JP3757851B2 - Voltage conversion circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電圧変換回路に関し、特にチャージポンプ回路を用いて電源電圧を所望の電圧値の出力信号に変換するチャージポンプ型の電圧変換回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
電源制御用IC等において用いられる電圧変換回路は、単一の供給電源電圧から、電圧値が供給電源電圧より大きな、または小さな出力電圧を取り出すために用いられている。これらの電圧変換回路では、半導体集積回路上に形成する場合に半導体集積回路とその製造工程上の整合性が良く、損失が少ないという利点を持ったチャージポンプ型の電圧変換回路が広く採用されている。図6は、従来のチャージポンプ型の電圧変換回路の構成図である。
【0003】
従来の電圧変換回路は、電源電圧入力端子101から供給される電源電圧Vccを所望の大きさの出力電圧Voutに変換するチャージポンプ回路30に出力電圧Voutを平滑する容量(キャパシタ)C2と、が接続する。
【0004】
チャージポンプ回路30は、スイッチと容量(フライングキャパシタ)C1からなるスイッチトキャパシタ回路で形成されており、クロック発生部から供給されるクロック信号でスイッチング動作するように構成されている。チャージポンプ回路30では、クロック信号に応じてスイッチングを繰り返し、出力電圧Voutを所望の出力電圧値まで昇圧している。このようなチャージポンプ回路30を有するチャージポンプ型電圧変換回路では、立ち上がり時も同様に、スイッチングが繰り返し行なわれて、出力電圧Voutが0Vから所望の出力電圧値まで次第に上昇する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のチャージポンプ型電圧変換回路では、特に立ち上がり時、所望の電圧値に達するまでの効率が悪いという問題がある。
【0006】
図7は、従来の電圧変換回路における立ち上がり時の出力電圧を示した図である。図に示したように、立ち上がり時には出力電圧Voutは0Vであり、チャージポンプ回路30でスイッチングが繰り返されることによって、出力電圧Voutが昇圧され、所定の立ち上がり時間t0経過後に所望の出力電圧値Vchに到達し、安定化する。
【0007】
このように従来の電圧変換回路は、スイッチングの繰り返しにより出力電圧Voutを0Vからの所望の出力電圧値Vchまで上昇させる。特に立ち上がり時には、出力電圧Voutを0Vから昇圧するため、出力電圧Voutが所望の出力電圧値Vchに到達して安定するまでに時間がかかってしまうという問題がある。
【0008】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、出力電圧が所望の電圧値に到達するまでの効率を上げることが可能な電圧変換回路を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、チャージポンプ回路を用いて電源電圧を所望の電圧値の出力信号に変換するチャージポンプ型の電圧変換回路において、前記チャージポンプ回路に供給される前記電源電圧と前記チャージポンプ回路より出力される出力信号とを比較して前記出力信号の電圧値が前記電源電圧の値より低いか否かを検出する検出回路と、前記電源電圧を供給する電源電圧入力端子と前記電圧変換回路の出力端子との間に直列に接続されるとともに、ゲート端子が前記検出回路の出力端子に接続されるp型MOSトランジスタスイッチで構成され、前記検出回路によって前記出力信号の電圧値が前記電源電圧の値より低いことが検出された場合に前記電源電圧を前記出力端子にバイパスするバイパス回路と、を備えたことを特徴とする電圧変換回路、が提供される。
【0010】
このような構成の電圧変換回路では、検出回路は、チャージポンプ回路に供給される電源電圧値とチャージポンプ回路から出力される出力信号の電圧値とを検出し、電源電圧値と出力信号の電圧値とを比較することによって、出力信号の電圧値が電源電圧値より低いか否かを検出し、結果に応じた信号をバイパス回路を構成するp型MOSトランジスタスイッチのゲート端子に出力する。p型MOSトランジスタスイッチは、検出回路によってチャージポンプ回路の出力信号の電圧が電源電圧より低いことが検出された場合には、オンして電源電圧を出力端子にバイパスする。これにより、出力電圧に電源電圧が加算される。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施の形態であるチャージポンプ型の電圧変換回路の構成図である。
【0014】
本発明に係るチャージポンプ型の電圧変換回路は、図6に示した従来の電圧変換回路に、チャージポンプ回路30に供給される電源電圧Vccとチャージポンプ回路30の出力信号との大きさの関係を検出する検出回路10と、検出回路10の検出結果に応じて電源電圧Vccをバイパスするバイパス回路20と、が付加されている。
【0015】
検出回路10は、入力端子がチャージポンプ回路30の入力端子及び出力端子に接続され、チャージポンプ回路30に供給される電源電圧Vccと、チャージポンプ回路30の出力信号(電圧変換回路の出力電圧Voutと同じ)とを検出し、その電圧値を比較して出力電圧Voutが電源電圧Vccより低いか否かを判定する。また、検出回路10の出力端子は、バイパス回路20の動作を制御する制御入力端子に接続されており、検出結果である検出信号をバイパス回路20に出力する。
【0016】
バイパス回路20は、入力端子が電源電圧入力端子101、制御入力端子が検出回路10の出力端子に接続され、出力端子が電圧変換回路の出力端子に接続されている。バイパス回路20では、検出回路10の検出信号を入力し、検出回路10によってチャージポンプ回路30の出力信号が電源電圧Vccより低いことが検出された場合に、電源電圧Vccを出力端子にバイパスし、出力電圧に電源電圧を加算する。
【0017】
チャージポンプ回路30は、入力端子が電源電圧入力端子101に接続され、出力端子がキャパシタC2を介して電圧変換回路の出力端子に接続されており、スイッチとフライングキャパシタC1からなるスイッチトキャパシタ回路を形成している。チャージポンプ回路30は、クロック発生部から供給されるクロック信号によりスイッチング動作を繰り返し、入力する電源電圧Vccを所望の電圧値の出力電圧Voutに変換する。
【0018】
キャパシタC2は、出力電圧Voutを平滑化する。
このような構成の電圧変換回路について説明する。
チャージポンプ回路30は、供給される電源電圧Vccを入力し、スイッチングを繰り返すことにより出力信号を所望の電圧値まで昇圧する。検出回路10は、チャージポンプ回路30に供給される電源電圧値とチャージポンプ回路30から出力される出力信号の電圧値とを検出し、電源電圧値と出力信号の電圧値とを比較することによって、出力信号の電圧値が電源電圧値より低いか否かを検出し、結果をバイパス回路20に伝達する。バイパス回路20は、検出回路10によってチャージポンプ回路30の出力信号の電圧が電源電圧Vccより低いことが検出された場合には、電源電圧Vccを出力端子にバイパスする。これにより、出力電圧Voutに電源電圧Vccが加算される。
【0019】
上記の説明の電圧変換回路における立ち上がり時の出力電圧の変化について説明する。図2は、本発明に係る電圧変換回路における立ち上がり時の出力電圧を示した図である。比較のため、図7に示した従来の電圧変換回路における出力電圧の変化を破線で表している。
【0020】
電圧変換回路の立ち上がり直後、電圧変換回路の出力電圧Voutは0Vになっている。検出回路10は、電源電圧Vccと出力電圧Voutとを比較し、Vcc>Voutであることを検出し、バイパス回路20へ検出結果を伝達する。バイパス回路20は、Vcc>Voutであるので、電源電圧Vccを出力端子にバイパスさせる。これにより、出力電圧Voutは、チャージポンプ回路30からの出力信号に電源電圧Vccが加算された値となる。続く、チャージポンプ回路30のスイッチング周期で出力電圧Voutはさらに上昇し、t1時間経過後に所望の出力電圧値Vchに到達する。Vchに到達した後は、バイパス回路20は、電源電圧Vccのバイパス出力を停止し、電圧変換回路は従来の電圧変換回路と同様の動作を行なう。
【0021】
このように、電圧変換回路の立ち上がり時に電源電圧Vccを出力端子にバイパスさせることによって、出力電圧Voutが所望の電圧値に到達するまでに要する立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
【0022】
続いて、本発明に係る電圧変換回路の実施例について説明する。
図3は、本発明の第1の実施例のブロック図である。図1と同じものには同じ番号を付し、説明は省略する。第1の実施例は、検出回路11が抵抗R1、R2、R3、R4と比較器COMP1とから構成されるDC/DCコンバータである。
【0023】
検出回路11は、チャージポンプ回路30の入力端子とGNDとの間に、第1の抵抗部である抵抗R1と抵抗R2とが直列に接続しており、チャージポンプ回路30の出力端子とGNDとの間に第2の抵抗部である抵抗R3と抵抗R4とが接続している。比較器COMP1の一方の入力端子は、抵抗R1及び抵抗R2を介してチャージポンプ回路30の入力端子とGND端子とに接続しており、チャージポンプ回路30に入力する電源電圧Vccを取り込んでいる。比較器COMP1のもう一方の入力端子は、抵抗R3および抵抗R4を介してチャージポンプ回路30の出力端子とGND端子とに接続しており、チャージポンプ回路30より出力される出力電圧(Voutと同じ)を取り込んでいる。比較器COMP1の出力端子は、バイパス回路20の制御入力端子に接続されている。比較器COMP1は、チャージポンプ回路30に入力する電源電圧Vccと、出力電圧Voutとを比較し、その比較結果をバイパス回路20の制御入力端子に出力する。このように、抵抗と比較器という簡単な構成で検出回路を形成することができる。バイパス回路20は、比較器COMP1がVcc>Voutを検出した場合には、電源電圧Vccを電圧変換回路の出力端子にバイパスさせる。
【0024】
次に、第2の実施例として、バイパス回路がp型MOSトランジスタスイッチにより構成されるDC/DCコンバータについて説明する。図4は、本発明の第2の実施例のブロック図である。図1と同じものには同じ番号を付し、説明は省略する。
【0025】
バイパス回路21は、p型MOSトランジスタPMOS M1により構成され、電源電圧入力端子101と電圧変換回路の出力端子との間に直列に接続される。PMOS M1は、ソース端子が電源電圧Vcc、ドレイン端子が出力電圧Vout及びゲート端子が検出回路10の出力端子に接続しており、検出回路10の出力信号に応じてオン/オフするスイッチング素子である。検出回路10がVcc>Voutを検出した場合はオンして電源電圧Vccを出力電圧Voutにバイパスさせ、それ以外の場合にはオフする。
【0026】
次に、参考例として、ダイオードを用いたDC/DCコンバータについて説明する。図5は、本発明の参考例のブロック図である。図1と同じものには同じ番号を付し、説明は省略する。
【0027】
ダイオードD1は、電源電圧入力端子101と電圧変換回路の出力端子との間に直列に接続され、アノード端子は電源電圧入力端子101に接続し、カソード端子は電圧変換回路の出力端子に接続する。ダイオードD1は、電源電圧Vcc>出力電圧Voutの場合に、電流を流して出力電圧Voutの立ち上がりを助ける。このように、ダイオードD1は、Vcc>Voutを検出する検出回路の機能と、出力電圧Voutにバイパスさせるバイパス回路の機能と、を有する。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電圧変換回路では、チャージポンプ回路の出力電圧値が電源電圧値より低いか否かを検出し、低いことが検出された場合には、電源電圧を出力電圧にバイパスする。
【0029】
このように、出力電圧が電源電圧より低いと判断した場合には、電源電圧を出力電圧にバイパスさせることにより、出力電圧が0Vから所望の電圧値に到達するまでの立ち上がり時間を速くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態であるチャージポンプ型の電圧変換回路の構成図である。
【図2】本発明に係る電圧変換回路における立ち上がり時の出力電圧を示した図である。
【図3】本発明の第1の実施例のブロック図である。
【図4】本発明の第2の実施例のブロック図である。
【図5】 本発明の参考例のブロック図である。
【図6】従来のチャージポンプ型の電圧変換回路の構成図である。
【図7】従来の電圧変換回路における立ち上がり時の出力電圧を示した図である。
【符号の説明】
10・・・検出回路
20・・・バイパス回路
30・・・チャージポンプ回路
101・・・電源電圧入力端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a voltage conversion circuit, and more particularly to a charge pump type voltage conversion circuit that converts a power supply voltage into an output signal having a desired voltage value using a charge pump circuit.
[0002]
[Prior art]
A voltage conversion circuit used in a power supply control IC or the like is used to extract an output voltage having a voltage value larger or smaller than a supply power supply voltage from a single supply power supply voltage. In these voltage conversion circuits, when formed on a semiconductor integrated circuit, a charge pump type voltage conversion circuit having the advantages of good matching with the semiconductor integrated circuit and its manufacturing process and low loss is widely adopted. Yes. FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional charge pump type voltage conversion circuit.
[0003]
In the conventional voltage conversion circuit, the
[0004]
The
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional charge pump type voltage conversion circuit has a problem that the efficiency to reach a desired voltage value is poor particularly at the time of rising.
[0006]
FIG. 7 is a diagram showing an output voltage at the time of rising in the conventional voltage conversion circuit. As shown in the figure, the output voltage Vout is 0V at the time of rising, and the output voltage Vout is boosted by repeating the switching in the
[0007]
Thus, the conventional voltage conversion circuit raises the output voltage Vout from 0V to a desired output voltage value Vch by repeating switching. In particular, at the time of rising, since the output voltage Vout is boosted from 0 V, there is a problem that it takes time until the output voltage Vout reaches the desired output voltage value Vch and stabilizes.
[0008]
The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a voltage conversion circuit capable of increasing the efficiency until the output voltage reaches a desired voltage value.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to solve the above problems, in a charge pump type voltage conversion circuit that converts a power supply voltage into an output signal of a desired voltage value using a charge pump circuit, the power supply voltage supplied to the charge pump circuit And a detection circuit that compares the output signal output from the charge pump circuit to detect whether the voltage value of the output signal is lower than the value of the power supply voltage, and a power supply voltage input terminal that supplies the power supply voltage And a p-type MOS transistor switch connected in series between the output terminal of the voltage conversion circuit and a gate terminal connected to the output terminal of the detection circuit, and the voltage of the output signal by the detection circuit that the value was and a bypass circuit for bypassing the power supply voltage to the output terminal when it is lower than the value of the power supply voltage is detected Voltage conversion circuit, wherein, is provided.
[0010]
In the voltage conversion circuit having such a configuration, the detection circuit detects the power supply voltage value supplied to the charge pump circuit and the voltage value of the output signal output from the charge pump circuit, and the power supply voltage value and the voltage of the output signal are detected. By comparing with the value, it is detected whether or not the voltage value of the output signal is lower than the power supply voltage value, and a signal according to the result is output to the gate terminal of the p-type MOS transistor switch constituting the bypass circuit. When the detection circuit detects that the voltage of the output signal of the charge pump circuit is lower than the power supply voltage, the p-type MOS transistor switch is turned on to bypass the power supply voltage to the output terminal. As a result, the power supply voltage is added to the output voltage.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a charge pump type voltage conversion circuit according to an embodiment of the present invention.
[0014]
The charge pump type voltage conversion circuit according to the present invention is different from the conventional voltage conversion circuit shown in FIG. 6 in the relationship between the power supply voltage Vcc supplied to the
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
The capacitor C2 smoothes the output voltage Vout.
The voltage conversion circuit having such a configuration will be described.
The
[0019]
A change in the output voltage at the time of rising in the voltage conversion circuit described above will be described. FIG. 2 is a diagram showing an output voltage at the time of rising in the voltage conversion circuit according to the present invention. For comparison, the change in the output voltage in the conventional voltage conversion circuit shown in FIG.
[0020]
Immediately after the voltage conversion circuit rises, the output voltage Vout of the voltage conversion circuit is 0V. The
[0021]
As described above, by bypassing the power supply voltage Vcc to the output terminal when the voltage conversion circuit rises, it is possible to shorten the rise time required for the output voltage Vout to reach a desired voltage value.
[0022]
Next, examples of the voltage conversion circuit according to the present invention will be described.
FIG. 3 is a block diagram of the first embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. The first embodiment is a DC / DC converter in which the detection circuit 11 includes resistors R1, R2, R3, and R4 and a comparator COMP1.
[0023]
In the detection circuit 11, a resistor R1 and a resistor R2, which are first resistance units, are connected in series between the input terminal of the
[0024]
Next, as a second embodiment, a DC / DC converter in which a bypass circuit is constituted by a p-type MOS transistor switch will be described. FIG. 4 is a block diagram of a second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG.
[0025]
The
[0026]
Next, a DC / DC converter using a diode will be described as a reference example . FIG. 5 is a block diagram of a reference example of the present invention. The same parts as those in FIG.
[0027]
The diode D1 is connected in series between the power supply voltage input terminal 101 and the output terminal of the voltage conversion circuit, the anode terminal is connected to the power supply voltage input terminal 101, and the cathode terminal is connected to the output terminal of the voltage conversion circuit. The diode D1 allows current to flow and helps rise of the output voltage Vout when the power supply voltage Vcc> the output voltage Vout. Thus, the diode D1 has a function of a detection circuit that detects Vcc> Vout and a function of a bypass circuit that bypasses the output voltage Vout.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, in the voltage conversion circuit of the present invention, it is detected whether the output voltage value of the charge pump circuit is lower than the power supply voltage value, and when it is detected that the output voltage value is low, the power supply voltage is bypassed to the output voltage. To do.
[0029]
Thus, when it is determined that the output voltage is lower than the power supply voltage, the rise time until the output voltage reaches the desired voltage value from 0 V can be increased by bypassing the power supply voltage to the output voltage. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a charge pump type voltage conversion circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an output voltage at the time of rising in the voltage conversion circuit according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a second exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a reference example of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional charge pump type voltage conversion circuit.
FIG. 7 is a diagram showing an output voltage at the time of rising in a conventional voltage conversion circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記チャージポンプ回路に供給される前記電源電圧と前記チャージポンプ回路より出力される出力信号とを比較して前記出力信号の電圧値が前記電源電圧の値より低いか否かを検出する検出回路と、
前記電源電圧を供給する電源電圧入力端子と前記電圧変換回路の出力端子との間に直列に接続されるとともに、ゲート端子が前記検出回路の出力端子に接続されるp型MOSトランジスタスイッチで構成され、前記検出回路によって前記出力信号の電圧値が前記電源電圧の値より低いことが検出された場合に前記電源電圧を前記出力端子にバイパスするバイパス回路と、
を備えたことを特徴とする電圧変換回路。In a charge pump type voltage conversion circuit that converts a power supply voltage into an output signal of a desired voltage value using a charge pump circuit,
A detection circuit that compares the power supply voltage supplied to the charge pump circuit with an output signal output from the charge pump circuit to detect whether a voltage value of the output signal is lower than a value of the power supply voltage; ,
The p-type MOS transistor switch is connected in series between the power supply voltage input terminal for supplying the power supply voltage and the output terminal of the voltage conversion circuit, and the gate terminal is connected to the output terminal of the detection circuit. A bypass circuit that bypasses the power supply voltage to the output terminal when the detection circuit detects that the voltage value of the output signal is lower than the value of the power supply voltage;
A voltage conversion circuit comprising:
前記チャージポンプ回路の入力端子に接続されて前記電源電圧の大きさを検出する第1の抵抗部と、
前記チャージポンプ回路の出力端子に接続されて前記出力信号の電圧値を検出する第2の抵抗部と、
一方の入力端子が前記第1の抵抗部と接続され、もう一方の入力端子が前記第2の抵抗部と接続されて、前記電源電圧の大きさと前記出力信号の電圧値とを比較する比較器と、
から構成されることを特徴とする請求項1記載の電圧変換回路。The detection circuit includes:
A first resistor connected to the input terminal of the charge pump circuit for detecting the magnitude of the power supply voltage;
A second resistor connected to the output terminal of the charge pump circuit for detecting the voltage value of the output signal;
A comparator that compares one of the input terminals with the first resistor and the other input terminal with the second resistor to compare the magnitude of the power supply voltage with the voltage value of the output signal. When,
The voltage conversion circuit according to claim 1, comprising:
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