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JP2009060702A - Charge pump booster circuit - Google Patents

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JP2009060702A
JP2009060702A JP2007224885A JP2007224885A JP2009060702A JP 2009060702 A JP2009060702 A JP 2009060702A JP 2007224885 A JP2007224885 A JP 2007224885A JP 2007224885 A JP2007224885 A JP 2007224885A JP 2009060702 A JP2009060702 A JP 2009060702A
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charge pump
circuit
capacitor
potential
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JP2007224885A
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Takashige Ogata
貴重 尾形
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Sanyo Electric Co Ltd
System Solutions Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Semiconductor Co Ltd
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Publication date
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
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    • H02M3/06Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H02M3/073Charge pumps of the Schenkel-type

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Abstract

【課題】チャージポンプ式昇圧回路において、入力電圧VINの非整数倍の出力電圧VOUTを生成する場合、整数倍の電圧から非整数倍の電圧を生成するレギュレータを高耐圧に構成する必要がある。
【解決手段】昇圧された出力電圧VOUTを抵抗R1,R2で分圧する。オペアンプAは分圧電圧VがVREFとなるように、その出力電圧Vでコンデンサ駆動回路30,32の駆動クロックの振幅を制御する。これによりVOUTはフィードバック制御され、VREF及び抵抗比(R1/R2)に応じて設定される非整数倍のVOUTが出力端子NOUTから取り出される。
【選択図】図1
In a charge pump booster circuit, when generating an output voltage VOUT that is a non-integer multiple of an input voltage VIN , it is necessary to configure a regulator that generates a non-integer multiple voltage from an integer multiple voltage with a high withstand voltage. is there.
A boosted output voltage VOUT is divided by resistors R1 and R2. The operational amplifier A controls the amplitude of the drive clocks of the capacitor drive circuits 30 and 32 with the output voltage V A so that the divided voltage V B becomes V REF . As a result, V OUT is feedback-controlled, and a non-integer multiple V OUT set according to V REF and the resistance ratio (R1 / R2) is taken out from the output terminal N OUT .
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、チャージポンプ式昇圧回路に関し、特に、入力電圧の非整数倍の出力電圧を生成する回路に関する。   The present invention relates to a charge pump booster circuit, and more particularly to a circuit that generates an output voltage that is a non-integer multiple of an input voltage.

図2は、従来のチャージポンプ式昇圧回路の回路図である。このチャージポンプ式昇圧回路2は、入力電圧VINを3倍に昇圧するチャージポンプ部4と、チャージポンプ部4の出力電圧VINを降圧して出力端子NOUTに所望の出力電圧VOUTを生成するレギュレータ部6とからなる。 FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional charge pump booster circuit. This charge pump type booster circuit 2 has a charge pump unit 4 that boosts the input voltage VIN three times, and steps down the output voltage VIN of the charge pump unit 4 to give a desired output voltage V OUT to the output terminal N OUT. And a regulator unit 6 to be generated.

チャージポンプ部4は、入力端子NINとレギュレータ部6との間に直列接続された3つのスイッチング素子SW1,SW2,SW3を有する。SW1とSW2との接続点Nには第1のコンデンサC1の一方の端子が接続され、SW2とSW3との接続点Nには第2のコンデンサC2の一方の端子が接続されている。入力端子NINは回路の駆動電源に接続され、当該電源電圧が入力電圧VINとされる。 The charge pump unit 4 includes three switching elements SW1, SW2, and SW3 connected in series between the input terminal NIN and the regulator unit 6. SW1 and to the connection point N 1 and SW2 is connected to one terminal of the first capacitor C1, to the connection point N 2 between the SW2 and SW3 is connected to one terminal of the second capacitor C2. The input terminal N IN is connected to the driving power supply of the circuit, and the power supply voltage is set as the input voltage VIN .

コンデンサC1の他方の端子には電源電圧(=入力電圧VIN)との間にスイッチング素子SW4が接続され、接地電圧GND(=0V)との間にスイッチング素子SW5が接続される。同様に、コンデンサC2の他方の端子にはVINとの間にスイッチング素子SW6が接続され、GNDとの間にスイッチング素子SW7が接続される。 A switching element SW4 is connected to the other terminal of the capacitor C1 between the power supply voltage (= input voltage V IN ) and a switching element SW5 is connected to the ground voltage GND (= 0V). Similarly, the switching element SW6 is connected to VIN on the other terminal of the capacitor C2, and the switching element SW7 is connected to GND.

SW1,SW3は制御クロックCLK1によりスイッチングされ、SW2はCLK1とは逆相の制御クロックCLK2によりスイッチングされる。SW4,SW5は制御クロックCLK1に応じて相補的にスイッチングする。また、SW6,SW7は制御クロックCLK2に応じて相補的にスイッチングする。例えば、SW1,SW3,SW5,SW6はCLK1がHレベルのとき(このときCLK2はLレベルとなる)に選択的にオン状態となり、SW2,SW4,SW7はCLK2がHレベルのとき(このときCLK1はLレベルとなる)に選択的にオン状態となるように構成される。   SW1 and SW3 are switched by a control clock CLK1, and SW2 is switched by a control clock CLK2 having a phase opposite to that of CLK1. SW4 and SW5 are complementarily switched according to the control clock CLK1. SW6 and SW7 are complementarily switched according to the control clock CLK2. For example, SW1, SW3, SW5, and SW6 are selectively turned on when CLK1 is at H level (CLK2 is at L level at this time), and SW2, SW4, and SW7 are when CLK2 is at H level (at this time CLK1 Is at the L level) and is selectively turned on.

チャージポンプ部4とレギュレータ部6との接続点Nには、チャージポンプ部4の出力電圧を平滑化するコンデンサCoutが接続される。 A capacitor Cout that smoothes the output voltage of the charge pump unit 4 is connected to a connection point N R between the charge pump unit 4 and the regulator unit 6.

定常状態では、CLK1がHレベルのときにC1は端子間電圧がVINとなる状態に充電され、Nの電位はVINとなる。CLK2がHレベルになると、C1の他方端の電位がSW4のオンによりGNDからVINに上昇するので、Nの電位は2VINとなる。このとき、SW2及びSW7がオン状態であることにより、C2は端子間電圧が2VINとなる状態に充電される。また、CLK1がHレベルのときには、上述したC1の充電と並行してCoutの充電も行われる。具体的には、端子間電圧2VINに充電されたC2の他方端の電位がSW6のオンによりGNDからVINに上昇し、Nの電位が3VINとなる。このとき、SW3がオン状態であることによりCoutが充電され、Nに電圧3VINが得られる。 In the steady state, C1 when CLK1 is at H level is charged in a state where the inter-terminal voltage is V IN, the potential of the N 1 becomes V IN. When CLK2 becomes an H level, the potential of the other end of C1 is raised from GND by turning on the SW4 to V IN, the potential of the N 1 becomes 2V IN. At this time, when SW2 and SW7 are on, C2 is charged to a state where the voltage between terminals is 2V IN . When CLK1 is at H level, Cout is also charged in parallel with the above-described charging of C1. Specifically, the potential at the other end of C2 charged to the inter-terminal voltage 2V IN rises from GND to VIN by turning on SW6, and the potential of N 2 becomes 3V IN . At this time, Cout is charged by the SW3 being in the on state, and the voltage 3V IN is obtained at NR .

上述のチャージポンプ部4は2段のチャージポンプであったが、一般に、チャージポンプを(n−1)段として、NにnVINというn倍の昇圧電圧を得ることができる。 Although the above-described charge pump unit 4 is a two-stage charge pump, generally, the charge pump is set to (n−1) stages, and an n-fold boosted voltage of nV IN can be obtained in N R.

レギュレータ部6は、pチャネルMOSトランジスタTrと、オペアンプAとを含んで構成される。TrはソースをNに接続され、ドレインをNOUTに接続される。オペアンプAは、非反転増幅回路を構成し、その出力電圧はTrのゲートに印加され、Trのチャネル電流を制御する。非反転入力端子(+)には基準電圧VREFが印加され、反転入力端子(−)とNOUTとの間には帰還抵抗となるR1が接続され、また反転入力端子は抵抗R2を介してGNDに接続される。オペアンプA及びpチャネルのMOSトランジスタTrは、R1とR2との接続点Nの電位をVREFとするようにTrのドレイン電流Iをフィードバック制御する。その結果、NOUTには次式で表される出力電圧VOUTが得られる。
OUT=(1+R1/R2)VREF ………(1)
The regulator unit 6 includes a p-channel MOS transistor Tr and an operational amplifier A. Tr has a source connected to N R and a drain connected to N OUT . The operational amplifier A constitutes a non-inverting amplifier circuit, and its output voltage is applied to the gate of the Tr to control the channel current of the Tr. A reference voltage V REF is applied to the non-inverting input terminal (+), R1 serving as a feedback resistor is connected between the inverting input terminal (−) and N OUT, and the inverting input terminal is connected via a resistor R2. Connected to GND. MOS transistor Tr of the operational amplifier A and a p-channel feedback controls the drain current I D of Tr to the potential of the connection point N D between R1 and R2 and V REF. As a result, an output voltage V OUT represented by the following equation is obtained as N OUT .
V OUT = (1 + R1 / R2) V REF (1)

レギュレータ部6は、Trのドレインに印加される電圧nVIN以下の範囲で、抵抗比R1/R2に応じて、VINの非整数倍のVOUTを生成することができる。
特開2006−280160号公報
Regulator unit 6 is a voltage nV IN following range is applied to the drain of the Tr, in accordance with the resistance ratio R1 / R2, it is possible to produce a non-integer multiple of V OUT of V IN.
JP 2006-280160 A

レギュレータ部6は、チャージポンプ部4で生成された高電圧を印加される。すなわち、レギュレータ部6は高耐圧に構成する必要があるという問題があった。例えば、耐圧を上げるためにMOSトランジスタTrのサイズを大きくすると、チャージポンプ式昇圧回路2を集積回路として構成する場合に、チップサイズが大きくなるという問題があった。また、Coutの放電によるVOUTの変動を抑制するために、レギュレータ部6は一般にIを小さくするように構成される。この場合、Trはほとんどオフに近い状態で動作されることになり、Trのゲート電圧は、Nからソースに印加される電圧に応じた高電圧となり得る。そのため、このゲート電圧を生成するオペアンプAも高耐圧に構成することが要求され、サイズが大きくなるといった問題があった。 The regulator unit 6 is applied with the high voltage generated by the charge pump unit 4. That is, there is a problem that the regulator unit 6 needs to be configured with a high breakdown voltage. For example, if the size of the MOS transistor Tr is increased in order to increase the breakdown voltage, there is a problem that the chip size increases when the charge pump booster circuit 2 is configured as an integrated circuit. Further, in order to suppress the fluctuation of VOUT due to the discharge of Cout, the regulator unit 6 is generally configured to reduce ID . In this case, Tr is operated in a state that is almost close to OFF, and the gate voltage of Tr can be a high voltage corresponding to the voltage applied from NR to the source. For this reason, the operational amplifier A that generates the gate voltage is also required to have a high breakdown voltage, and there is a problem that the size increases.

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、高耐圧のレギュレータ部を用いずに入力電圧VINの非整数倍の出力電圧VOUTを生成可能なチャージポンプ式昇圧回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a charge pump booster circuit capable of generating an output voltage VOUT that is a non-integer multiple of the input voltage VIN without using a high-breakdown-voltage regulator section. The purpose is to do.

本発明に係るチャージポンプ式昇圧回路は、入力端子に印加される入力電圧を昇圧し、出力端子から昇圧出力電圧を出力するものであって、前記入力端子と前記出力端子との間に直列接続され、互いに隣接するものが交互に導通状態とされる複数のスイッチング素子と、互いに隣接する一対の前記スイッチング素子の相互接続点に一方端が接続されたコンデンサと、前記コンデンサの他方端にクロックパルスを供給して、当該コンデンサの一方端に接続され前記入力端子側に位置する前記スイッチング素子の前記導通状態に同期して前記他方端を第1の電位とし、前記コンデンサの一方端に接続され前記出力端子側に位置する前記スイッチング素子の前記導通状態に同期して前記他方端を第2の電位とするコンデンサ駆動回路と、前記昇圧出力電圧を監視し、当該昇圧出力電圧が所定の基準電圧に応じた値となるように、前記クロックパルスの前記第1の電位又は前記第2の電位を調整するフィードバック制御を行うフィードバック制御回路と、を有する。   A charge pump booster circuit according to the present invention boosts an input voltage applied to an input terminal and outputs a boosted output voltage from an output terminal, and is connected in series between the input terminal and the output terminal A plurality of switching elements in which adjacent ones are alternately rendered conductive, a capacitor having one end connected to an interconnection point of a pair of adjacent switching elements, and a clock pulse at the other end of the capacitor In synchronization with the conduction state of the switching element located on the input terminal side connected to one end of the capacitor, the other end is set to a first potential, and connected to one end of the capacitor A capacitor driving circuit having the other end as a second potential in synchronization with the conduction state of the switching element located on the output terminal side; A feedback control circuit that monitors the voltage and performs feedback control to adjust the first potential or the second potential of the clock pulse so that the boosted output voltage becomes a value according to a predetermined reference voltage; Have

本発明によれば、フィードバック制御回路は、昇圧出力電圧を所定の基準電圧に応じた値に制御するために、昇圧出力電圧の変動を監視する。この監視電圧は、フィードバック制御を行う上で昇圧出力電圧の増減が把握できれば十分であり、昇圧出力電圧そのものである必要はなく、例えば、分圧した電圧等の比較的低い電圧とすることができる。すなわち、本発明では、まず、昇圧出力電圧を印加される高耐圧のレギュレータが不要である。また、入力電圧の非整数倍の電圧を生成するためのフィードバック制御回路は、昇圧出力電圧を直接印加されず、高耐圧に構成する必要がない。よって、本発明によれば、高耐圧に構成すべき部分を少なくでき、回路の小型化が可能である。   According to the present invention, the feedback control circuit monitors fluctuations in the boosted output voltage in order to control the boosted output voltage to a value corresponding to a predetermined reference voltage. The monitoring voltage is sufficient if the increase / decrease in the boosted output voltage can be grasped for feedback control, and need not be the boosted output voltage itself, but can be a relatively low voltage such as a divided voltage, for example. . That is, in the present invention, first, a high voltage regulator to which the boosted output voltage is applied is unnecessary. Further, the feedback control circuit for generating a voltage that is a non-integer multiple of the input voltage does not directly apply the boosted output voltage and does not need to be configured to have a high breakdown voltage. Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce the number of parts to be configured with a high breakdown voltage, and it is possible to reduce the size of the circuit.

以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態であるチャージポンプ式昇圧回路20の概略の回路図である。チャージポンプ式昇圧回路20は、例えば、単一の半導体チップ上に集積回路として形成することができ、チャージポンプ部22と、フィードバック制御回路24とを含んで構成される。チャージポンプ部22は、ここでは2段の昇圧を行う構成である。チャージポンプ部22は、それぞれスイッチング素子として機能するMOSトランジスタSW1〜SW7、昇圧コンデンサC1,C2、及び出力コンデンサCoutを含んで構成される。一方、フィードバック制御回路24は、抵抗素子R1,R2、オペアンプA、及び基準電圧源VREFを含んで構成される。 FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a charge pump booster circuit 20 according to an embodiment of the present invention. The charge pump booster circuit 20 can be formed as an integrated circuit on a single semiconductor chip, for example, and includes a charge pump unit 22 and a feedback control circuit 24. Here, the charge pump unit 22 is configured to boost two stages. The charge pump unit 22 includes MOS transistors SW1 to SW7 that function as switching elements, boost capacitors C1 and C2, and an output capacitor Cout. On the other hand, the feedback control circuit 24 includes resistance elements R1 and R2, an operational amplifier A, and a reference voltage source VREF .

SW1〜SW3は例えば、nチャネルMOSトランジスタで構成され、入力端子NINと出力端子NOUTとの間に直列接続される。SW1〜SW3は、図示しないスイッチング制御回路からそれぞれのゲートにクロック信号CLK1又はCLK2を印加される。CLK1及びCLK2は、電圧VのHレベルと、電圧V(電圧V<V)のLレベルとを一定周期で切り換え、また互いに位相が反転した関係にある。SW1,SW3はCLK1を印加され、SW2はCLK2を印加される。これによりSW1〜SW3は互いに隣り合う一対が相補的に動作し、一方がHレベルを印加されオン状態(導通状態)のとき、他方はLレベルを印加されてオフ状態(遮断状態)となる。 SW1 to SW3 are composed of, for example, n-channel MOS transistors, and are connected in series between the input terminal NIN and the output terminal NOUT . In SW1 to SW3, a clock signal CLK1 or CLK2 is applied to each gate from a switching control circuit (not shown). CLK1 and CLK2 are switched and H-level voltage V H, and L level voltage V L (the voltage V L <V H) at a constant period, and a relationship whose phases are mutually inverted. SW1 and SW3 are applied with CLK1, and SW2 is applied with CLK2. As a result, a pair of SW1 to SW3 operate in a complementary manner, and when one is applied with an H level and is in an on state (conducting state), the other is applied with an L level and is in an off state (blocking state).

C1は、SW1とSW2との接続点Nに一方端を接続され、他方端をSW4及びSW5からなるコンデンサ駆動回路30に接続される。また、C2は、SW2とSW3の接続点Nに一方端を接続され、他方端をSW6及びSW7からなるコンデンサ駆動回路32に接続される。 C1 is connected to one end to the connection point N 1 between SW1 and SW2, it is connected to a capacitor drive circuit 30 comprising the other end from the SW4 and SW5. Moreover, C2 is connected to one end to the connection point N 2 of SW2 and SW3, is connected to a capacitor drive circuit 32 comprising the other end from the SW6 and SW7.

コンデンサ駆動回路30,32を構成するSW4,SW6は、例えばpチャネルMOSトランジスタで構成され、一方、SW5,SW7は、例えばnチャネルMOSトランジスタで構成される。SW4,SW6のソースはそれぞれオペアンプAの出力端に接続され、SW5,SW7のソースはそれぞれGNDに接続される。C1の他方端にはSW4,SW5それぞれのドレインが接続される。SW4,SW5はそれぞれのゲートに共通にCLK1を印加される。ここでpチャネルMOSトランジスタは、nチャネルのものとは反対に、ゲートにLレベルを印加されるとオン状態となり、Hレベルを印加されるとオン状態となる。よって、SW4,SW5はCLK1に応じて相補的にスイッチングする。一方、C2の他方端にはSW6,SW7それぞれのドレインが接続される。SW6,SW7はそれぞれのゲートに共通にCLK2を印加され、CLK2に応じて相補的にスイッチングする。   SW4 and SW6 constituting the capacitor driving circuits 30 and 32 are constituted by, for example, p-channel MOS transistors, while SW5 and SW7 are constituted by, for example, n-channel MOS transistors. The sources of SW4 and SW6 are respectively connected to the output terminal of the operational amplifier A, and the sources of SW5 and SW7 are respectively connected to GND. The drains of SW4 and SW5 are connected to the other end of C1. In SW4 and SW5, CLK1 is applied to each gate in common. Here, the p-channel MOS transistor is turned on when an L level is applied to the gate, and is turned on when an H level is applied, as opposed to an n-channel transistor. Therefore, SW4 and SW5 are complementarily switched according to CLK1. On the other hand, the drains of SW6 and SW7 are connected to the other end of C2. In SW6 and SW7, CLK2 is commonly applied to the respective gates, and they are complementarily switched according to CLK2.

Coutは、一方端を出力端子NOUTに接続され、他方端をGNDに接続される。Coutは、SW3のスイッチングに応じて充放電され、その充電電圧がチャージポンプ式昇圧回路20の出力電圧VOUTとしてNOUTから出力される。スイッチングによるVOUTの変動を平滑化するために、Coutは比較的大きな容量に設定され得る。 Cout is on the one hand is connected to an end to the output terminal N OUT, is connected to the other end to GND. Cout is charged and discharged in response to the switching of SW3, the charge voltage is outputted from the N OUT as the output voltage V OUT of the charge pump type booster circuit 20. Cout can be set to a relatively large capacitance in order to smooth the variation in VOUT due to switching.

R1,R2はNOUTとGNDとの間に直列に接続される。R1,R2はVOUTを分圧する分圧回路として機能し、R1,R2の接続点Nに次式で表される分圧電圧Vを生じる。
=VOUT・R2/(R1+R2) ………(2)
R1 and R2 are connected in series between NOUT and GND. R1, R2 functions as voltage divider which divides the V OUT, produces a divided voltage V B represented by the following formula to a connection point N B of R1, R2.
V B = V OUT · R2 / (R1 + R2) (2)

オペアンプAは、反転入力端子(−)をNに接続され、非反転入力端子(+)を基準電圧源VREFに接続される。オペアンプAの出力電圧Vは、SW4,SW6のソースに印加される。オペアンプAはVOUTに応じた電圧Vをモニターし、チャージポンプ部22の動作状態を制御して、VOUTを調整する。 Operational amplifier A has an inverting input terminal (-) is connected to the N B, is connected to the non-inverting input terminal (+) to the reference voltage source V REF. The output voltage V A of the operational amplifier A is applied to the sources of SW4 and SW6. The operational amplifier A monitors the voltage V B corresponding to V OUT and controls the operation state of the charge pump unit 22 to adjust V OUT .

ここで、オペアンプAは一種の非反転増幅回路を構成し、反転入力端子が接続されるNの電圧Vを基準電圧VREFに保つようにチャージポンプ部22を制御する。フィードバック制御回路24は、このオペアンプAの動作により、VOUTを基準電圧VREFに応じた値とするフィードバック制御を行う。ちなみに、このVをVREFに保つ制御により得られるVOUTは(2)式から、
OUT=VREF(1+R1/R2) ………(3)
となる。
Here, the operational amplifier A will constitute a non-inverting amplifier circuit of a kind, which controls the charge pump unit 22 so as to maintain the voltage V B of the N B to the inverting input terminal is connected to the reference voltage V REF. The feedback control circuit 24 performs feedback control to make V OUT a value corresponding to the reference voltage V REF by the operation of the operational amplifier A. Incidentally, V OUT obtained by the control of keeping V B at V REF is obtained from the equation (2).
V OUT = V REF (1 + R1 / R2) (3)
It becomes.

次に本チャージポンプ式昇圧回路20の動作を説明する。上述のようにCLK1がHレベル(CLK1=H)のとき、CLK2はLレベル(CLK2=L)であり、一方、CLK1がLレベル(CLK1=L)のとき、CLK2はHレベル(CLK2=H)となる。   Next, the operation of the charge pump booster circuit 20 will be described. As described above, when CLK1 is H level (CLK1 = H), CLK2 is L level (CLK2 = L), while when CLK1 is L level (CLK1 = L), CLK2 is H level (CLK2 = H). )

CLK1=Hのとき、C1の一方端は、SW1を介してNINに接続されてVINを印加され、他方端はコンデンサ駆動回路30によりGNDを印加され、これによりC1は充電される。定常状態に達したときのC1の充電電圧はVINとなる。 When CLK1 = H, one end of C1, is applied to the connected V IN to N IN through SW1, the other end is applied to GND by capacitor drive circuit 30, thereby C1 is charged. The charging voltage of C1 when reaching a steady state is VIN .

CLK2=Hのとき、SW2がオン状態となり、C2の一方端はNに接続され、Nの電位を印加され、他方端はコンデンサ駆動回路32によりGNDを印加される。このとき、Nの電位とNの電位とを平衡させるようにC1とC2との間で電荷移動が起こり、C1が放電される分、C2は充電される。ここで、C1の他方端はコンデンサ駆動回路30によりオペアンプAの出力電圧V(>0)を印加されるので、CLK2=Hとした時点では、Nの電位は(VIN+V)となる。このNの電位がC2の一方端に印加される。定常状態に達したときのC2の充電電圧は(VIN+V)となる。 When CLK2 = H, SW2 is turned on, one end of C2 are connected to N 1, is applied to the potential of the N 1, the other end is applied to GND by capacitor driving circuit 32. At this time, occurs charge transfer between the C1 to balance the potential and the potential of N 2 N 1 C2, amount that C1 is discharged, C2 is charged. Since the other end of C1 is applied the output voltage V A of the operational amplifier A (> 0) by a capacitor drive circuit 30, at the time that the CLK2 = H, the potential of the N 1 and (V IN + V A) Become. The potential of the N 1 is applied to one end of C2. When the steady state is reached, the charging voltage of C2 is (V IN + V A ).

また、CLK1=Hのときには、SW1だけでなくSW3もオン状態となり、上述のC1の充電と並行して、Coutの充電も行われる。SW3がオンとなることにより、Coutの一方端はNに接続され、Nの電位を印加される。このとき、Nの電位とNOUTの電位とを平衡させるようにC2とCoutとの間で電荷移動が起こり、C2が放電される分、Coutが充電される。ここで、C2の他方端はコンデンサ駆動回路32によりオペアンプAの出力電圧V(>0)を印加されるので、CLK1=Hとした時点では、Nの電位は(VIN+2V)となる。このNの電位がCoutの一方端に印加される。定常状態に達したときのCoutの充電電圧は(VIN+2V)となり、これがVOUTとして出力される。すなわち、
OUT=VIN+2V ………(4)
である。
When CLK1 = H, not only SW1 but also SW3 is turned on, and Cout is charged in parallel with the above-described charging of C1. By SW3 is turned on, one end of Cout is connected to the N 2, it is applied a potential of N 2. At this time, occurs charge transfer between the C2 and Cout to balance the potentials of the potential and N OUT N 2, correspondingly to C2 is discharged, Cout is charged. Here, since the output voltage V A (> 0) of the operational amplifier A is applied to the other end of C2 by the capacitor driving circuit 32, the potential of N 2 is (V IN + 2V A ) when CLK1 = H. Become. The potential of the N 2 is applied to one end of the Cout. When the steady state is reached, the charging voltage of Cout is (V IN + 2V A ), which is output as V OUT . That is,
V OUT = V IN + 2V A (4)
It is.

ここでVは(3)式、(4)式から、
={VREF(1+R1/R2)−VIN}/2 ………(5)
が得られる。オペアンプAは(5)式で表されるVを動作点とし、非反転増幅動作を行う。例えば、VOUTが(3)式で与えられる値から上昇することにより反転入力端子への入力電圧Vが上昇すると、非反転入力端子(+)の電位Vと反転入力端子の電位Vとの差(V−V)が負になることに対応して、Vは(5)式の動作点より低下する。その結果、(4)式で表されるVOUTも低下することとなる。逆に、VOUTが(3)式で与えられる値より低下した場合には、オペアンプAはVOUTを上昇させるように動作する。このようにフィードバック制御回路24は、VOUTが(3)式で表される基準電圧VREFに応じた値となるようにフィードバック制御を行う。
Here, V A is obtained from the equations (3) and (4).
V A = {V REF (1 + R1 / R2) −V IN } / 2 (5)
Is obtained. The operational amplifier A performs non-inverting amplification operation with VA represented by the equation (5) as an operating point. For example, when V OUT is (3) the input voltage V B to the inverting input terminal by raising the value given by equation increases, the potential V + and the inverting input terminal of the non-inverting input terminal (+) potential V - Corresponding to the difference (V + −V ) with respect to V A becomes lower than the operating point of the equation (5). As a result, VOUT expressed by the equation (4) also decreases. Conversely, when V OUT drops below the value given by equation (3), the operational amplifier A operates to raise V OUT . As described above, the feedback control circuit 24 performs feedback control so that V OUT becomes a value corresponding to the reference voltage V REF represented by the expression (3).

本チャージポンプ式昇圧回路20は、(3)式が示すように、VREF及び、R1とR2との比(R1/R2)に応じて、VINの非整数倍のVOUTを得ることが可能である。特に、(R1/R2)を大きく設定すれば、VREFを高電圧とせずに、高電圧のVOUTを生成することができる。すなわち、オペアンプAの入力端子電圧V,Vは高電圧としなくてよい。 The charge pump booster circuit 20 can obtain V OUT that is a non-integer multiple of VIN according to V REF and the ratio of R 1 and R 2 (R 1 / R 2), as shown in Equation (3). Is possible. In particular, if (R1 / R2) is set large, it is possible to generate a high voltage V OUT without setting V REF to a high voltage. That is, the input terminal voltages V + and V of the operational amplifier A need not be high voltages.

また、従来の昇圧を行うチャージポンプ式昇圧回路2では、(n−1)段の昇圧を行う構成とすれば、nVIN以下のVOUTが得られた。チャージポンプ式昇圧回路20の昇圧段数も上述の2段に限定されず、任意の段数とすることができる。同一条件での比較のため、チャージポンプ式昇圧回路20を昇圧段数(n−1)とし、nVIN以下のVOUTを得る場合を考えてみる。この場合のVは、(4)式に相当する次式、
OUT=VIN+(n−1)V ………(6)
から、
={VOUT−VIN}/(n−1) ………(7)
である。Vの上限V(max)は、VOUT=nVINとする場合の値であり、その値は(7)式から次式で与えられる。
(max)=VIN ………(8)
Further, in the charge pump type booster circuit 2 performs conventional boosted, if (n-1) configured to perform boosting stages, nV IN following V OUT is obtained. The number of boosting stages of the charge pump booster circuit 20 is not limited to the above-described two stages, and can be an arbitrary number of stages. For comparison under the same conditions, let us consider a case where the charge pump type booster circuit 20 is set to the number of boosting stages (n−1) and V OUT less than nV IN is obtained. V A in this case is the following equation corresponding to equation (4):
V OUT = V IN + (n−1) V A (6)
From
V A = {V OUT −V IN } / (n−1) (7)
It is. The upper limit V A of the V A (max) is the value at which a V OUT = nV IN, its value is given by the following equation (7).
V A (max) = V IN (8)

すなわち、オペアンプAの出力電圧Vも基本的に高電圧とする必要がない。つまり、オペアンプAは入力端子、出力端子のいずれも高電圧とする必要がなく、高耐圧に構成しなくても済む。 That is, the output voltage V A of the operational amplifier A is also not necessary to basically a high voltage. In other words, the operational amplifier A does not need to have a high voltage at both the input terminal and the output terminal, and does not need to be configured to have a high breakdown voltage.

ちなみに、チャージポンプ式昇圧回路20では、VはVINを超える電圧にも設定され得るので、オペアンプAの耐圧の範囲内にて、1段当たりの昇圧電圧をVINを超える値に設定し、少ない昇圧段数で従来よりも高いVOUTを得ることも可能である。 Incidentally, in the charge pump type booster circuit 20, since V A may be set to voltages above V IN, within the scope of the breakdown voltage of the operational amplifier A, and sets the boost voltage per stage to a value greater than V IN It is also possible to obtain a higher VOUT than before with a small number of boosting stages.

上述の説明から明らかなように、1段当たりの昇圧電圧はコンデンサ駆動回路30,32が昇圧コンデンサC1,C2の他方端に印加するコンデンサ駆動クロックの振幅で定まる。よって、コンデンサ駆動クロックの立ち下がり時の電圧VCLをGNDに固定し、立ち上がり時の電圧VCHをオペアンプAの出力電圧Vで制御する上述の構成とは逆に、VCHを固定してVCLをオペアンプAを含む回路でフィードバック制御する構成も可能である。この場合には、例えば、VOUTが上昇したときに、上述の構成とは逆にVを上昇させてコンデンサ駆動クロックの振幅を縮小させるようにフィードバック制御回路を構成する。例えば、この場合にはオペアンプAを用いて、上述の構成の非反転増幅回路ではなく反転増幅回路を構成する。 As is clear from the above description, the boosted voltage per stage is determined by the amplitude of the capacitor drive clock applied to the other ends of the boost capacitors C1 and C2 by the capacitor drive circuits 30 and 32. Therefore, the voltage V CL at the time of falling of the capacitor driving clock is fixed to GND, and the voltage V CH at the time of rising is controlled by the output voltage V A of the operational amplifier A, contrary to the above-described configuration, V CH is fixed. A configuration in which VCL is feedback controlled by a circuit including the operational amplifier A is also possible. In this case, for example, when V OUT increases, the feedback control circuit is configured to increase V A and reduce the amplitude of the capacitor drive clock, contrary to the above configuration. For example, in this case, the operational amplifier A is used to configure an inverting amplifier circuit instead of the non-inverting amplifier circuit configured as described above.

また、上述の実施形態は、電圧を正方向へ昇圧させる正電圧昇圧回路であったが、負方向へ電圧の絶対値を増加させる負電圧昇圧回路とすることもできる。例えば、負電圧昇圧回路は、図1に示す回路にて、コンデンサ駆動回路30のSW4及びSW5のゲートにCLK2を印加し、コンデンサ駆動回路32のSW6及びSW7のゲートにCLK1を印加する構成とすることにより実現可能である。この構成では、Coutの充電電圧VOUTは(4)式で表される電圧に代えて、(VIN−2V)となる。このVOUTはVINが負電圧である場合には明らかに、当該VINと比較して負方向に絶対値が増加した電圧であり、昇圧された負電圧が得られることが理解される。なお、昇圧段数(n−1)とすれば、VOUTは(6)式に代えて、VIN−(n−1)Vとなる。 In the above-described embodiment, the positive voltage booster circuit boosts the voltage in the positive direction. However, the negative voltage booster circuit increases the absolute value of the voltage in the negative direction. For example, the negative voltage booster circuit is configured to apply CLK2 to the gates of SW4 and SW5 of the capacitor driving circuit 30 and apply CLK1 to the gates of SW6 and SW7 of the capacitor driving circuit 32 in the circuit shown in FIG. Can be realized. In this configuration, the charging voltage V OUT of Cout is (V IN −2V A ) instead of the voltage expressed by the equation (4). When V IN is a negative voltage, it is apparent that V OUT is a voltage having an absolute value increased in the negative direction as compared with V IN , and a boosted negative voltage can be obtained. If the number of boosting stages is (n−1), V OUT is V IN − (n−1) VA instead of the expression (6).

本発明によれば、高耐圧のレギュレータが不要であり、またフィードバック制御回路24を構成するオペアンプAも高耐圧を要求されず、回路内にて高耐圧が要求される部分を少なくすることができる。よって、耐圧確保のためのトランジスタのサイズの大型化が抑制されるなどの点でチップサイズの小型化が容易となる。   According to the present invention, a high withstand voltage regulator is not required, and the operational amplifier A that constitutes the feedback control circuit 24 is not required to have a high withstand voltage, and the portion requiring a high withstand voltage in the circuit can be reduced. . Therefore, it is easy to reduce the chip size in that the increase in the size of the transistor for ensuring the breakdown voltage is suppressed.

なお、CLK1,CLK2を供給するスイッチング制御回路は、チャージポンプ式昇圧回路20が形成される半導体チップ外に形成してもよいし、同一チップ上に形成してもよい。   The switching control circuit for supplying CLK1 and CLK2 may be formed outside the semiconductor chip on which the charge pump booster circuit 20 is formed, or may be formed on the same chip.

本発明の実施形態であるチャージポンプ式昇圧回路の概略の回路図である。1 is a schematic circuit diagram of a charge pump booster circuit according to an embodiment of the present invention. 従来のチャージポンプ式昇圧回路の回路図である。It is a circuit diagram of a conventional charge pump booster circuit.

符号の説明Explanation of symbols

20 チャージポンプ式昇圧回路、22 チャージポンプ部、24 フィードバック制御回路、30,32 コンデンサ駆動回路、SW1〜SW7 MOSトランジスタ、C1,C2 昇圧コンデンサ、Cout 出力コンデンサ、A オペアンプ、R1,R2 抵抗。   20 charge pump type booster circuit, 22 charge pump unit, 24 feedback control circuit, 30, 32 capacitor drive circuit, SW1 to SW7 MOS transistor, C1, C2 boost capacitor, Cout output capacitor, A operational amplifier, R1, R2 resistor.

Claims (2)

入力端子に印加される入力電圧を昇圧し、出力端子から昇圧出力電圧を出力するチャージポンプ式昇圧回路において、
前記入力端子と前記出力端子との間に直列接続され、互いに隣接するものが交互に導通状態とされる複数のスイッチング素子と、
互いに隣接する一対の前記スイッチング素子の相互接続点に一方端が接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの他方端にクロックパルスを供給して、当該コンデンサの一方端に接続され前記入力端子側に位置する前記スイッチング素子の前記導通状態に同期して前記他方端を第1の電位とし、前記コンデンサの一方端に接続され前記出力端子側に位置する前記スイッチング素子の前記導通状態に同期して前記他方端を第2の電位とするコンデンサ駆動回路と、
前記昇圧出力電圧を監視し、当該昇圧出力電圧が所定の基準電圧に応じた値となるように、前記クロックパルスの前記第1の電位又は前記第2の電位を調整するフィードバック制御を行うフィードバック制御回路と、
を有することを特徴とするチャージポンプ式昇圧回路。
In the charge pump booster circuit that boosts the input voltage applied to the input terminal and outputs the boosted output voltage from the output terminal,
A plurality of switching elements connected in series between the input terminal and the output terminal, wherein adjacent ones are alternately made conductive;
A capacitor having one end connected to an interconnection point of a pair of the switching elements adjacent to each other;
A clock pulse is supplied to the other end of the capacitor, and the other end is set to a first potential in synchronization with the conduction state of the switching element connected to one end of the capacitor and located on the input terminal side, A capacitor driving circuit that is connected to one end of a capacitor and has the other end as a second potential in synchronization with the conduction state of the switching element located on the output terminal side;
Feedback control for monitoring the boosted output voltage and performing feedback control for adjusting the first potential or the second potential of the clock pulse so that the boosted output voltage becomes a value corresponding to a predetermined reference voltage. Circuit,
A charge pump type booster circuit.
請求項1に記載のチャージポンプ式昇圧回路において、
前記フィードバック制御回路は、
前記昇圧出力電圧を分圧する分圧回路と、
前記基準電圧を生成する基準電圧源と、
前記分圧回路から出力される分圧電圧と、前記基準電圧との差に応じた出力を生成するアンプと、
を有し、
前記コンデンサ駆動回路は、前記アンプの出力を、前記第1の電位又は第2の電位のいずれか一方の供給源とすること、
を特徴とするチャージポンプ式昇圧回路。
The charge pump booster circuit according to claim 1,
The feedback control circuit includes:
A voltage dividing circuit for dividing the boosted output voltage;
A reference voltage source for generating the reference voltage;
An amplifier that generates an output corresponding to a difference between the divided voltage output from the voltage dividing circuit and the reference voltage;
Have
The capacitor driving circuit uses the output of the amplifier as a supply source of either the first potential or the second potential;
A charge pump booster circuit.
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