、  l  
−−−−−−−−−−−■の関係が成り立つ。第4図は
この関係を有効に利用して、負荷に流れる電流■を測定
しようとする一実施例である。0式の関係を第4図に当
てはめると、Cは従来の昇圧回路6に使用されているコ
ンデンサーの容量、Vlは電圧検出回路3のVDET。
■8は昇圧回路に負荷が接続されていない開放状態の出
力電圧で電源電圧の整数倍の値、tはφ1をLo−又は
Highに固定して昇圧動作を停止した時点から■0υ
Tの電圧がV DETを上まわるまでの時間、そしてI
は昇圧回路のコンデンサーから駆動回路及び電圧検出回
路へ流れる電流となる。
(以下単に昇圧回路のコンデンサーから駆動回路へ流れ
る電流をILと言い、電圧検出回路へ流れる電流を10
と言う。)実施例2においてC,V、。
Vl、10は一定で固をの値を持っているのでtを分周
回路からの信号群CLとカウンターで測定する事により
ILを測定する事が可能である。
第4図実施例2の電流測定の動作を以下第5図実施例2
を示すタイムチャート図により説明する。
第4図の電流測定用制御回路76は信号Re5etをH
ighにしカウンター77をリセットすることで電流測
定を開始する。信号Re5etの立ち上がり直後から信
号CLlが動作カウンター77をカウントアツプする。
φ、は信号Re5etの立ち下がりから1.5周期動作
した後Lo−に固定される。 (1,5周期は昇圧回路
のタイプなどで変化する。理由は後述する。)φ、が停
止した為にV OUTの電圧は徐々に上昇し、やがてV
DETを上まわる。電圧検出した時点で信号CLIは停
止する。以上の動作によりコンデンサーの放電時間tが
測定された事になる。放電時間tは信号CLIの周期を
tcLl、カウンターの内容をCOATとすると、 t = tcLl x CDAT・・−・−−−−一・
〜・・・・・−・・−−−一−−−・・−・・・■で表
わされる。したがって駆動回路へ流れ負荷で消費された
電流ILは t CLI・ODAT である。0式の右辺において、CDA↑以外のパラメー
タは、全て常時一定で固有の値を持つ。したかって本発
明による実施例2の昇圧回路を設計する際にそのデータ
を制御回路に持たせる事で電流ILを測定する事が可能
どなる。ただしコンデンサーの容量G及び検出電圧■1
は製造上のバラツキが発生する可能性が有る。これらの
バラツキによる電流ILの測定誤差が要求される電流I
Lの測定精度以上の場合はC及び■1のデータをP−R
OMなどに書き込む方式にすることで容易に解決出来る
なお、電流■しの測定力1色対値を必要とするものでな
く、単なる比較測定で良い場合はパラメーターのデータ
を制御回路に持たせる必要もなく、ましてP−ROMな
どにC及びVlのデータを書き込む方式を取る必要もな
い。
信号Re5etによりカウンターにリセットをかけた直
後、φ1を1.5周期だけ動作させる理由について第7
図、第8図及び第9図を用いて以下説明する。第7図は
従来の2倍昇圧回路の動作を示す回路図、第8図は従来
の3倍昇圧回路の動作を示す回路図、及び第9図は従来
の2倍、3倍昇圧回路を実施例2の昇圧回路に使用した
場合のV OUTの電圧の変化を拡大して示したタイム
チャート図である。第7図(alはφ1がHighの状
態でコンデンサーC1(以下単に01と言う)に電aB
 a tの電圧が充電される。(b)はφ、がLowの
状態でC1に充電された電圧がコンデンサーC2(以下
単に02と言う)を充電する。以上第7図(al、 (
blの状態が繰り返されるとやがてC2には電源Bat
の2倍の電圧が充電される。3倍昇圧の動作も全く同様
に第8図(al、 (blの状態が繰り返されコンデン
サーC5に電aB a tの3倍の電圧が充電される。
ただし端子GND、VOIIT間に負荷が接続された場
合は、V OUTに電源電圧の2倍、3倍の電圧は出力
されない、負荷接続時の電圧波形は2倍昇圧でかつCI
と02の容量が同一の場合、第9図fatのようになる
。以下第9図(alの波形について説明する。
第9図(5)のv2は電源電圧の2倍の電圧である。
■、はφ、が立ち下がる直前のV 0tlTの電圧であ
り、第7図で説明するなら(alの状態から(blの状
態へ移動する直前の02の電圧である。このときC1に
は電源Batの電圧(Vz/2)が充電されている。■
、はφ1が立ち下がった直後のV OUTの電圧であり
、第7図で説明するならfalの状態から(blの状態
へ移動した直後のV OUTの電圧である。
C1と02の容量が同じであるから■、は■、と■2の
中間電位である。第9図(alにおいてφ1がHigh
のときの放電カーブとφ、がLowのときの放電カーブ
が異なるのは、負荷に電流を供給しているコンデンサー
の容量が異なるからである。つまりφ、がLo−のとき
は、C1と02が並列接続されているのに対しφ1がH
ighのときはC2のみが負荷に電流を供給しているか
らである。電源電圧をVBとして以上を式にまとめると
次のようになる。
V、−2XVB・−−−−−−−・・−・・・−・−・
・・−・−−−−一・−・−■V3 =  X (Vz
 +Vs)・−・・・・・−一−−−・−・−−一−−
−■V4− Vs = 2 x (Vs −Va)−−
−−−一・・−・・03倍昇圧の場合V 0IITの電
圧波形を第9図(blに示した。コノ場合にもVB 、
Vz+V*+Va+Vs に同様の関係が成り立ち、次
のようになる。
V w −3X VB  −−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−@Vz −X (Vz + 2 X V
s) −−−−−−−’a2X(Va  Vs)−3X
(V’3  V4)−・−・・−・■第9図(C1は2
倍昇圧回路においてφ1をHighで停止した場合のv
 ourの電圧波形、以下fdl 、 (el 。
げ)はそれぞれ、2倍昇圧回路においてφ、をLowで
停止した場合、3倍昇圧回路においてφ1をHighで
停止した場合、2倍昇圧回路においてφ1Lowで停止
した場合のV 0IJTの電圧波形である。
いずれもφ1停止後コンデンサーが放電され、V OU
Tの電圧が上昇してい(様子を示している。
ところで負荷で消費される電流I1.は0式より求めな
。つまりコンデンサーの電圧がV、からV。
まで放電するまでの時間を測定することで電流ILが求
まった。従って第9図(C1,(di、 (el及び(
「)から明らかなようにφ1停止後からV OUTがV
lに達するまでの時間を測定したのでは、コンデンサー
の電圧が■2から■1まで放電するまでの時間を測定し
たことにはならない。第9図(CL (dl、 tel
及び(「)中に示した点線りのように放電カーブを延長
し、V、と交わった時点から時間を測定するべきである
。つまり第9図(clにおいてはφ、が停止する時点よ
りφ11周期分、以下+di、 (el及び(flにお
いてはそれぞれ、1.5周期分、2周期分、2.5周期
分だけ前から時間測定するべきである。
〔発明の効果〕
本発明による昇圧回路は負荷で消費している電流の測定
が可能、貫通電流を最小限に抑えると同時に従来の昇圧
回路が出力することの出来る最大の昇圧能力を得る事が
出来るなどの特徴を持つ為に、従来液晶表示駆動の電源
に使用されるのみであった昇圧回路を液晶以外の負荷の
電源として使用可能となった。液晶以外の負荷をより具
体的に言うなら液晶よりインピーダンスの低い負荷、液
晶よりインピーダンスの変動が大きい負荷、及び負荷で
消費されている電流により駆動回路へフィードバックを
かける必要の有る負荷である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を示すブロック図、第2図は第1の実施
例を示すブロック図、第3図は(a)、 (bl。 telは第1の実施例のタイムチャート図、第4図は第
2の実施例を示すブロック図、第5図は第2の従来の2
倍、3倍昇圧回路の動作を示す回路図、第9図(al〜
fflはV OUTの電圧波形を示すタイムチャート図
である。 1・・・・発振回路 2・・・・分周回路 3・・・・電圧検出回路 4・・・・駆動回路 5・・・・負荷 6・・・・昇圧回路 7・・・・制御回路 71・・・・選択回路 72・・・・カウンター制御回路 73・・・・UP/D−カウンター 74・・・・ANDゲート 75・・・・φ1周期制御回路 76・・・・電流測定用制御回路 77・・・・カウンター φ1 ・・・昇圧回路のスイッチング周期を決定する信
号 V OUT・・・昇圧回路の昇圧出力端子D OUT・
・・電圧検出回路の出力信号CL・・・分周回路の出力
信号群 L CON・・・制御回路が駆動回路をコントロールす
る制御信号 VDET・・・電圧検出回路の検出電圧レベルGND・
・・・グランド 以上 出願人 セイコー電子工業株式会社 本発明をホす7097図 第1図 ΦI GND−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−(a) GND−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−(b) GND−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−=−−−−−−=−−−−−−−−−−
−−−佛3図 eset ひ◇−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−一一−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−一一一−−−−−−VCET    −−−−−、
= −−−0LIT CLI               −−−一−−−
−−−−−−−第2の冥沢シy1をホTフイム↑で一ト
図第5図 従来伊陸ホT7’ロー/7図 ”#6図 第7図 ψ+−High            ψ+=Low
(a)              (b)弔8図 Φ1 (a) φ丁 (b) VOLIT  を示すタイム+マート図第q図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも2個のコンデンサー、2個のスイッチ
    ング素子から成り、昇圧信号φ_1により前記コンデン
    サーを前記スイッチング素子が交互に切替接続し出力端
    子VOUTへ昇圧電圧を出力する昇圧回路、前記出力端
    子VOUTの電圧がある一定の電圧レベルVDETより
    高いか低いかを検出し、その検出結果を出力信号DOU
    Tへ出力する電圧検出回路、及び信号群CLと前記出力
    信号DOUTを入力しその結果により昇圧信号φ_1の
    周期を変化させる制御回路から成る事を特徴とする昇圧
    回路。
  2. (2)前記電圧検出回路が出力する出力信号DOUTが
    Highレベル又はLowレベルである時間を測定する
    事により駆動回路により駆動される負荷で消費される電
    流を測定し、その測定結果により制御信号LCONを制
    御する事を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の昇圧
    回路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6439263A (en) * 1987-08-03 1989-02-09 Sharp Kk Output voltage stabilization in booster circuit
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