KR20140124109A - Voltage conversion circuit for charge pump - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a voltage conversion circuit for a charge pump using a physical switching method by electrostatic attraction power between two metal elements. The voltage conversion circuit includes an input terminal which applies a voltage, a pumping circuit which includes a pumping capacitor and a micro electro mechanical system (MEMS) switch to charge and pump the voltage, a clock terminal which transmits a plurality of clocks with a phase difference of 180 degrees in the pumping capacitor of the pumping circuit, and an output terminal which outputs the boosted voltage through the pumping circuit. Thereby, a charge pump circuit with high efficiency is implemented by comprising a high performance switch based on MEMS.

Description

차지 펌프 방식의 전압 변환 회로{VOLTAGE CONVERSION CIRCUIT FOR CHARGE PUMP}VOLTAGE CONVERSION CIRCUIT FOR CHARGE PUMP [0002]

주전원을 받아 시스템에서 요구하는 전원으로 변환 및 공급하는 차지 펌프 방식의 전압 변환 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a charge pump type voltage conversion circuit that receives and supplies main power to a power source required by a system.

디스플레이 구동회로에는 입력받은 직류를 또 다른 직류로 변환시키기 위한 전압변환회로가 장착된다. 전압변환회로에는 캐패시터를 이용한 차지 펌프 방식과, 인덕터를 이용한 Buck 변환회로, Boost 변환 회로 또는 Buck Boost 변환회로 등이 있으며, 각기 다른 장점과 단점들을 가지고 있다. 차지 펌프 방식은 Buck 변환회로, Boost 변환 회로 또는 Buck Boost 변환회로와 달리 인덕터를 필요로 하지 않으므로 비교적 소형으로 만들 수 있고, 효율이 높지만 최대 흘릴 수 있는 전류가 비교적 적고 입력 전압의 정수배로 전압을 출력하는 것이 일반적이다. 이 전압변환회로를 디스플레이 구동회로에 적용하기 위해 실리콘 기반의 CMOS를 사용하여 제작할 경우, 디스플레이 소자 제작공정이 완료된 후 디스플레이 패널과 조립이 이루어져야 하므로, 추가 공정이 발생하여 생산단가가 상승하는 단점이 있다. 따라서, 차지 펌프 방식의 전압변환회로를 디스플레이 구동회로에 적용하기 위해 스위칭 소자를 박막 트랜지스터로 구성하여 제작하였다. 그러나, 박막 트랜지스터의 경우 활성영역에 채널 층을 형성시켜 도통시키는 방식이므로, 각 소자가 스위칭을 할 때 소스와 드레인 사이에 문턱전압만큼 전압 강하가 발생하여 출력 효율을 저하시킨다는 문제가 있다. 또한, 넓은 주파수 대역에서 높은 전송 효율을 갖기 위해서는 박막 소자들의 낮은 도통저항 값 및 고속 스위칭이 가능해야 하는데, 박막 트랜지스터의 경우 채널 저항에 의한 도통저항이 상당히 커서 낮은 전류특성을 갖게 되며, 고주파 구동 시 기생 캐패시터의 영향으로 누설전류가 발생하게 된다. The display driving circuit is equipped with a voltage conversion circuit for converting the inputted direct current to another direct current. The voltage conversion circuit includes a charge pump method using a capacitor, a Buck conversion circuit using an inductor, a boost conversion circuit, or a Buck Boost conversion circuit, and has different advantages and disadvantages. Unlike Buck converter circuit, Boost converter circuit or Buck Boost converter circuit, the charge pump method does not require an inductor. Therefore, the charge pump method can be made relatively small, and the efficiency is high, but the maximum current that can be flowed is relatively small, . When the voltage conversion circuit is fabricated using a silicon-based CMOS to apply the voltage conversion circuit to a display driver circuit, the display device must be assembled with the display panel after the display device fabrication process is completed. . Therefore, in order to apply the charge pump type voltage conversion circuit to the display driver circuit, the switching device is made up of a thin film transistor. However, in the case of a thin film transistor, since a channel layer is formed in an active region to conduct, a voltage drop occurs between a source and a drain when each element is switched, thereby lowering the output efficiency. In order to achieve a high transmission efficiency in a wide frequency band, a low conduction resistance value and a high speed switching of thin film devices should be possible. In the case of a thin film transistor, a conduction resistance due to a channel resistance is considerably large, A leakage current is generated due to the influence of the parasitic capacitor.

본 발명의 일측면은 두 금속 사이의 정전기적 인력에 의해 물리적으로 스위칭하는 방식을 사용하는 차지 펌프 방식의 전압 변환 회로를 제공한다.One aspect of the present invention provides a charge pump type voltage conversion circuit using a method of physically switching by electrostatic attraction between two metals.

이를 위한 본 발명의 일측면에 의한 전압 변환 회로는 전압을 인가하는 입력단;과, 상기 전압을 차지 펌핑할 수 있도록, 펌핑 캐패시터 및 MEMS 스위치를 포함하는 펌핑 회로;와, 상기 펌핑 회로의 펌핑 캐패시터에 180도의 위상 차이를 가지는 복수 개의 클럭을 전달하는 클럭단; 및 상기 펌핑 회로를 통해 승압된 전압을 출력하는 출력단을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a voltage conversion circuit comprising: an input terminal for applying a voltage; a pumping circuit including a pumping capacitor and a MEMS switch for charge pumping the voltage; A clock terminal for transmitting a plurality of clocks having a phase difference of 180 degrees; And an output terminal for outputting a voltage boosted through the pumping circuit.

상기 펌핑 회로는 상기 입력단의 전압을 인가받는 제 1 MEMS 스위치를 포함하고, 상기 제 1 MEMS 스위치에 연결되어 상기 입력단의 전압을 충전하는 제 1 펌핑 캐패시터를 포함할 수 있다.The pumping circuit may include a first pumping capacitor connected to the first MEMS switch and charged with a voltage of the input terminal, the first pumping capacitor including a first MEMS switch receiving a voltage of the input terminal.

상기 클럭단은 상기 제 1 펌핑 캐패시터에 상기 입력단의 전압과 같은 크기의 진폭을 가지는 클럭을 출력하는 제 1 클럭 신호 출력단을 포함할 수 있다.The clock terminal may include a first clock signal output terminal for outputting a clock having an amplitude of the same magnitude as the voltage of the input terminal to the first pumping capacitor.

상기 펌핑 회로는 상기 제 1 펌핑 캐패시터에 연결되는 제 2 MEMS 스위치를 더 포함하고, 상기 제 2 MEMS 스위치에 연결되어 상기 제 1 펌핑 캐패시터에 의해 펌핑된 전압을 충전하는 제 2 펌핑 캐패시터를 더 포함할 수 있다.The pumping circuit further includes a second MEMS switch coupled to the first pumping capacitor and a second pumping capacitor coupled to the second MEMS switch to charge a voltage pumped by the first pumping capacitor .

상기 클럭단은 상기 제 2 펌핑 캐패시터에 상기 입력단의 전압과 같은 크기의 진폭을 가지는 클럭 신호를 출력하는 제2클럭신호 출력단을 포함할 수 있다.The clock terminal may include a second clock signal output terminal for outputting a clock signal having an amplitude equal to the voltage of the input terminal to the second pumping capacitor.

상기 펌핑 회로와 상기 출력단 사이에 마련되며, 상기 펌핑 회로에서 출력되는 전압을 충전하여 리플이 제거된 상태로 출력하는 출력 캐패시터를 더 포함할 수 있다.And an output capacitor that is provided between the pumping circuit and the output terminal and that charges the voltage output from the pumping circuit and outputs the ripple to the output capacitor.

그리고, 본 발명의 일실시예에 의한 전압 변환 회로는 인가되는 전압을 충전하여 저장하는 적어도 하나의 펌핑 캐패시터와, 상기 펌핑 캐패시터와 연결되어 스위칭하는 복수 개의 MEMS 스위치와, 상기 펌핑 캐패시터와 연결된 노드에서 전압을 펌핑할 수 있도록 클럭을 인가하는 클럭단을 구비하는 펌핑 회로를 포함하고, 상기 복수 개의 MEMS 스위치는 상기 복수 개의 펌핑 캐패시터에 인가되는 전압을 스위칭할 수 있다.The voltage conversion circuit according to an embodiment of the present invention includes at least one pumping capacitor for charging and storing an applied voltage, a plurality of MEMS switches connected to and switching to the pumping capacitor, And a pumping circuit having a clock terminal for applying a clock for pumping the voltage, wherein the plurality of MEMS switches are capable of switching voltages applied to the plurality of pumping capacitors.

상기 펌핑 캐패시터에 저장되어 승압되는 전압을 출력하는 출력단을 더 포함하고, 상기 출력단과 상기 펌핑 회로 사이에는 상기 펌핑 회로를 통해 승압된 전압을 저장하고, 상기 출력단을 통해 리플을 제거한 전압을 출력하는 출력 캐패시터를 더 포함할 수 있다.And an output terminal for outputting a voltage that is stored in the pumping capacitor and outputs a voltage to be stepped up, wherein a voltage boosted through the pumping circuit is stored between the output terminal and the pumping circuit, And may further include a capacitor.

상기 적어도 하나의 펌핑 캐패시터는 제 1 펌핑 캐패시터, 제 2 펌핑 캐패시터를 포함하고, 상기 복수 개의 MEMS 스위치는 제 1 MEMS 스위치, 제 2 MEMS 스위치 및 제 3 MEMS 스위치를 포함하고, 상기 클럭단은 180도의 위상차를 가지는 제1클럭신호와, 제2클럭신호를 출력할 수 있다.Wherein the at least one pumping capacitor comprises a first pumping capacitor and a second pumping capacitor, wherein the plurality of MEMS switches comprises a first MEMS switch, a second MEMS switch and a third MEMS switch, A first clock signal having a phase difference and a second clock signal.

상기 제 1 펌핑 캐패시터의 제1전극은 상기 제 1 MEMS 스위치의 게이트에 접속된 상태에서 상기 제1클럭신호가 입력되며, 상기 제 1 펌핑 캐패시터의 제2전극은 제 1 MEMS 스위치의 소스, 상기 제2MEMS 스위치의 드레인, 상기 제 3 MEMS 스위치의 게이트와 접속되어 제1노드를 형성할 수 있다.Wherein the first electrode of the first pumping capacitor is connected to the gate of the first MEMS switch and the second electrode of the first pumping capacitor is connected to the source of the first MEMS switch, A drain of the 2MEMS switch, and a gate of the third MEMS switch to form a first node.

상기 제 1 MEMS 스위치와 상기 제 2 MEMS 스위치는 상기 제 1 클럭신호, 제 2클럭신호에 의해 각각 온/오프가 제어되며, 상기 제 3 MEMS 스위치는 상기 제 1 노드에 의해 온/오프가 제어될 수 있다.The first MEMS switch and the second MEMS switch are respectively controlled to be turned on / off by the first clock signal and the second clock signal, and the third MEMS switch is controlled on / off by the first node .

상기 제 2 펌핑 캐패시터의 제1전극은 제 2 MEMS 스위치의 게이트에 접속된 상태에서 상기 제2클럭신호가 입력되고, 상기 제 2 펌핑 캐패시터의 제2전극은 상기 제 2 MEMS 스위치의 소스, 상기 제 3 MEMS 스위치의 드레인과 접속되어 제2노드를 형성할 수 있다.The first electrode of the second pumping capacitor is connected to the gate of the second MEMS switch and the second electrode of the second pumping capacitor is connected to the source of the second MEMS switch, 3 MEMS switch to form a second node.

상기 펌핑된 전압을 저장하여 출력하는 출력 캐패시터를 더 포함하고, 상기 출력 캐패시터는 제1전극이 GND에 연결되고, 제2전극이 상기 제 3 MEMS 스위치의 소스와 접속되어 제3노드를 형성할 수 있다.And an output capacitor for storing and outputting the pumped voltage, wherein the output capacitor has a first electrode connected to GND and a second electrode connected to the source of the third MEMS switch to form a third node have.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일측면에 의하면 MEMS 기반의 고성능 스위치로 회로를 구성하여 효율이 높은 차지 펌프 방식의 전압변환회로를 구현할 수 있다.
As described above, according to one aspect of the present invention, a circuit of a high-performance switch based on a MEMS can be configured to realize a charge pump type voltage conversion circuit with high efficiency.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 차지 펌프 방식의 전압 변환 회로를 도시한 도면
도 2는 도 1에 포함되는 MEMS 스위치의 작동 원리를 설명하기 위해 도시한 도면
도 3a는 본 발명의 일실시예에 의한 차지 펌프 방식의 전압 변환 회로의 클럭단에서 출력되는 클럭신호의 타이밍 차트
도 3b는 도 3a의 클럭신호의 주기에 따라 MEMS 스위치에 인가되는 전압값을 간략히 표로 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 차지 펌프 방식의 전압 변환 회로를 도시한 도면
1 is a view showing a charge pump type voltage conversion circuit according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 is a view for explaining the operation principle of the MEMS switch included in Fig. 1
3A is a timing chart of a clock signal output from a clock terminal of a charge pump type voltage conversion circuit according to an embodiment of the present invention
FIG. 3B is a diagram schematically showing a voltage value applied to the MEMS switch according to the period of the clock signal of FIG. 3A
4 is a view showing a charge pump type voltage conversion circuit according to another embodiment of the present invention

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals are used to denote like elements in the drawings, even if they are shown in different drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 차지 펌프 방식의 전압 변환 회로를 도시한 도면이며, 도 2는 도 1에 포함되는 MEMS 스위치의 작동 원리를 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 1 is a view showing a charge pump type voltage conversion circuit according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view illustrating the operation principle of the MEMS switch included in FIG.

전압 변환 회로(10)는 펌핑 회로(100), 클럭단(200), 입력단(300) 및 출력단(400)을 포함할 수 있다. 또한, 펌핑 회로(100)와 출력단(400) 사이에 출력 캐패시터(C3)를 구비할 수 있다.The voltage conversion circuit 10 may include a pumping circuit 100, a clock stage 200, an input stage 300 and an output stage 400. In addition, an output capacitor C3 may be provided between the pumping circuit 100 and the output stage 400. [

펌핑 회로(100)는 적어도 하나의 캐패시터와, 복수 개의 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 스위치를 포함할 수 있다. 도 1은 여러 가지 실시예 중 펌핑 회로(100)가 2개의 펌핑 캐패시터(C1,C2)와 3개의 MEMS 스위치(M1,M2,M3)를 포함하여 구성된 것을 예로 들어 설명한다. The pumping circuit 100 may include at least one capacitor and a plurality of MEMS (Micro Electro Mechanical System) switches. 1 illustrates an example in which the pumping circuit 100 of the various embodiments includes two pumping capacitors C1 and C2 and three MEMS switches M1, M2, and M3.

2개의 펌핑 캐패시터(C1,C2)는 제 1 펌핑 캐패시터(C1) 및 제 2 펌핑 캐패시터(C2)를 포함할 수 있으며, 3개의 MEMS 스위치(M1,M2,M3)는 제 1 MEMS 스위치(M1), 제 2 MEMS 스위치(M2), 제 3 MEMS 스위치(M3)를 포함할 수 있다.The two pumping capacitors C1 and C2 may include a first pumping capacitor C1 and a second pumping capacitor C2 and three MEMS switches M1, M2, and M3 may include a first MEMS switch M1, A second MEMS switch M2, and a third MEMS switch M3.

제 1 펌핑 캐패시터(C1)의 제1전극은 제 1 클럭신호(CLK1)가 입력되며, 제 1 MEMS 스위치(M1)의 게이트(Gate)에 접속될 수 있다. 제 1 펌핑 캐패시터(C1)의 제2전극은 제 1 MEMS 스위치(M1)의 소스(Source), 제 2 MEMS 스위치(M2)의 드레인(Drain), 제 3 MEMS 스위치(M3)의 게이트(Gate)와 접속되어 제1노드(N1)를 구성할 수 있다.The first electrode of the first pumping capacitor Cl is input with the first clock signal CLK1 and may be connected to the gate of the first MEMS switch M1. The second electrode of the first pumping capacitor C1 is connected to the source of the first MEMS switch M1, the drain of the second MEMS switch M2, the gate of the third MEMS switch M3, So that the first node N1 can be configured.

제 2 펌핑 캐패시터(C2)의 제1전극은 제 2 클럭 신호(CLK2)가 입력되며, 제 2 MEMS 스위치(M2)의 게이트(Gate)에 접속될 수 있다. 제 2 펌핑 캐패시터(C2)의 제2전극은 제 2 MEMS 스위치의 소스(Source), 제 3 MEMS 스위치(M3)의 드레인(Drain)과 접속되어 제2노드(N2)를 구성할 수 있다.The first electrode of the second pumping capacitor C2 is input with the second clock signal CLK2 and may be connected to the gate of the second MEMS switch M2. The second electrode of the second pumping capacitor C2 may be connected to the source of the second MEMS switch and the drain of the third MEMS switch M3 to configure the second node N2.

MEMS 스위치(M1,M2,M3)는 두 금속 전극 사이의 정전기적 인력에 의해 물리적으로 접촉하여 스위칭할 수 있다. 도 2를 참조하면, MEMS 스위치(M1,M2,M3)는 게이트(Gate) 전극과 드레인(Drain) 전극의 전압 차이에 의해 생기는 정전기력에 의해 드레인 전극이 게이트 전극 쪽으로 당겨지게 되고, 이에 따라, 드레인 전극과 소스 전극이 접촉하게 되어 도통되는 스위칭 방식이다. 이 때, 드레인 전극과 게이트 전극 간의 전압 차이가 줄어들게 되면 정전기력에 의한 인력이 줄어들게 되어 드레인 전극이 갖는 복원력에 의해 원상태로 돌아가게 된다. 전압이 증가하면서 붙는 전압(pull in voltage)과 전압이 감소하면서 떨어지는 전압(lift off voltage)은 MEMS 스위치(M1,M2,M3)의 디자인에 의해 다르게 형성될 수 있다. 이렇게 전압이 증가할 때와 감소할 때의 경로 차이를 이력현상(hysteresis)이라 하며, 이러한 현상을 이용할 경우, 두 전압 차이의 중간 값을 유지하며 작은 증가와 감소의 전압으로 on-state와 off-state에 대해 스위칭이 가능하다는 장점이 있다.The MEMS switches (M1, M2, M3) can be physically contacted and switched by the electrostatic attraction between the two metal electrodes. Referring to FIG. 2, the drain electrodes of the MEMS switches M1, M2 and M3 are pulled toward the gate electrode by the electrostatic force caused by the voltage difference between the gate electrode and the drain electrode, So that the electrode and the source electrode are brought into contact with each other to conduct. At this time, when the voltage difference between the drain electrode and the gate electrode is reduced, the attractive force due to the electrostatic force is reduced and the drain electrode returns to the original state due to the restoring force of the drain electrode. As the voltage increases, the pull in voltage and the lift off voltage can be differently formed depending on the design of the MEMS switches M1, M2, and M3. The path difference between increasing and decreasing voltage is called hysteresis. When this phenomenon is used, the on-state and off- state can be switched.

클럭단(200)은 제 1 MEMS 스위치(M1)의 게이트와, 제 1 펌핑 캐패시터(C1)의 제 1 전극에 연결된 제 1 클럭신호(CLK1) 출력단을 포함할 수 있다. 클럭단(200)은 제2 MEMS 스위치(M2)의 게이트와, 제 2 펌핑 캐패시터(C2)의 제 1 전극에 연결된 제 2 클럭신호(CLK2) 출력단을 포함할 수 있다. 클럭단(200)에서 출력되는 클럭신호 CLK1과 CLK2는 서로 간에 위상이 180도 차이가 난다. The clock stage 200 may include a gate of the first MEMS switch M1 and a first clock signal CLK1 output coupled to the first electrode of the first pumping capacitor Cl. The clock stage 200 may include a gate of the second MEMS switch M2 and a second clock signal CLK2 output coupled to the first electrode of the second pumping capacitor C2. The clock signals CLK1 and CLK2 output from the clock stage 200 are 180 degrees out of phase with each other.

입력단(300)의 입력 전압 VDD는 제 1 MEMS 스위치(M1)의 드레인에 연결되어 있다. 출력단(400)의 출력 전압 VOUT은 제 3 MEMS 스위치(M3)의 소스와, 출력 캐패시터(C3)와 연결되어 있다.The input voltage VDD of the input stage 300 is connected to the drain of the first MEMS switch M1. The output voltage VOUT of the output stage 400 is connected to the source of the third MEMS switch M3 and the output capacitor C3.

출력 캐패시터(C3)는 제 1 전극이 GND와 접속되며, 제 2 전극은 제 3 MEMS 스위치(M3)의 소스와 출력단(400)에 접속되어 제 3 노드(N3)를 구성할 수 있다. 제 1 MEMS 스위치(M1)와 제 2 MEMS 스위치(M2)는 각각 제 1 클럭신호(CLK1), 제 2 클럭신호(CLK2)에 의해 On/Off가 결정되며, 제 3 MEMS 스위치(M3)는 제 1 노드에 의해 On/Off가 결정된다. The first electrode of the output capacitor C3 is connected to GND and the second electrode of the output capacitor C3 is connected to the source and the output terminal 400 of the third MEMS switch M3 to form a third node N3. The first MEMS switch M1 and the second MEMS switch M2 are turned on / off by the first clock signal CLK1 and the second clock signal CLK2, respectively, and the third MEMS switch M3 is turned on / On / Off is determined by one node.

도 3a는 본 발명의 일실시예에 의한 차지 펌프 방식의 전압 변환 회로의 클럭단에서 출력되는 클럭신호의 타이밍 차트이며, 도 3b는 도 3a의 클럭신호의 주기에 따라 MEMS 스위치에 인가되는 전압값을 간략히 표로 나타낸 도면이다. FIG. 3A is a timing chart of a clock signal output from a clock terminal of a charge pump type voltage conversion circuit according to an embodiment of the present invention. FIG. 3B is a timing chart of a voltage value As shown in FIG.

도 3a를 참조하면, 180도 위상 차이를 갖는 2-phase 클럭신호에 의해, 제 1 클럭 신호가 Low 상태(T1구간)일 때는 홀수 번째 MEMS 스위치(M1,M3), 제 2 클럭신호(CLK2)가 Low상태(T2구간)일 때는 짝수 번째 MEMS 스위치(M2)가 on-state되어 도통된다. Referring to FIG. 3A, when the first clock signal is in the Low state (T1 interval), the odd-numbered MEMS switches M1 and M3, the second clock signal CLK2, (T2), the even-numbered MEMS switch M2 is on-state and becomes conductive.

펌핑 캐패시터(C1,C2)는 각 클럭신호가 High 상태일 때 펌핑하며, MEMS 스위치(M1,M2,M3)는 각 클럭 신호가 Low 상태일 때 도통되는 것을 공통으로 한다.The pumping capacitors C1 and C2 are pumped when each clock signal is in a high state, and the MEMS switches M1, M2 and M3 are common in that they are conducted when each clock signal is Low.

이하, 도 3a의 타이밍 차트를 토대로 전압 변환 회로의 동작을 설명하며, 각 노드의 전압값은 도 3b에 표로 도시하였다.Hereinafter, the operation of the voltage conversion circuit will be described based on the timing chart of FIG. 3A, and the voltage value of each node is shown in the table in FIG. 3B.

첫 번째 동작은, 제 1 클럭신호(CLK1)가 Low상태(T1구간)일 때, 제 1 MEMS 스위치(M1)가 도통되어 입력전압(VDD)이 제 1 노드(N1)에 전달되고, 제 1 캐패시터(C1)에 VDD의 전압이 충전된다. 이 때, 제 2 MEMS 스위치(M2)는 제 2 클럭신호(CLK2)의 High 상태(T1)가 게이트에 인가되어 off-state 상태이다. 제 1 노드(N1)의 전압이 제 2 노드(N2)로 전달되지 못하므로 제 1 캐패시터(C1)에 충전된 전압(VDD)과 제 1 클럭신호(CLK1)의 전압(VDD와 동일)이 더해져 제 1 노드(N1)의 전압으로 나타난다. 이에 따라, 제 1 노드(N1)의 전압은 VDD와 2VDD 사이를 스위칭한다.The first operation is such that when the first clock signal CLK1 is in a Low state (T1 interval), the first MEMS switch M1 is conductive and the input voltage VDD is transferred to the first node N1, The capacitor C1 is charged with the voltage of VDD. At this time, the second MEMS switch M2 is in the off-state state when the high state (T1) of the second clock signal CLK2 is applied to the gate. Since the voltage of the first node N1 is not transferred to the second node N2, the voltage VDD charged in the first capacitor C1 and the voltage VDD of the first clock signal CLK1 are added And appears as the voltage of the first node N1. Accordingly, the voltage of the first node N1 switches between VDD and 2VDD.

두 번째 동작은, 제 2 클럭신호(CLK2)의 Low상태(T2) 구간으로, 제 2 MEMS 스위치(M2)는 게이트에 인가된 제 2 클럭신호와 드레인의 전압 차에 의해 on-state되어 도통된다. 이 때, 제 1 MEMS 스위치(M1)는 제 1 클럭신호(CLK1)가 High 상태(T2구간)이므로 차단되고, 제 3 MEMS 스위치(M3)는 제 1 노드(N1)에 의해 구동되기 때문에 제 1 MEMS 스위치(M1)와 같은 상태로 차단되어 있다. 따라서, 제 2 노드(N2)에 제 1 노드(N1)의 전압이 전달되고, 제 2 캐패시터(C2)에 전압(2VDD)이 충전된다. 제 2 노드(N2)에서는 제 2 캐패시터(C2)에 충전된 전압과 제 2 클럭신호(CLK2)에 의한 전압이 더해지므로 3VDD와 2VDD 사이를 스위칭한다.The second operation is the low state (T2) of the second clock signal CLK2, and the second MEMS switch M2 is turned on by the voltage difference between the second clock signal applied to the gate and the drain . At this time, since the first MEMS switch M1 is shut off because the first clock signal CLK1 is in the high state (T2 interval), and the third MEMS switch M3 is driven by the first node N1, It is shut off in the same state as the MEMS switch M1. Therefore, the voltage of the first node N1 is transferred to the second node N2, and the voltage 2VDD is charged to the second capacitor C2. In the second node N2, the voltage charged in the second capacitor C2 and the voltage due to the second clock signal CLK2 are added, thereby switching between 3VDD and 2VDD.

세 번째 동작은, 다시 제 1 클럭신호(CLK1)의 Low 상태 구간(T1)으로, 제 1, 3 MEMS 스위치(M1,M3)가 도통되고 제 2 MEMS 스위치(M2)는 차단된다. 여기서, 제 1 MEMS 스위치(M1)와 제 3 MEMS 스위치(M3)가 동기화되어 같은 클럭신호에 의해 동작하도록 한다. 도통된 제 3 MEMS 스위치(M3)에 의해 제 2 노드(N2)의 전압은 제 3 노드(N3)에 전달되고, 제 3 캐패시터(C3)에 충전되는 전압(3VDD)이 최종 출력 단자(VOUT)를 통해 출력되므로 차지 펌핑 기능이 수행될 수 있다. 이 때, 최종출력단(400)에서 정수배만큼 펌핑된 전압을 얻을 수 있다. In the third operation, the first and third MEMS switches M1 and M3 are turned on and the second MEMS switch M2 is turned off in the low state interval T1 of the first clock signal CLK1. Here, the first MEMS switch M1 and the third MEMS switch M3 are synchronized to operate by the same clock signal. The voltage of the second node N2 is transferred to the third node N3 by the conductive third MEMS switch M3 and the voltage 3VDD charged to the third capacitor C3 is transferred to the final output terminal VOUT. So that the charge pumping function can be performed. At this time, a voltage pumped by an integral multiple in the final output stage 400 can be obtained.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 차지 펌프 방식의 전압 변환 회로를 도시한 도면이다.4 is a diagram showing a charge pump type voltage conversion circuit according to another embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 전압 변환 회로와 비교 시, 각 클럭 신호(CLK1,CLK2)에 의해 충전되는 펌핑 캐패시터(C3,C4)를 한 쌍 추가하여 한 단을 추가한 회로이다. 이 때, MEMS 스위치(M4,M5) 또한 추가로 필요하게 되며, 제 3 MEMS 스위치(M3)부터는 게이트 전극을 두 개 전의 노드로 제어한다. 이러한 방식으로, 원하는 출력 값을 얻기 위해 계속해서 단을 추가해 나갈 수 있다. 이하, 한 단을 추가한 전압 변환 회로에 대해 설명하며, 동일한 원리로 단을 계속 추가하는 것도 본 발명의 실시예에 포함됨은 물론이다.Compared with the voltage conversion circuit shown in Fig. 1, one circuit is added by adding one pair of pumping capacitors C3 and C4 charged by the respective clock signals CLK1 and CLK2. At this time, additional MEMS switches M4 and M5 are required, and the third MEMS switch M3 controls the gate electrode to be two nodes before. In this way, you can continue to add stages to get the desired output value. Hereinafter, the voltage conversion circuit to which one stage is added will be described, and it is needless to say that the embodiment of the present invention also continuously adds the stage with the same principle.

전압 변환 회로(10)는 도 1에 설명한 것과 마찬가지로, 펌핑 회로(100‘), 클럭단(200), 입력단(300) 및 출력단(400)을 포함할 수 있다. 또한, 펌핑 회로(100)와 출력단(400) 사이에 출력 캐패시터(C3)를 구비할 수 있다.The voltage conversion circuit 10 may include a pumping circuit 100 ', a clock stage 200, an input stage 300, and an output stage 400, as illustrated in FIG. In addition, an output capacitor C3 may be provided between the pumping circuit 100 and the output stage 400. [

펌핑 회로(100‘)는 복수 개의 펌핑 캐패시터(C1,C2,C3,C4)와 복수 개의 MEMS 스위치(M1,M2,M3,M4,M5)를 포함할 수 있다. The pumping circuit 100 'may include a plurality of pumping capacitors C1, C2, C3 and C4 and a plurality of MEMS switches M1, M2, M3, M4 and M5.

복수 개의 펌핑 캐패시터(C1,C2,C3,C4)는 제 1 펌핑 캐패시터(C1). 제 2 펌핑 캐패시터(C2), 제 3 펌핑 캐패시터(C3) 및 제 4 펌핑 캐패시터(C4)를 포함할 수 있다. 복수 개의 MEMS 스위치(M1,M2,M3,M4,M5)는 제 1 MEMS 스위치(M1), 제 2 MEMS 스위치(M2), 제 3 MEMS 스위치(M3), 제 4 MEMS 스위치(M4) 및 제 5 MEMS 스위치(M5)를 포함할 수 있다.The plurality of pumping capacitors (C1, C2, C3, C4) is a first pumping capacitor (C1). A second pumping capacitor C2, a third pumping capacitor C3, and a fourth pumping capacitor C4. The plurality of MEMS switches M1, M2, M3, M4, and M5 may include a first MEMS switch M1, a second MEMS switch M2, a third MEMS switch M3, a fourth MEMS switch M4, MEMS switch M5.

제 1 펌핑 캐패시터(C1)의 제1전극은 제 1 클럭신호(CLK1)가 입력되며, 제 1 MEMS 스위치(M1)의 게이트(Gate)에 접속될 수 있다. 제 1 펌핑 캐패시터(C1)의 제2전극은 제 1 MEMS 스위치(M1)의 소스(Source), 제 2 MEMS 스위치(M2)의 드레인(Drain), 제 3 MEMS 스위치(M3)의 게이트(Gate)에 접속되어 제1노드(N1)를 구성할 수 있다.The first electrode of the first pumping capacitor Cl is input with the first clock signal CLK1 and may be connected to the gate of the first MEMS switch M1. The second electrode of the first pumping capacitor C1 is connected to the source of the first MEMS switch M1, the drain of the second MEMS switch M2, the gate of the third MEMS switch M3, So that the first node N1 can be configured.

제 2 펌핑 캐패시터(C2)의 제1전극은 제 2 클럭 신호(CLK2)가 입력되며, 제 2 MEMS 스위치(M2)의 게이트(Gate)에 접속될 수 있다. 제 2 펌핑 캐패시터(C2)의 제2전극은 제 2 MEMS 스위치(M2)의 소스(Source), 제 3 MEMS 스위치(M3)의 드레인(Drain), 제 4 MEMS 스위치(M4)의 게이트와 접속되어 제2노드(N2)를 구성할 수 있다.The first electrode of the second pumping capacitor C2 is input with the second clock signal CLK2 and may be connected to the gate of the second MEMS switch M2. The second electrode of the second pumping capacitor C2 is connected to the source of the second MEMS switch M2, the drain of the third MEMS switch M3 and the gate of the fourth MEMS switch M4 And configure the second node N2.

제 3 펌핑 캐패시터(C3)의 제1전극은 제 1 클럭신호(CLK1)가 입력된다. 제 3 펌핑 캐패시터(C3)의 제2전극은 제 3 MEMS 스위치(M3)의 소스와, 제 4 MEMS 스위치(M4)의 드레인과, 제 5 MEMS 스위치(M5)의 게이트와 연결되어 제3노드(N3)를 구성할 수 있다.The first electrode of the third pumping capacitor C3 receives the first clock signal CLK1. The second electrode of the third pumping capacitor C3 is connected to the source of the third MEMS switch M3, the drain of the fourth MEMS switch M4, and the gate of the fifth MEMS switch M5, N3).

제 4 펌핑 캐패시터(C4)의 제1전극은 제 2 클럭 신호(CLK2)가 입력된다. 제 4 펌핑 캐패시터(C4)의 제2전극은 제 4 MEMS 스위치(M4)의 소스와, 제 5 MEMS 스위치(M5)의 드레인과 연결되어 제4노드(N4)를 구성할 수 있다.The first electrode of the fourth pumping capacitor C4 receives the second clock signal CLK2. The second electrode of the fourth pumping capacitor C4 may be connected to the source of the fourth MEMS switch M4 and the drain of the fifth MEMS switch M5 to constitute a fourth node N4.

클럭단(200)은 제 1 MEMS 스위치(M1)의 게이트와, 제 1 펌핑 캐패시터(C1)의 제1전극, 제 3 펌핑 캐패시터(C3)의 제1전극에 연결된 제 1 클럭신호(CLK1) 출력단을 포함할 수 있다. 클럭단(200)은 제2 MEMS 스위치(M2)의 게이트와, 제 2 펌핑 캐패시터(C2)의 제1전극과, 제 4 펌핑 캐패시터(C4)의 제1전극에 연결된 제 2 클럭신호(CLK2) 출력단을 포함할 수 있다. 클럭단(200)에서 출력되는 클럭신호 CLK1과 CLK2는 서로 간에 위상이 180도 차이가 난다. The clock stage 200 is connected to the gate of the first MEMS switch M1 and to the first electrode of the first pumping capacitor C1 and to the first electrode of the third pumping capacitor C3 via a first clock signal CLK1 output . ≪ / RTI > The clock stage 200 includes a gate of the second MEMS switch M2, a first electrode of the second pumping capacitor C2, a second clock signal CLK2 coupled to the first electrode of the fourth pumping capacitor C4, Output stage. The clock signals CLK1 and CLK2 output from the clock stage 200 are 180 degrees out of phase with each other.

입력단(300)의 입력 전압 VDD는 제 1 MEMS 스위치(M1)의 드레인에 연결되어 있다. 출력단(400)의 출력 전압 VOUT은 제 5 MEMS 스위치(M5)의 소스와, 출력 캐패시터(C5)와 연결되어 있다.The input voltage VDD of the input stage 300 is connected to the drain of the first MEMS switch M1. The output voltage VOUT of the output stage 400 is connected to the source of the fifth MEMS switch M5 and the output capacitor C5.

출력 캐패시터(C5)는 제1전극이 GND와 접속되며, 제2전극은 제 5 MEMS 스위치(M5)의 소스와 출력단(400)에 접속되어 제 5 노드(N5)를 구성할 수 있다. 제 1 MEMS 스위치(M1)와 제 2 MEMS 스위치(M2)는 각각 제 1 클럭신호(CLK1), 제 2 클럭신호(CLK2)에 의해 On/Off가 결정되며, 제 3 MEMS 스위치(M3), 제 4 MEMS 스위치(M4), 제 5 MEMS 스위치(M5)는 각각 제1노드(N1), 제2노드(N2), 제3노드(N3)에 의해 On/Off가 결정된다. The first electrode of the output capacitor C5 is connected to GND and the second electrode of the output capacitor C5 may be connected to the source and the output terminal 400 of the fifth MEMS switch M5 to constitute a fifth node N5. The first MEMS switch M1 and the second MEMS switch M2 are turned on / off by the first clock signal CLK1 and the second clock signal CLK2, respectively, and the third MEMS switch M3, 4 MEMS switch M4 and the fifth MEMS switch M5 are turned on / off by the first node N1, the second node N2, and the third node N3, respectively.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구범위의 범위에 속함은 자명하다.
Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention, Are all within the scope of the appended claims.

Claims (13)

전압을 인가하는 입력단;
상기 전압을 차지 펌핑할 수 있도록, 펌핑 캐패시터 및 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 스위치를 포함하는 펌핑 회로;
상기 펌핑 회로의 펌핑 캐패시터에 180도의 위상 차이를 가지는 복수 개의 클럭을 전달하는 클럭단; 및
상기 펌핑 회로를 통해 승압된 전압을 출력하는 출력단을 포함하는 전압변환회로.
An input terminal for applying a voltage;
A pumping circuit including a pumping capacitor and a micro electro mechanical system (MEMS) switch to charge pumping said voltage;
A clock terminal for transmitting a plurality of clocks having a phase difference of 180 degrees to a pumping capacitor of the pumping circuit; And
And an output terminal for outputting a voltage boosted through the pumping circuit.
제 1 항에 있어서,
상기 펌핑 회로는 상기 입력단의 전압을 인가받는 제 1 MEMS 스위치를 포함하고, 상기 제 1 MEMS 스위치에 연결되어 상기 입력단의 전압을 충전하는 제 1 펌핑 캐패시터를 포함하는 전압변환회로.
The method according to claim 1,
Wherein the pumping circuit includes a first MEMS switch receiving a voltage at the input terminal and a first pumping capacitor coupled to the first MEMS switch to charge a voltage at the input terminal.
제 2 항에 있어서,
상기 클럭단은 상기 제 1 펌핑 캐패시터에 상기 입력단의 전압과 같은 크기의 진폭을 가지는 클럭을 출력하는 제 1 클럭 신호 출력단을 포함하는 전압변환회로.
3. The method of claim 2,
And the clock terminal includes a first clock signal output terminal for outputting a clock having an amplitude equal to the voltage of the input terminal to the first pumping capacitor.
제 2 항에 있어서,
상기 펌핑 회로는 상기 제 1 펌핑 캐패시터에 연결되는 제 2 MEMS 스위치를 더 포함하고, 상기 제 2 MEMS 스위치에 연결되어 상기 제 1 펌핑 캐패시터에 의해 펌핑된 전압을 충전하는 제 2 펌핑 캐패시터를 더 포함하는 전압변환회로.
3. The method of claim 2,
The pumping circuit further comprising a second MEMS switch coupled to the first pumping capacitor and a second pumping capacitor coupled to the second MEMS switch to charge a voltage pumped by the first pumping capacitor Voltage conversion circuit.
제 4 항에 있어서,
상기 클럭단은 상기 제 2 펌핑 캐패시터에 상기 입력단의 전압과 같은 크기의 진폭을 가지는 클럭을 출력하는 제2클럭신호 출력단을 포함하는 전압변환회로.
5. The method of claim 4,
And the clock terminal includes a second clock signal output terminal for outputting a clock having an amplitude equal to the voltage of the input terminal to the second pumping capacitor.
제 1 항에 있어서,
상기 펌핑 회로와 상기 출력단 사이에 마련되며, 상기 펌핑 회로에서 출력되는 전압을 충전하여 리플이 제거된 상태로 출력하는 출력 캐패시터를 더 포함하는 전압변환회로.
The method according to claim 1,
And an output capacitor provided between the pumping circuit and the output terminal, the output capacitor charging the voltage output from the pumping circuit and outputting the voltage in a state in which the ripple is removed.
인가되는 전압을 충전하여 저장하는 적어도 하나의 펌핑 캐패시터와, 상기 펌핑 캐패시터와 연결되어 스위칭하는 복수 개의 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 스위치와, 상기 펌핑 캐패시터와 연결된 노드에서 전압을 펌핑할 수 있도록 클럭을 인가하는 클럭단을 구비하는 펌핑 회로를 포함하고,
상기 복수 개의 MEMS 스위치는 상기 복수 개의 펌핑 캐패시터에 인가되는 전압을 스위칭하는 전압변환회로.
A plurality of MEMS (Micro Electro Mechanical System) switches connected to and switching to the pumping capacitors, and a plurality of pumping capacitors connected to the pumping capacitors, the pumping capacitors being connected to the pumping capacitors, And a pumping circuit having an applied clock stage,
Wherein the plurality of MEMS switches switch voltages applied to the plurality of pumping capacitors.
제 7 항에 있어서,
상기 펌핑 캐패시터에 저장되어 승압되는 전압을 출력하는 출력단을 더 포함하고, 상기 출력단과 상기 펌핑 회로 사이에는 상기 펌핑 회로를 통해 승압된 전압을 저장하고, 상기 출력단을 통해 리플을 제거한 전압을 출력하는 출력 캐패시터를 더 포함하는 전압변환회로.
8. The method of claim 7,
And an output terminal for outputting a voltage that is stored in the pumping capacitor and outputs a voltage to be stepped up, wherein a voltage boosted through the pumping circuit is stored between the output terminal and the pumping circuit, Further comprising a capacitor.
제 7 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 펌핑 캐패시터는 제 1 펌핑 캐패시터, 제 2 펌핑 캐패시터를 포함하고, 상기 복수 개의 MEMS 스위치는 제 1 MEMS 스위치, 제 2 MEMS 스위치 및 제 3 MEMS 스위치를 포함하고, 상기 클럭단은 180도의 위상차를 가지는 제1클럭신호와, 제2클럭신호를 출력하는 전압변환회로.
8. The method of claim 7,
Wherein the at least one pumping capacitor comprises a first pumping capacitor and a second pumping capacitor, wherein the plurality of MEMS switches comprises a first MEMS switch, a second MEMS switch and a third MEMS switch, A first clock signal having a phase difference, and a second clock signal.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 펌핑 캐패시터의 제1전극은 상기 제 1 MEMS 스위치의 게이트에 접속된 상태에서 상기 제1클럭신호가 입력되며, 상기 제 1 펌핑 캐패시터의 제2전극은 제 1 MEMS 스위치의 소스, 상기 제2MEMS 스위치의 드레인, 상기 제 3 MEMS 스위치의 게이트와 접속되어 제1노드를 형성하는 전압변환회로.
10. The method of claim 9,
Wherein the first electrode of the first pumping capacitor is connected to the gate of the first MEMS switch and the second electrode of the first pumping capacitor is connected to the source of the first MEMS switch, A drain of the 2MEMS switch, and a gate of the third MEMS switch to form a first node.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 MEMS 스위치와 상기 제 2 MEMS 스위치는 상기 제 1 클럭신호, 제 2클럭신호에 의해 각각 온/오프가 제어되며, 상기 제 3 MEMS 스위치는 상기 제 1 노드에 의해 온/오프가 제어되는 전압변환회로
11. The method of claim 10,
The first MEMS switch and the second MEMS switch are respectively turned on / off by the first clock signal and the second clock signal, and the third MEMS switch is controlled on / off by the first node Voltage conversion circuit
제 9 항에 있어서,
상기 제 2 펌핑 캐패시터의 제1전극은 제 2 MEMS 스위치의 게이트에 접속된 상태에서 상기 제2클럭신호가 입력되고, 상기 제 2 펌핑 캐패시터의 제2전극은 상기 제 2 MEMS 스위치의 소스, 상기 제 3 MEMS 스위치의 드레인과 접속되어 제2노드를 형성하는 전압변환회로.
10. The method of claim 9,
The first electrode of the second pumping capacitor is connected to the gate of the second MEMS switch and the second electrode of the second pumping capacitor is connected to the source of the second MEMS switch, 3 MEMS switch to form a second node.
제 9 항에 있어서,
상기 펌핑된 전압을 저장하여 출력하는 출력 캐패시터를 더 포함하고,
상기 출력 캐패시터는 제1전극이 GND에 연결되고, 제2전극이 상기 제 3 MEMS 스위치의 소스와 접속되어 제3노드를 형성하는 전압변환회로.
10. The method of claim 9,
Further comprising an output capacitor for storing and outputting the pumped voltage,
The output capacitor having a first electrode connected to GND and a second electrode connected to a source of the third MEMS switch to form a third node.
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