JP2800741B2 - Power circuit - Google Patents

Power circuit

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JP2800741B2
JP2800741B2 JP7277169A JP27716995A JP2800741B2 JP 2800741 B2 JP2800741 B2 JP 2800741B2 JP 7277169 A JP7277169 A JP 7277169A JP 27716995 A JP27716995 A JP 27716995A JP 2800741 B2 JP2800741 B2 JP 2800741B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は一定の電源電圧を昇
圧もしくは降圧するための電源回路に関し、特に負荷動
作時の電圧変動を抑制した低消費電力の電源回路に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply circuit for boosting or stepping down a constant power supply voltage, and more particularly to a low power consumption power supply circuit which suppresses voltage fluctuations during load operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、チャージポンプ回路を用いた電源
回路が提案されており、例えば特開平4−162560
号公報に示されたチャージポンプ回路を用いた昇圧電源
回路の基本構成を図5に示す。この電源回路は、外部か
ら供給される高電位側電源電圧V1よりも昇圧された電
圧V2を発生するものであり、発生された電圧V2と所
望の昇圧電圧V3からの変動を検出し、その結果に応じ
た制御信号を出力する検出器504と、その制御信号に
応じて発生されるクロック信号CLKの周期が変調され
る電圧制御発振器503と、発生されたクロック信号C
LKに基づいて出力ノードE1に電圧を出力するドライ
バ回路501と、このドライバ回路501の出力電圧を
昇圧するチャージポンプ回路502とで構成される。そ
して、このチャージポンプ回路502で発生された電圧
V2を保持容量C0で安定に保持し、負荷505に昇圧
電圧を供給する。
2. Description of the Related Art Conventionally, a power supply circuit using a charge pump circuit has been proposed.
FIG. 5 shows a basic configuration of a booster power supply circuit using a charge pump circuit disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-209,036. This power supply circuit generates a voltage V2 that is higher than a high-potential-side power supply voltage V1 supplied from the outside, detects a fluctuation between the generated voltage V2 and a desired boosted voltage V3, and as a result, Detector 504 that outputs a control signal corresponding to the control signal, voltage-controlled oscillator 503 that modulates the cycle of clock signal CLK generated according to the control signal, and clock signal C that is generated
The driver circuit 501 outputs a voltage to the output node E1 based on LK, and a charge pump circuit 502 boosts the output voltage of the driver circuit 501. Then, the voltage V2 generated by the charge pump circuit 502 is stably held by the storage capacitor C0, and a boosted voltage is supplied to the load 505.

【0003】ここで、電圧制御発振器503は、PMO
SトランジスタP4と、NMOSトランジスタN4から
なるインバータ511を、例えば5個リング状に接続し
て構成する。そして、検出器504により発生されるV
2の設定値V3からの変位ΔV2に応じた制御信号CT
LによりN4のゲート電圧を制御し、インバータ511
の動作速度を変動させて、発振器503が発生するクロ
ック信号CLKの周期の変調を行う。また、ドライバ回
路501は、PMOSトランジスタP3と、NMOSト
ランジスタN3のインバータで構成される。さらに、チ
ャージポンプ回路502は、ダイオードD1,D2とポ
ンプアップ容量C1で構成される。
Here, the voltage controlled oscillator 503 is a PMO
For example, five inverters 511 each including an S transistor P4 and an NMOS transistor N4 are connected in a ring shape. And V generated by detector 504
Control signal CT corresponding to the displacement ΔV2 from the set value V3 of
The gate voltage of N4 is controlled by L and the inverter 511
Of the clock signal CLK generated by the oscillator 503 is modulated. The driver circuit 501 includes a PMOS transistor P3 and an inverter of an NMOS transistor N3. Further, the charge pump circuit 502 includes diodes D1 and D2 and a pump-up capacitance C1.

【0004】この電源回路において、発生される電圧V
2は、負荷105が消費する電流Iwと、電源回路が負
荷505に供給する電流Isを用いて、次式のように表
される。 V2=V3+ΔV2 =V3+1/C0・∫(Is−Iw)・dt …(1) 但し、V3はV2の目標設定値、ΔV2はV2のV3か
らの変動値を表す。
In this power supply circuit, a generated voltage V
2 is expressed by the following equation using the current Iw consumed by the load 105 and the current Is supplied from the power supply circuit to the load 505. V2 = V3 + ΔV2 = V3 + 1 / C0∫ (Is−Iw) · dt (1) where V3 represents a target set value of V2, and ΔV2 represents a fluctuation value of V2 from V3.

【0005】ここで、供給電流Isについて説明する。 (A)CLK=GNDの場合 電圧制御発振器503の出力CLKが接地電圧(以下、
GND)に遷移した場合の、各ノードの動作波形を図6
(a)に示す。初期状態ではCLK=V1であり、従っ
てドライバ回路501の出力ノードE1の電位がGND
であり、チャージポンプ回路502の内部ノードE2は
D1を通してV1−Vdまで電荷が充電されている。こ
こで、Vdはダイオードにおける電圧降下である。CL
K=GNDが与えられると、P3がオン、N3がオフ
し、E1へ電荷が充電される。C1の両側で起こるカッ
プリングにより、まずE1,E2は、それぞれV2−V
1+2Vd,V2+Vdまで上昇する。そして、E2が
V2+Vd以上に上昇するとD2がオンし、電荷がV2
へ供給される。この時同じ量の電荷が、P3を通してE
1に充電される。最終的にE1がV1に達するまで電荷
の供給が行われ、この1回の動作で供給される全電荷量
Qsは次式のように与えられる。 Qs=C1・(2・V1−V2−2・Vd) …(2)
Here, the supply current Is will be described. (A) When CLK = GND The output CLK of the voltage controlled oscillator 503 is equal to the ground voltage (hereinafter, referred to as “ground voltage”).
FIG. 6 shows the operation waveform of each node when the state transitions to (GND).
(A). In the initial state, CLK = V1. Therefore, the potential of the output node E1 of the driver circuit 501 becomes GND.
And the internal node E2 of the charge pump circuit 502 is charged up to V1-Vd through D1. Where Vd is the voltage drop across the diode. CL
When K = GND, P3 is turned on, N3 is turned off, and E1 is charged. Due to the coupling that occurs on both sides of C1, first, E1 and E2 are respectively V2-V
It rises to 1 + 2Vd and V2 + Vd. When E2 rises to V2 + Vd or more, D2 turns on and the electric charge becomes V2 + Vd.
Supplied to At this time, the same amount of charge
Charged to 1. The charge is supplied until E1 finally reaches V1, and the total charge Qs supplied by this one operation is given by the following equation. Qs = C1 · (2 · V1−V2-2 · Vd) (2)

【0006】(B)CLK=V1の場合 CLK=V1へ遷移した場合の各ノードの動作波形を図
6(b)に示す。初期状態ではCLK=GNDであり、
よってE1の電位はV1であり、D2を通して行われる
負荷への電荷の供給が終了し、E2はV2+Vdとなっ
ている。ここで、CLK=V1が与えられると、P3が
オフ、N3がオンし、E1の電荷の放電が行われる。E
1は最終的にGNDまで降下するが、C1の両端で起こ
るカップリングにより、E2がV1−Vd以下まで下降
するとD1がオンし、E2に電荷が充電され、E2はV
1−Vdを保つ。この時の充電、放電のそれぞれの全電
荷量は、Qsと等しい。
(B) In the case of CLK = V1 FIG. 6B shows the operation waveform of each node when transitioning to CLK = V1. In the initial state, CLK = GND,
Therefore, the potential of E1 is V1, and the supply of the charge to the load through D2 ends, and E2 becomes V2 + Vd. Here, when CLK = V1 is applied, P3 is turned off, N3 is turned on, and the electric charge of E1 is discharged. E
1 finally drops to GND, but due to the coupling that occurs at both ends of C1, when E2 falls below V1-Vd, D1 turns on, charges E2, and E2 becomes V
Keep 1-Vd. At this time, the total charge amount of each of charge and discharge is equal to Qs.

【0007】ここで、図7に示すように、ある周期Tで
負荷がQs/2,Qs/3の電荷を消費する場合をそれ
ぞれ仮定する。式(1)より、V2の目標設計値からの
変動ΔV2をできるだけ小さくするためには、負荷消費
電流Iwと電源回路供給電流Isを一致させなければな
らない。また、上記動作原理より、クロック信号CLK
の1周期間に電源回路が負荷に供給する全電荷量はQs
である。したがって、この電源回路では、電圧制御発振
器503を用いて、クロック信号CLKの周期をそれぞ
れT,2T,3Tに変調することによりΔV2が最小と
なる。
Here, it is assumed that the load consumes charges of Qs / 2 and Qs / 3 in a certain period T as shown in FIG. From the equation (1), in order to minimize the variation ΔV2 from the target design value of V2, the load consumption current Iw and the power supply circuit supply current Is must be matched. Further, based on the above operation principle, the clock signal CLK
The total amount of charge that the power supply circuit supplies to the load during one cycle is Qs
It is. Therefore, in this power supply circuit, ΔV2 is minimized by modulating the cycle of the clock signal CLK to T, 2T, and 3T, respectively, using the voltage controlled oscillator 503.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の電
源回路では、ドライバ回路501を駆動するクロック信
号CLKの周期を制御して、式(1)のIwとIsを一
致させ設定値V3に近い昇圧電圧V2の発生制御を行っ
ていた。しかしながら、この回路動作では、電圧制御発
振器503から発生されるクロック信号CLKの1周期
内においては、負荷の消費電流Iwが急に変化しても、
これに対する昇圧電圧の制御を原理的に行うことができ
なかった。このような場合の昇圧電圧変動の最大量は、
負荷が突如電流Iwの消費を中止したが、チャージポン
プ回路502は動作を停止できずポンピング動作一回分
の電荷を負荷に供給した場合に起こり、ΔV2の最大値
は次式のように与えられる。 ΔV2(max)=1/C0・∫Is・dt =Qs/C0 =C1/(C0+C1)・(2・V1−V2−2・Vd) …(3)
As described above, in the conventional power supply circuit, the period of the clock signal CLK for driving the driver circuit 501 is controlled so that Iw and Is in the equation (1) are made equal to each other and set to the set value V3. The generation control of the near boosted voltage V2 was performed. However, in this circuit operation, even if the current consumption Iw of the load suddenly changes within one cycle of the clock signal CLK generated from the voltage controlled oscillator 503,
In principle, the control of the boosted voltage could not be performed. The maximum amount of the boost voltage fluctuation in such a case is
This occurs when the load suddenly stops consuming the current Iw, but the charge pump circuit 502 cannot stop the operation and supplies the load with a single pumping operation. The maximum value of ΔV2 is given by the following equation. ΔV2 (max) = 1 / C0∫ΔIs · dt = Qs / C0 = C1 / (C0 + C1) · (2 · V1−V2-2 · Vd) (3)

【0009】また一般には、電圧制御発振器503での
精度の良いCLK周期の決定は困難であり、突発的な負
荷電流の変化が生じなくても、昇圧電圧V2の目標設定
値V3から変位は常時生じてしまうため、これに加えて
式(3)で示す変位が重複した場合などは、ΔV2の最
大値はC1/(C0+C1)・(2・V1−V2−2・
Vd)よりさらに大きくなってしまう。さらに、従来の
電圧制御発振器はリング型であるため、消費電力が大き
いものとなっている。本発明の目的は、以上のような従
来の電源回路の問題点を改善し、所望の昇圧電圧を安定
にかつより正確に発生することが可能な電源回路を提供
することにある。
In general, it is difficult to determine an accurate CLK cycle in the voltage controlled oscillator 503, and even if a sudden change in load current does not occur, the displacement of the boosted voltage V2 from the target set value V3 is always constant. In addition to this, when the displacements represented by the equation (3) overlap, the maximum value of ΔV2 is C1 / (C0 + C1) · (2 · V1−V2-2 ·
Vd). Further, since the conventional voltage controlled oscillator is a ring type, the power consumption is large. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems of the conventional power supply circuit and to provide a power supply circuit capable of stably and more accurately generating a desired boosted voltage.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の電源回路は、ク
ロック信号を発生する発振器と、このクロック信号に応
答しドライバ信号電圧として電源電圧と接地電圧を交互
に出力するドライバ回路と、このドライバ信号電圧によ
り充電されて所定の電圧を出力するチャージポンプ回路
と、前記チャージポンプ回路から出力されて負荷に供給
される電圧の変動を検出してこれに対応した制御信号を
出力する検出器とを備えており、ドライバ回路は検出器
の出力制御信号とクロック信号とに基づいて出力信号電
圧が制御される構成を前提とし、次の特徴を備えてい
る。
A power supply circuit according to the present invention comprises an oscillator for generating a clock signal, a driver circuit for alternately outputting a power supply voltage and a ground voltage as a driver signal voltage in response to the clock signal, and a driver circuit for the driver circuit. A charge pump circuit that is charged by a signal voltage and outputs a predetermined voltage; and a detector that detects a change in a voltage output from the charge pump circuit and supplied to a load and outputs a control signal corresponding to the change. The driver circuit presupposes that the output signal voltage is controlled based on the output control signal of the detector and the clock signal, and has the following features.
You.

【0011】すなわち、発振器は、クロック信号の高レ
ベルと低レベルの状態を切り替える回路と、クロック信
号が高レベルから低レベルに切り替える信号を出力する
第1の遅延素子と、低レベルから高レベルに切り替える
信号を出力する第2の遅延素子とを備え、前記第2の遅
延素子は、ドライバ回路の出力と所定電圧とを比較した
比較結果により切り替え信号を出力し、第1の遅延素子
はクロック信号の状態変化の後一定の時間後に切り替え
信号を出力する構成とされる。ここで、ドライバ回路は
2つのMOSトランジスタを縦続接続したインバータと
して構成され、うち一方のMOSトランジスタのゲート
にクロック信号が入力され、他方のMOSトランジスタ
のゲートにクロック信号と検出器の出力制御信号の論理
積または論理和信号が入力される構成とされることが好
ましい。
That is, the oscillator includes a circuit for switching between a high level and a low level of a clock signal, a first delay element for outputting a signal for switching the clock signal from a high level to a low level, and a circuit for switching from a low level to a high level. A second delay element for outputting a switching signal, wherein the second delay element outputs a switching signal according to a comparison result of comparing an output of the driver circuit with a predetermined voltage, and the first delay element outputs a clock signal. A switching signal is output after a certain time after the state change. Here, the driver circuit is
An inverter in which two MOS transistors are cascaded and
And the gate of one of the MOS transistors
Clock signal is input to the other MOS transistor
The logic of the clock signal and the output control signal of the detector on the gate of
Preferably, a product or logical sum signal is input.
Good.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明を昇圧電源回路に適用
した実施形態の回路図である。検出器104、チャージ
ポンプ回路102、保持容量C0は図5に示した従来回
路と同じ構成とされており、検出器104は電源回路が
発生する昇圧電圧V2と、所望の昇圧電圧V3からの変
動を検出し、制御信号CTLを出力する。また、チャー
ジポンプ回路102は、ダイオードD1,D2とポンプ
アップ容量C1で構成され、ノードE1の電圧をV2に
昇圧する。さらに、保持容量C0はV2を安定に保持す
るために用いられる。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment in which the present invention is applied to a boost power supply circuit. The detector 104, the charge pump circuit 102, and the storage capacitor C0 have the same configuration as that of the conventional circuit shown in FIG. 5, and the detector 104 includes a boosted voltage V2 generated by the power supply circuit and a fluctuation from a desired boosted voltage V3. And outputs a control signal CTL. The charge pump circuit 102 includes diodes D1 and D2 and a pump-up capacitor C1, and boosts the voltage at the node E1 to V2. Further, the storage capacitor C0 is used to stably hold V2.

【0013】そして、クロック信号CLKを発生する発
振器103と、前記検出器104から出力される制御信
号CTLと発振器103からのクロック信号CLKを用
いて前記チャージポンプ回路102を駆動するドライバ
回路101とを備えている。なお、ドライバ回路10
1,チャージポンプ回路102,発振器103には電源
電圧としてV1が与えられる。また、負荷105には電
圧V2及び電流Isが供給され、この負荷は電流Iwを
消費する。
An oscillator 103 for generating a clock signal CLK, and a driver circuit 101 for driving the charge pump circuit 102 using the control signal CTL output from the detector 104 and the clock signal CLK from the oscillator 103 Have. Note that the driver circuit 10
The charge pump circuit 102 and the oscillator 103 are supplied with V1 as a power supply voltage. The load 105 is supplied with the voltage V2 and the current Is, and the load consumes the current Iw.

【0014】前記ドライバ回路101は、PMOSトラ
ンジスタP1とNMOSトランジスタN1とでインバー
タが構成され、P1のゲートには、前記クロック信号C
LKと検出器104からの制御信号CTLとを入力とす
るOR回路110の出力が入力され、N1のゲートには
クロック信号CLKが入力される。そして、このインバ
ータの出力が前記ノードE1に対して電圧を出力する。
In the driver circuit 101, a PMOS transistor P1 and an NMOS transistor N1 constitute an inverter, and the gate of P1 has the clock signal C
The output of the OR circuit 110 that receives the LK and the control signal CTL from the detector 104 is input, and the clock signal CLK is input to the gate of N1. The output of the inverter outputs a voltage to the node E1.

【0015】また、前記発振器はNAND回路111を
たすき掛け接続したフリップフロップと、このフリップ
フロップの一方の出力と入力との間に接続される第1遅
延素子113と、他方の入力に接続される第2遅延素子
114とで構成される。図2にその動作を示すように、
第1遅延素子113は、フリップフロップの一方の出力
CLKBとしてV1が入力された場合に時間遅れがほと
んどなくフリップフロップの一方の入力CLKB2とし
て信号を出力し、またGNDが入力された場合に一定時
間遅れて信号を出力し、それぞれの信号によりフリップ
フロップの出力状態を切り替える。
The oscillator is connected to a flip-flop in which a NAND circuit 111 is cross-connected, a first delay element 113 connected between one output and input of the flip-flop, and another input. And a second delay element 114. As shown in FIG.
The first delay element 113 outputs a signal as one input CLKB2 of the flip-flop with almost no time delay when V1 is input as one output CLKB of the flip-flop, and outputs a signal for a fixed time when GND is input. Signals are output with a delay, and the output state of the flip-flop is switched by each signal.

【0016】また、図2に示すように、第2遅延素子1
14は、ドライバ回路101の出力E1とV1とを比較
する差動アンプ112で構成され、E1<V1、すなわ
ちチャージポンプ回路102が負荷への電荷供給能力を
有する場合と、E1=V1、すなわちチャージポンプ回
路102が負荷に電荷を供給し終えてポンプアップ容量
C1への充電が必要となった場合とでそれぞれ信号を出
力し、フリップフロップの出力状態を切り替える。これ
により、第1の遅延素子113は、CLK=V1となる
時間T1を決定すし、第2の遅延素子114は、CLK
=GNDとなる時間T2を決定することになる。
Further, as shown in FIG.
Reference numeral 14 denotes a differential amplifier 112 that compares the output E1 of the driver circuit 101 with V1. E1 <V1, that is, the case where the charge pump circuit 102 has the ability to supply charges to the load, and E1 = V1, that is, the charge The pump circuit 102 outputs a signal and switches the output state of the flip-flop when the pump circuit 102 has finished supplying the charge to the load and the pump-up capacitor C1 needs to be charged. As a result, the first delay element 113 determines the time T1 at which CLK = V1, and the second delay element 114 determines the time T1.
= TGND is determined.

【0017】以上の構成の電源回路の動作を、図2を参
照して説明する。ここで、検出器104は、V2>V3
の場合にV1を出力し、V2≦V3の場合にGNDを出
力すると仮定する。このような検出器は、一般的に用い
られる差動アンプを用い容易に構成することができる。
The operation of the power supply circuit having the above configuration will be described with reference to FIG. Here, the detector 104 determines that V2> V3
, And output GND when V2 ≦ V3. Such a detector can be easily configured using a commonly used differential amplifier.

【0018】(a)CLK=GND,CTL=GNDの
場合(V2≦V3) OR回路110はGNDを出力するため、P1はオン、
N1がオフし、P1を通してE1に電荷の供給が行われ
る。これにより、従来例と同様、E2からダイオードD
2を通し負荷105に電荷(電流Is)が供給される。
電荷の供給に応じ、E1の電位はGNDからV1へ向け
上昇する。
(A) When CLK = GND and CTL = GND (V2 ≦ V3) Since the OR circuit 110 outputs GND, P1 is turned on.
N1 is turned off, and charge is supplied to E1 through P1. Thereby, similarly to the conventional example, the diode D is changed from E2.
2, a charge (current Is) is supplied to the load 105.
In response to the supply of charges, the potential of E1 rises from GND to V1.

【0019】(b)CLK=GND,CTL=V1の場
合(V2>V3) OR回路110はV1を出力するため、P1,N1を共
にオフし、P1を通したE1への電荷の供給が一時停止
される。したがって、E2から負荷への電荷の供給も一
時的に停止する。その間、E1の電位はGNDとV1の
中間の一定値に保持される。
(B) When CLK = GND, CTL = V1 (V2> V3) Since the OR circuit 110 outputs V1, both P1 and N1 are turned off, and supply of electric charge to E1 through P1 is temporarily stopped. Stopped. Therefore, the supply of charges from E2 to the load is also temporarily stopped. During that time, the potential of E1 is kept at a constant value between GND and V1.

【0020】(c)CLK=V1の場合 OR回路110はV1を出力するため、P1はオフ、N
1はオンし、N1を通してE1から電荷の放電が行われ
る。この間、E2は従来例と同様D1を通しV1−Vd
まで充電され、上記1)の動作時のためのポンプアップ
容量C1の充電を行う。
(C) When CLK = V1 Since the OR circuit 110 outputs V1, P1 is off and N
1 is turned on, and electric charge is discharged from E1 through N1. During this time, E2 passes through D1 and V1−Vd as in the conventional example.
To charge the pump-up capacity C1 for the operation of the above 1).

【0021】このように、この実施形態の電源回路にお
いては、クロック信号CLKが一定のGND時、つまり
CLK信号の一周期内に相当するタイミングにおいて
も、検出器104によるV2と昇圧電圧設定値V3との
比較結果CTLに応じ、(a)と(b)の動作モードを
切り替えることができる。すなわち、従来不可能であっ
た、クロック信号CLKの一周期内においても、電源回
路から負荷への電荷の供給、供給一時停止の切り換えが
可能となったため、昇圧電圧の制御をより高精度に行う
ことが可能となった。
As described above, in the power supply circuit according to this embodiment, when the clock signal CLK is at a fixed GND, that is, at a timing corresponding to one cycle of the CLK signal, V2 and the boosted voltage set value V3 by the detector 104 are set. The operation modes (a) and (b) can be switched in accordance with the result CTL of the comparison. In other words, the supply of the charge from the power supply circuit to the load and the suspension of the supply can be switched even within one cycle of the clock signal CLK, which was conventionally impossible, so that the boosted voltage is controlled with higher precision. It became possible.

【0022】このように、本実施形態の電源回路では、
従来技術の項で説明した原理に基づき、チャージポンプ
回路102においてD2を通してV2に供給される電荷
量が、ドライバ回路101のP1を通してE1に充電さ
れる電荷量とが等しいことを利用し、ドライバ回路10
1のP1のゲート電圧をCTL信号で制御して、E1へ
供給する電荷量、すなわち負荷105へ供給する電荷量
(電流量Is)を制御していることになる。したがっ
て、本発明においては、検出器104の出力によりドラ
イバ回路101の出力電流を制御し、これにより電源回
路の負荷105への供給電流の制御を行っていることに
なる。
As described above, in the power supply circuit of this embodiment,
Based on the principle described in the section of the related art, the charge pump circuit 102 uses the fact that the amount of charge supplied to V2 through D2 is equal to the amount of charge charged to E1 through P1 of the driver circuit 101. 10
This means that the gate voltage of P1 is controlled by the CTL signal to control the amount of charge supplied to E1, that is, the amount of charge (current amount Is) supplied to the load 105. Therefore, in the present invention, the output current of the driver circuit 101 is controlled by the output of the detector 104, and thereby the current supplied to the load 105 of the power supply circuit is controlled.

【0023】なお、前記した電源回路において、実際に
発生された電圧V2と、所望の昇圧電圧V3の関係で、
V2>V3と、V2≦V3との関係が逆転してから、電
源回路が電流供給の停止、もしくは開始を行うまでの遅
れ時間をt0と仮定する。そして、時間t1毎に、負荷
の消費電流が0とI0とを繰り返す場合を考察する。従
来電源回路の場合、式(3)より最大C1/(C0+C
1)・(2V1−V2−2Vd)だけV2は変動する。
一方、本実施形態の電源回路の場合、遅れ時間t0の存
在により、V2を挟んで±I0・t0/C0だけV2は
変動する。ここで、C1・(2V1−V2−2Vd)は
I0・t2で表すことができる。但し、t2は電源回路
内の発振器の最大周期であり、通常t0の10倍以上で
ある。また、C0≫C1であるため、従来電源回路のV
2変動は、I0・t2/C0となり、実施例1の電源回
路のV2変動の2・I0・t0/C0の5倍以上であ
る。したがって、本発明によりV2は従来の変動量の1
/5程度に低減可能となる。
In the power supply circuit described above, the relationship between the actually generated voltage V2 and the desired boosted voltage V3 is as follows.
It is assumed that a delay time from when the relationship between V2> V3 and V2 ≦ V3 is reversed to when the power supply circuit stops or starts the current supply is t0. Then, consider the case where the current consumption of the load repeats between 0 and I0 every time t1. In the case of the conventional power supply circuit, the maximum C1 / (C0 + C
1) V2 fluctuates by (2V1-V2-2Vd).
On the other hand, in the case of the power supply circuit of the present embodiment, V2 fluctuates by ± I0 · t0 / C0 across V2 due to the existence of the delay time t0. Here, C1 · (2V1-V2-2Vd) can be represented by I0 · t2. Here, t2 is the maximum cycle of the oscillator in the power supply circuit, and is usually 10 times or more of t0. In addition, since C0VC1, the V
The two fluctuations are I0 · t2 / C0, which is five times or more the 2 · I0 · t0 / C0 of the V2 fluctuation of the power supply circuit of the first embodiment. Therefore, according to the present invention, V2 is one of the conventional fluctuation amount.
It can be reduced to about / 5.

【0024】ここで、前記(c)の動作モード、すなわ
ちCLK=V1時では、V1からD1を通しポンプアッ
プ容量C1へ電荷を充電しており、この期間は負荷への
電流の供給が不能な状態である。したがって図1の構成
では、この期間中にV2がV3を下回っても、昇圧電圧
の制御を行うことができなくなる。このため、図3に示
すように、ドライバ回路101とチャージポンプ回路1
02の組を複数組(n組,nは2以上の整数))設置
し、かつこれらに位相が異なる多相のクロック信号を与
える発振器201を備えればよい。最も単純な場合はn
=2の時であり、ドライバ回路101とチャージポンプ
回路102を2組用意し、それらに180度位相が異な
ったクロック信号CLKを与える。これにより1組目の
ドライバ回路が(c)の動作モードでも、他の組のドラ
イバ回路は(a)、または(b)の動作モードとするこ
とができ、常時いずれかの組のチャージポンプが負荷へ
電流を供給することが可能となる。
Here, in the operation mode (c), that is, when CLK = V1, the charge is charged from V1 to the pump-up capacitor C1 through D1, and during this period, current cannot be supplied to the load. State. Therefore, in the configuration shown in FIG. 1, even if V2 falls below V3 during this period, the boosted voltage cannot be controlled. Therefore, as shown in FIG. 3, the driver circuit 101 and the charge pump circuit 1
A plurality of sets of 02 (n sets, n is an integer of 2 or more) may be provided, and the oscillator 201 may be provided with multi-phase clock signals having different phases. N in the simplest case
= 2, two sets of the driver circuit 101 and the charge pump circuit 102 are prepared, and a clock signal CLK having a phase difference of 180 degrees is supplied to them. Thus, even if the first set of driver circuits is in the operation mode of (c), the other set of driver circuits can be in the operation mode of (a) or (b). Current can be supplied to the load.

【0025】また、本発明を降圧電源回路に適用した場
合の実施形態のうち、ドライバ回路と、発振回路の第2
遅延素子である差動アンプ112の回路接続状態を図4
に示す。ドライバ回路は、E1を充電するP2と、E1
を放電するN2と、CTL,CLKを入力とするAND
回路115で構成される。但し、AND回路115は、
CTL,CLKの一方がGNDの場合、GNDを出力
し、共にV1の場合、V1を出力する。CLK=V1時
に、検出器104の出力CTLに応じて、N2に流れる
電流の停止、再開が可能である。また、第2遅延素子1
14Aとして機能する差動アンプ112は、E1とGN
Dを比較して、E1=GNDの場合に一致信号を出力す
る。
In the embodiment in which the present invention is applied to a step-down power supply circuit, the driver circuit and the second
FIG. 4 shows a circuit connection state of the differential amplifier 112 as a delay element.
Shown in The driver circuit comprises P2 for charging E1, and E1
And CTL, CLK as inputs and AND
It is composed of a circuit 115. However, the AND circuit 115
When one of CTL and CLK is GND, it outputs GND, and when both are V1, it outputs V1. When CLK = V1, the current flowing through N2 can be stopped and restarted according to the output CTL of the detector 104. Also, the second delay element 1
The differential amplifier 112 functioning as 14A includes E1 and GN
D is compared, and a coincidence signal is output when E1 = GND.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、チャージ
ポンプ回路に対して電源電圧と接地電圧を交互に出力し
てチャージポンプ回路から所定の電圧を出力させるため
のドライバ回路を、チャージポンプ回路から出力されて
負荷に供給される電圧の変動を検出してこれに対応した
制御信号を出力する検出器からの出力制御信号と、発振
器で発生されるクロック信号とに基づいて制御する構成
としているので、クロック信号の一周期内においても、
電源回路から負荷への電荷の供給、供給一時停止の切り
替えが可能となり、電圧の制御をより高精度に行うこと
ができ、出力電圧の安定化を図ることができる。また、
発振器を従来の電圧制御発振器のようなリング型回路で
構成する必要がないため、低消費電力化に有効となる。
さらに、クロック信号が入力されるドライバ回路の出力
を利用して遅延素子を動作させるため、精度の良い周期
の決定が可能となる。
As described above, according to the present invention, a driver circuit for alternately outputting a power supply voltage and a ground voltage to a charge pump circuit to output a predetermined voltage from the charge pump circuit is provided. The control is performed based on an output control signal from a detector that detects a change in the voltage output from the power supply and supplied to the load and outputs a control signal corresponding thereto, and a clock signal generated by an oscillator. Therefore, even within one cycle of the clock signal,
Switching between supply of power from the power supply circuit to the load and suspension of supply can be performed, voltage control can be performed with higher accuracy, and output voltage can be stabilized. Also,
Since the oscillator does not need to be formed by a ring-type circuit like a conventional voltage controlled oscillator, it is effective in reducing power consumption.
Furthermore, since the delay element is operated using the output of the driver circuit to which the clock signal is input, it is possible to determine the cycle with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の電源回路の一実施形態の回路図であ
る。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of a power supply circuit of the present invention.

【図2】発振回路のクロック信号及び検出器の制御信号
とドライバ出力との関係を示す信号波形図である。
FIG. 2 is a signal waveform diagram illustrating a relationship between a clock signal of an oscillation circuit, a control signal of a detector, and a driver output.

【図3】本発明を改良した実施形態の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of an embodiment in which the present invention is improved.

【図4】本発明を降圧電源回路に適用した実施形態の一
部の回路図である。
FIG. 4 is a partial circuit diagram of an embodiment in which the present invention is applied to a step-down power supply circuit.

【図5】従来の電源回路の一例の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of an example of a conventional power supply circuit.

【図6】図5の電源回路におけるクロック信号と出力と
の関係を示す信号波形図である。
6 is a signal waveform diagram showing a relationship between a clock signal and an output in the power supply circuit of FIG.

【図7】電源回路における負荷に対する制御方法を説明
するための図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a control method for a load in the power supply circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ドライバ回路 102 チャージポンプ回路 103 発振器 104 検出器 105 負荷 110 OR回路 111 NAND回路 112 差動アンプ 113 第1の遅延素子 114 第2の遅延素子 P1,N1 MOSトランジスタ V1 電源電圧 C1 ポンプアップ容量 101 Driver circuit 102 Charge pump circuit 103 Oscillator 104 Detector 105 Load 110 OR circuit 111 NAND circuit 112 Differential amplifier 113 First delay element 114 Second delay element P1, N1 MOS transistor V1 Power supply voltage C1 Pump-up capacity

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 クロック信号を発生する発振器と、この
クロック信号に応答しドライバ信号電圧として電源電圧
と接地電圧を交互に出力するドライバ回路と、このドラ
イバ信号電圧により充電されて所定の電圧を出力するチ
ャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回路から出力
されて負荷に供給される電圧の変動を検出してこれに対
応した制御信号を出力する検出器とを備え、前記ドライ
バ回路は前記検出器の出力制御信号と前記クロック信号
とに基づいて前記出力信号電圧が制御される構成とし、
前記発振器は、クロック信号の高レベルと低レベルの状
態を切り替える回路と、クロック信号を高レベルから低
レベルに切り替える信号を出力する第1の遅延素子と、
低レベルから高レベルに切り替える信号を出力する第2
の遅延素子とを備え、前記第2の遅延素子は、ドライバ
回路の出力と所定電圧とを比較した比較結果により切り
替え信号を出力し、第1の遅延素子はクロック信号の状
態変化の後一定の時間後に切り替え信号を出力すること
を特徴とする電源回路。
An oscillator for generating a clock signal, a driver circuit for alternately outputting a power supply voltage and a ground voltage as a driver signal voltage in response to the clock signal, and outputting a predetermined voltage charged by the driver signal voltage A charge pump circuit that detects a change in the voltage output from the charge pump circuit and supplied to the load, and outputs a control signal corresponding to the change, and the driver circuit includes an output of the detector. The output signal voltage is controlled based on a control signal and the clock signal ,
The oscillator controls the high and low levels of the clock signal.
Circuit to switch the state and the clock signal from high to low
A first delay element for outputting a signal for switching to a level,
Second to output a signal to switch from low level to high level
Wherein the second delay element includes a driver
Cut off according to the result of comparing the output of the circuit with the specified voltage.
The first delay element outputs a clock signal
A power supply circuit for outputting a switching signal after a predetermined time after a state change .
【請求項2】 前記ドライバ回路は2つのMOSトラン
ジスタを縦続接続したインバータとして構成され、うち
一方のMOSトランジスタのゲートにクロック信号が入
力され、他方のMOSトランジスタのゲートにクロック
信号と検出器の出力制御信号の論理積または論理和信号
が入力される請求項1に記載の電源回路。
2. The driver circuit is configured as an inverter in which two MOS transistors are connected in cascade. A clock signal is input to the gate of one MOS transistor, and the clock signal and the output of the detector are input to the gate of the other MOS transistor. The power supply circuit according to claim 1 , wherein a logical product or a logical sum signal of the control signals is input.
【請求項3】 前記第2の遅延素子は、前記ドライバ回
路の出力と電源電圧とを比較し、電源電圧が出力電圧よ
りも高電圧となったときに切り替え信号を出力し、チャ
ージポンプ回路は電源電圧よりも昇圧された電圧を出力
し得るように構成されてなる請求項1または2に記載
電源回路。
Wherein the second delay element makes a comparison between the output and a power supply voltage of the driver circuit, and outputs a switching signal when the power supply voltage reaches the voltage higher than the output voltage, the charge pump circuit The power supply circuit according to claim 1 , wherein the power supply circuit is configured to output a voltage that is higher than the power supply voltage.
【請求項4】 前記第2の遅延素子は、ドライバ回路の
出力と接地電圧とを比較し、接地電圧が出力電圧よりも
低電圧となったときに切り替え信号を出力し、チャージ
ポンプ回路は接地電圧よりも降圧された電圧を出力し得
るように構成されてなる請求項1または2に記載の電源
回路。
4. The second delay element compares an output of the driver circuit with a ground voltage, and outputs a switching signal when the ground voltage becomes lower than the output voltage. 3. The power supply circuit according to claim 1 , wherein the power supply circuit is configured to output a voltage lower than the voltage.
【請求項5】 前記ドライバ回路及びチャージポンプ回
路の組を複数組並列接続し、各ドライバ回路にはそれぞ
れ位相が異なるクロック信号を入力させる請求項1ない
のいずれかに記載の電源回路。
5. The set of driver circuits and a charge pump circuit and a plurality of sets connected in parallel, according to one of claims 1 <br/> and 4 have the driver circuits phase to enter a different clock signal Power circuit.
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