JP2012210063A - Voltage conversion circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To convert an input voltage into a positive voltage and a negative voltage having an arbitrary value in a simple configuration.SOLUTION: A voltage conversion circuit 100 comprises transistors Tr1 to Tr 5, a coil L, and a control circuit 10. The control circuit 10 turns on the transistors Tr1 and Tr2 and turns off the transistors Tr3, Tr4, and Tr5 in charge periods in a first period and a second period, turns on the transistors Tr3 and Tr4 and turns off the transistors Tr1, Tr2, and Tr5 in a discharge period in the first period, and turns on the transistors Tr2 and Tr5 and turns off the transistors Tr1, Tr3, and Tr4 in a discharge period in the second period.

Description

本発明は、正電圧と負電圧を生成する技術に関する。   The present invention relates to a technique for generating a positive voltage and a negative voltage.

所定の正電圧を、より大きな正電圧と負電圧とに変換する電圧変換回路として、チャージポンプを用いるものが知られている。特許文献1には、入力電圧をVDDとしたとき、2個の容量素子と7個のスイッチング素子とを用いて、+2VDD及び-2VDDを出力するチャージポンプ回路が開示されている。   2. Description of the Related Art As a voltage conversion circuit that converts a predetermined positive voltage into a larger positive voltage and negative voltage, one using a charge pump is known. Patent Document 1 discloses a charge pump circuit that outputs +2 VDD and −2 VDD using two capacitance elements and seven switching elements when the input voltage is VDD.

特開平6−165482号公報JP-A-6-165482

しかし、特許文献1の技術では、7個のスイッチング素子を用いるため構成が複雑であり、しかも、これらを適切なタイミングでオン・オフさせる必要があるため、7個のスイッチング素子を制御する制御回路も構成が複雑となる。さらに、チャージポンプ回路から出力される正電圧と負電圧は絶対値を等しくする必要があり、任意の大きさを指定することができないといった問題があった。
以上の事情を考慮して、本発明は、構成を簡素化しつつ、入力電圧から任意の正電圧と負電圧とを生成することを解決課題とする。
However, in the technique of Patent Document 1, since the seven switching elements are used, the configuration is complicated, and it is necessary to turn them on / off at an appropriate timing. Therefore, a control circuit that controls the seven switching elements However, the configuration becomes complicated. Furthermore, there is a problem that the positive voltage and the negative voltage output from the charge pump circuit must have the same absolute value, and an arbitrary magnitude cannot be specified.
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to generate an arbitrary positive voltage and negative voltage from an input voltage while simplifying the configuration.

以上の課題を解決するために本発明が採用する手段を説明する。本発明の電圧変換回路は、入力電圧が供給される第1端子と、コイルの一方の端子が接続される第2端子と、 前記コイルの他方の端子が接続される第3端子と、接地電圧が供給される第4端子と、正電圧を出力する第5端子と、負電圧を出力する第6端子と、前記第1端子と前記第2端子との間に設けられた第1スイッチング素子と、前記第3端子と前記第4端子との間に設けられた第2スイッチング素子と、前記第2端子と前記第4端子との間に設けられた第3スイッチング素子と、前記第3端子と前記第5端子との間に設けられた第4スイッチング素子と、前記第2端子と前記第6端子との間に設けられた第5スイッチング素子と、前記正電圧を生成するための第1期間と前記負電圧を生成するための第2期間とで前記第1乃至第5スイッチング素子をオン又はオフに制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記第1期間の充電期間において、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子をオンさせ、前記第3スイッチング素子、前記第4スイッチング素子、及び前記第5スイッチング素子をオフさせ、前記第1期間の充電期間に続く放電期間において、前記第3スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子をオンさせ、前記第1スイッチング素子、前記第2スイッチング素子、及び前記第5スイッチング素子をオフさせ、前記第2期間の充電期間において、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子をオンさせ、前記第3スイッチング素子、前記第4スイッチング素子、及び前記第5スイッチング素子をオフさせ、前記第2期間の充電期間に続く放電期間において、前記第2スイッチング素子及び前記第5スイッチング素子をオンさせ、前記第1スイッチング素子、前記第3スイッチング素子、及び前記第4スイッチング素子をオフさせる。   Means employed by the present invention to solve the above problems will be described. The voltage conversion circuit of the present invention includes a first terminal to which an input voltage is supplied, a second terminal to which one terminal of the coil is connected, a third terminal to which the other terminal of the coil is connected, and a ground voltage. A fourth terminal for supplying positive voltage, a fifth terminal for outputting positive voltage, a sixth terminal for outputting negative voltage, and a first switching element provided between the first terminal and the second terminal; A second switching element provided between the third terminal and the fourth terminal, a third switching element provided between the second terminal and the fourth terminal, and the third terminal A fourth switching element provided between the fifth terminal, a fifth switching element provided between the second terminal and the sixth terminal, and a first period for generating the positive voltage And the second period for generating the negative voltage. A control circuit that controls the switching element to be turned on or off, and the control circuit turns on the first switching element and the second switching element in the charging period of the first period, and the third switching element, Turning off the fourth switching element and the fifth switching element, and turning on the third switching element and the fourth switching element in a discharging period following the charging period of the first period; The second switching element and the fifth switching element are turned off, and the first switching element and the second switching element are turned on in the charging period of the second period, and the third switching element and the fourth switching element are turned on. And turning off the element and the fifth switching element to charge the second period In a discharge period following the period, the second switching element and the fifth switching element are turned on, and the first switching element, the third switching element, and the fourth switching element are turned off.

この発明によれば、第1期間と第2期間の充電期間では、電流を同じ方向に流して電力をコイルに蓄え、第1期間の放電期間では第5端子から電流を吐き出すことによって正電圧を出力する一方、第2期間の放電期間では第6端子から電流を吸い込むことによって負電圧を出力する。これにより、1個のコイルと5個のスイッチング素子によって、正電圧と負電圧の双方を出力することができる。よって、従来の技術よりも構成が簡素化され、スッチング素子などを減らすことができる。また、スイッチング素子を制御する制御回路の構成を簡素化できる。さらに、第1期間の充電期間及び放電期間の長さと、第2期間の充電期間及び放電期間の長さを独立して制御することによって、正電圧の絶対値と負電圧の絶対値を独立して設定することが可能となる。   According to the present invention, in the charging period of the first period and the second period, the current flows in the same direction to store power in the coil, and in the discharging period of the first period, the positive voltage is generated by discharging the current from the fifth terminal. On the other hand, during the discharge period of the second period, a negative voltage is output by sucking current from the sixth terminal. Thereby, both a positive voltage and a negative voltage can be output by one coil and five switching elements. Therefore, the configuration is simplified as compared with the conventional technique, and the number of switching elements can be reduced. In addition, the configuration of the control circuit that controls the switching element can be simplified. Furthermore, the absolute value of the positive voltage and the absolute value of the negative voltage are made independent by independently controlling the length of the charging period and discharging period of the first period and the length of the charging period and discharging period of the second period. Can be set.

この発明の好ましい態様として、前記制御回路は、前記第1期間の放電期間に続く停止期間、及び前記第1期間の放電期間に続く停止期間において、前記第2スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子をオンさせ、前記第1スイッチング素子、前記第4スイッチング素子、及び前記第5スイッチング素子をオフさせてもよい。この場合には、停止期間において、コイルに蓄えられた電力をゼロにするので、次の充電期間にコイルに電力が残っていることがない。このため、正確に正電圧の大きさと負電圧の大きさを制御することができる。   As a preferred aspect of the present invention, the control circuit includes the second switching element and the third switching element in a stop period following the discharge period of the first period and a stop period following the discharge period of the first period. The first switching element, the fourth switching element, and the fifth switching element may be turned off by turning on. In this case, since the electric power stored in the coil is set to zero during the stop period, no electric power remains in the coil during the next charging period. For this reason, the magnitude of the positive voltage and the magnitude of the negative voltage can be accurately controlled.

この発明の好ましい形態として、前記第1期間の放電期間において前記コイルに流れる電流がゼロになったことを検出して第1の検出信号を出力する第1検出部と、前記第2期間の放電期間において前記コイルに流れる電流がゼロになったことを検出して第2の検出信号を出力する第2検出部とを備え、前記制御回路は、前記第1の検出信号に基づいて前記第1期間の放電期間を終了し、前記第2の検出信号に基づいて前記第2期間の放電期間を終了させてもよい。この場合には、コイル電流の大きさを検知して放電期間を終了させるので、コイルに蓄えられた電力を効率良く出力することができる。   As a preferred embodiment of the present invention, a first detection unit that detects that the current flowing through the coil has become zero during the discharge period of the first period and outputs a first detection signal; and a discharge of the second period A second detection unit that detects that the current flowing in the coil during the period becomes zero and outputs a second detection signal, and the control circuit is configured to output the first detection signal based on the first detection signal. The discharge period of the period may be ended, and the discharge period of the second period may be ended based on the second detection signal. In this case, the magnitude of the coil current is detected and the discharge period is terminated, so that the power stored in the coil can be output efficiently.

より具体的には、前記第1検出部は、前記第2スイッチング素子又は前記第3スイッチング素子の一方の端子の電圧と他方の端子の電圧を比較する第1のコンパレータであり、 前記第2検出部は、前記第2スイッチング素子又は前記第3スイッチング素子の一方の端子の電圧と他方の端子の電圧を比較する第2のコンパレータであることが好ましい。   More specifically, the first detection unit is a first comparator that compares a voltage at one terminal of the second switching element or the third switching element with a voltage at the other terminal, and the second detection element The unit is preferably a second comparator that compares the voltage at one terminal of the second switching element or the third switching element with the voltage at the other terminal.

この発明の好ましい形態として、前記正電圧と目標電圧との差分に応じたパルス幅の第1信号を生成する第1手段と、前記負電圧と目標電圧との差分に応じたパルス幅の第2信号を生成する第2手段とを備え、前記制御回路は、前記第1信号に基づいて前記第1期間の充電期間の長さを制御し、前記第2信号に基づいて前記第2期間の充電期間の長さを制御してもよい。この発明によれば、第1信号のパルス幅と第2信号のパルス幅は独立して制御されるので、任意の大きさの正電圧と負電圧とを出力することができる。   As a preferred embodiment of the present invention, a first means for generating a first signal having a pulse width corresponding to the difference between the positive voltage and the target voltage, and a second pulse width corresponding to the difference between the negative voltage and the target voltage. A second means for generating a signal, wherein the control circuit controls the length of the charging period of the first period based on the first signal, and the charging of the second period based on the second signal You may control the length of a period. According to the present invention, since the pulse width of the first signal and the pulse width of the second signal are controlled independently, a positive voltage and a negative voltage of arbitrary magnitude can be output.

本発明の実施形態に係る電圧変換回路のブロック図である。1 is a block diagram of a voltage conversion circuit according to an embodiment of the present invention. 各信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of each signal. 第1期間及び第2期間の充電期間におけるトランジスタのオン・オフを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating on / off of the transistor in the charge period of a 1st period and a 2nd period. 第1期間の放電期間におけるトランジスタのオン・オフを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating on / off of the transistor in the discharge period of a 1st period. 第1期間及び第2期間の停止期間におけるトランジスタのオン・オフを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating on / off of the transistor in the stop period of a 1st period and a 2nd period. 第2期間の放電期間におけるトランジスタのオン・オフを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating on / off of the transistor in the discharge period of a 2nd period.

<実施形態>
図1は、本発明の実施形態に係る電圧変換回路100のブロック図である。電圧変換回路100は、端子1と端子T4との間に供給される入力電圧VDDを変換して、正電圧Vpを端子T5から出力する一方、負電圧Vnを端子T6から出力する電源回路(DC-DCコンバータ)である。直流電源回路20は端子T1と端子T4との間に入力電圧VDDを供給する。端子T4は接地される。また、端子T1と端子T4との間に設けられた容量素子21は、入力電圧VDDを平滑化するものである。端子T7には基準電圧Vrefが供給され、端子T8にはクロック信号CLKが供給される。さらに、容量素子22が端子T5に接続され、容量素子23が端子T6に接続される。容量素子22及び23は正電圧Vp及び正電圧Vnを平滑化するために用いられる。
<Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram of a voltage conversion circuit 100 according to an embodiment of the present invention. The voltage conversion circuit 100 converts the input voltage VDD supplied between the terminal 1 and the terminal T4, outputs the positive voltage Vp from the terminal T5, and outputs the negative voltage Vn from the terminal T6 (DC). -DC converter). The DC power supply circuit 20 supplies the input voltage VDD between the terminals T1 and T4. Terminal T4 is grounded. A capacitive element 21 provided between the terminal T1 and the terminal T4 smoothes the input voltage VDD. A reference voltage Vref is supplied to the terminal T7, and a clock signal CLK is supplied to the terminal T8. Further, the capacitive element 22 is connected to the terminal T5, and the capacitive element 23 is connected to the terminal T6. The capacitive elements 22 and 23 are used to smooth the positive voltage Vp and the positive voltage Vn.

電圧変換回路100は、スイッチング素子として機能するPチャネルのトランジスタTr1及びTr4と、NチャネルのトランジスタTr2、Tr3、及びTr5とを備える。これらは、制御回路10が生成する制御信号S1〜S5によってオン・オフが制御される。トランジスタTr1は、端子T1と端子T2との間に設けられ、入力電圧VDDをコイルLの一方の端子に供給するか否かを制御する。トランジスタTr2は、端子T3と端子T4との間に設けられ、コイルLの他方の端子を接地するか否かを制御する。トランジスタTr3は、端子T2と端子T4との間に設けられ、コイルLの一方の端子を接地するか否かを制御する。トランジスタTr4は、端子T3と端子T5との間に設けられ、正電圧Vpを出力するか否かを制御する。トランジスタTr5は、端子T2と端子T6との間に設けられ、負電圧Vnを出力するか否かを制御する。   The voltage conversion circuit 100 includes P-channel transistors Tr1 and Tr4 that function as switching elements, and N-channel transistors Tr2, Tr3, and Tr5. These are controlled to be turned on / off by control signals S1 to S5 generated by the control circuit 10. The transistor Tr1 is provided between the terminal T1 and the terminal T2, and controls whether or not the input voltage VDD is supplied to one terminal of the coil L. The transistor Tr2 is provided between the terminal T3 and the terminal T4 and controls whether or not the other terminal of the coil L is grounded. The transistor Tr3 is provided between the terminal T2 and the terminal T4 and controls whether one terminal of the coil L is grounded. The transistor Tr4 is provided between the terminal T3 and the terminal T5 and controls whether or not to output the positive voltage Vp. The transistor Tr5 is provided between the terminal T2 and the terminal T6 and controls whether or not to output the negative voltage Vn.

コンパレータ12(第2検出部)は、トランジスタTr2に並列に設けられており、コイル電流ILがゼロになると、ハイレベルからローベルに切り替わる検出信号X2を生成して制御回路10に供給する。コンパレータ13(第1検出部)は、トランジスタTr3と並列に設けられており、コイル電流ILがゼロになると、ハイレベルからローベルに切り替わる検出信号X1を生成して制御回路10に供給する。   The comparator 12 (second detection unit) is provided in parallel with the transistor Tr2. When the coil current IL becomes zero, the comparator 12 generates a detection signal X2 that switches from high level to low level and supplies the detection signal X2 to the control circuit 10. The comparator 13 (first detection unit) is provided in parallel with the transistor Tr3. When the coil current IL becomes zero, the comparator 13 generates a detection signal X1 that switches from high level to low level and supplies the detection signal X1 to the control circuit 10.

また、三角波発生回路11はクロック信号CLKに同期して三角波信号Vrampを生成する。アンプ15は正電圧Vpと基準電圧Vrefとの差分に基づいて誤差信号Err1を生成し、アンプ16は負電圧Vnと基準電圧Vrefとの差分に基づいて誤差信号Err2を生成する。コンパレータ17は、三角波信号Vrampと誤差信号Err1とを比較してPWM信号P1を生成し制御回路10に出力する。コンパレータ18は、三角波信号Vrampと誤差信号Err2とを比較してPWM信号P2を生成し制御回路10に出力する。   The triangular wave generation circuit 11 generates a triangular wave signal Vramp in synchronization with the clock signal CLK. The amplifier 15 generates an error signal Err1 based on the difference between the positive voltage Vp and the reference voltage Vref, and the amplifier 16 generates an error signal Err2 based on the difference between the negative voltage Vn and the reference voltage Vref. The comparator 17 compares the triangular wave signal Vramp and the error signal Err1, generates a PWM signal P1, and outputs the PWM signal P1 to the control circuit 10. The comparator 18 compares the triangular wave signal Vramp and the error signal Err2, generates a PWM signal P2, and outputs it to the control circuit 10.

制御回路10は、検出信号X1及びX2、クロック信号CLK、並びにPWM信号P1及びP2に基づいて、制御信号S1〜S5を生成する。以上の構成において、PWM信号P1のパルス幅が長くなる程、正電圧Vpは大きくなり、PWM信号P2のパルス幅が長くなる程、負電圧Vnの絶対値は大きくなる。PWM信号P1とPWM信号P2とは、三角波信号Vrampと誤差信号Err1及びErr2を比較して生成されるので、アンプ16及び17のゲインを調整することによって、正電圧Vpと負電圧Vnの大きさを設定することができる。   The control circuit 10 generates control signals S1 to S5 based on the detection signals X1 and X2, the clock signal CLK, and the PWM signals P1 and P2. In the above configuration, the positive voltage Vp increases as the pulse width of the PWM signal P1 increases, and the absolute value of the negative voltage Vn increases as the pulse width of the PWM signal P2 increases. Since the PWM signal P1 and the PWM signal P2 are generated by comparing the triangular wave signal Vramp and the error signals Err1 and Err2, the magnitudes of the positive voltage Vp and the negative voltage Vn are adjusted by adjusting the gains of the amplifiers 16 and 17. Can be set.

次に、電圧変換回路100の動作を説明する。電圧変換回路100の動作は、正電圧Vpを生成する第1期間Taと、負電圧Vnを生成する第2期間Tbに大別され、さらに、第1期間Taと第2期間Tbとの各々が充電期間、放電期間、及び停止期間に分けられる。図2は、電圧変換回路の各部の波形を示すタイミングチャートであり、図3〜図6は、トランジスタTr1〜Tr5のオン・オフを説明するために説明図である。   Next, the operation of the voltage conversion circuit 100 will be described. The operation of the voltage conversion circuit 100 is roughly divided into a first period Ta for generating the positive voltage Vp and a second period Tb for generating the negative voltage Vn. Further, each of the first period Ta and the second period Tb is It is divided into a charge period, a discharge period, and a stop period. FIG. 2 is a timing chart showing waveforms of respective parts of the voltage conversion circuit, and FIGS. 3 to 6 are explanatory diagrams for explaining ON / OFF of the transistors Tr1 to Tr5.

図2に示すように、クロック信号CLKは、第1期間Ta及び第2期間Tbの開始でハイレベルとなる。三角波発生回路11はクロック信号CLKの立ち上がりに同期して、三角波信号Vrampのレベルをリセットする。PWM信号P1は誤差信号Err1に応じた期間だけアクティブ(ハイレベル)となり、PWM信号P2は誤差信号Err2に応じた期間だけアクティブ(ハイレベル)となる。制御回路10はPWM信号P1がアクティブとなる期間を第1期間Taの充電期間とし、PWM信号P1がアクティブとなる期間を第2期間Tbの充電期間とする。   As shown in FIG. 2, the clock signal CLK becomes a high level at the start of the first period Ta and the second period Tb. The triangular wave generation circuit 11 resets the level of the triangular wave signal Vramp in synchronization with the rising edge of the clock signal CLK. The PWM signal P1 is active (high level) only during a period corresponding to the error signal Err1, and the PWM signal P2 is active (high level) only during a period corresponding to the error signal Err2. The control circuit 10 sets the period in which the PWM signal P1 is active as the charging period of the first period Ta, and sets the period in which the PWM signal P1 is active as the charging period of the second period Tb.

まず、第1期間Taの充電期間では、制御回路10は制御信号S1及びS2をアクティブとし、制御信号S3〜S5を非アクティブとする。この結果、図3に示すようにトランジスタTr1及びTr2がオンし、トランジスタTr3〜Tr5がオフする。充電期間では、直流電源回路20→端子T1→トランジスタTr1→端子T2→コイルL→端子T3→トランジスタTr2→端子T4→接地といった経路で電流が流れる。このとき、コイルLの一方の端子の電圧である第1電圧V1は接地を基準として正の電圧となり、コイルLの他方の電圧である第2電圧V2は接地電圧(GND)となる。充電期間では、トランジスタTr1を介して電流ILがコイルLに流れ込み、これによって、コイルLに流れる電流ILは次第に大きくなり、コイルLに電力が蓄えられる。   First, in the charging period of the first period Ta, the control circuit 10 activates the control signals S1 and S2 and deactivates the control signals S3 to S5. As a result, as shown in FIG. 3, the transistors Tr1 and Tr2 are turned on, and the transistors Tr3 to Tr5 are turned off. In the charging period, a current flows through a path such as the DC power supply circuit 20 → terminal T1, transistor Tr1, terminal T2, coil L, terminal T3, transistor Tr2, terminal T4, and ground. At this time, the first voltage V1, which is the voltage at one terminal of the coil L, is a positive voltage with respect to the ground, and the second voltage V2, which is the other voltage of the coil L, is the ground voltage (GND). During the charging period, the current IL flows into the coil L via the transistor Tr1, and as a result, the current IL flowing through the coil L gradually increases, and electric power is stored in the coil L.

次に、第1期間Taの放電期間は、充電期間の終了から開始され、検出信号X1の立ち下がりE1で終了する。上述したように検出信号X1は、コイル電流ILがゼロになると、ハイレベルからローベルに切り替わる。したがって、第1期間Taの放電期間は、充電期間の終了からコイル電流ILがゼロになるまでの期間となる。第1期間Taの放電期間において、制御回路10は制御信号S3及びS4をアクティブとし、制御信号S1、S2、及びS5を非アクティブとする。この結果、図4に示すようにトランジスタTr3及びTr4がオンし、トランジスタTr1、Tr2、及びTr5がオフする。放電期間では、接地→端子T4→トランジスタTr3→端子T2→コイルL→端子T3→トランジスタTr4→端子T5といった経路で電流が流れる。このとき、コイルLの他方の端子の電圧である第2電圧V2は接地を基準として正の電圧となり、コイルLの一方の電圧である第1電圧V1は接地電圧(GND)となる。第1期間Taの放電期間では、第2電圧V2がトランジスタTr4を介して端子T5から正電圧Vpとして出力される。正電圧Vpは、第1期間Taの充電期間にコイルLに蓄えられた電力によって生成される。   Next, the discharging period of the first period Ta starts from the end of the charging period and ends at the falling edge E1 of the detection signal X1. As described above, the detection signal X1 switches from the high level to the low level when the coil current IL becomes zero. Therefore, the discharging period of the first period Ta is a period from the end of the charging period until the coil current IL becomes zero. In the discharge period of the first period Ta, the control circuit 10 activates the control signals S3 and S4 and deactivates the control signals S1, S2, and S5. As a result, as shown in FIG. 4, the transistors Tr3 and Tr4 are turned on, and the transistors Tr1, Tr2, and Tr5 are turned off. In the discharging period, a current flows through a path of ground → terminal T4 → transistor Tr3 → terminal T2 → coil L → terminal T3 → transistor Tr4 → terminal T5. At this time, the second voltage V2 that is the voltage at the other terminal of the coil L is a positive voltage with respect to the ground, and the first voltage V1 that is one voltage of the coil L is the ground voltage (GND). In the discharge period of the first period Ta, the second voltage V2 is output as the positive voltage Vp from the terminal T5 via the transistor Tr4. The positive voltage Vp is generated by the electric power stored in the coil L during the charging period of the first period Ta.

次に、第1期間Taの停止期間は、放電期間の終了から開始されクロック信号CLKがハイレベルになると終了する。当該期間において、制御回路10は制御信号S2及びS3をアクティブとし、制御信号S1、S4、及びS5を非アクティブとする。この結果、図5に示すようにトランジスタTr2及びTr3がオンし、トランジスタTr1、Tr4、及びTr5がオフする。停止期間では、端子T2及び端子T3がいずれも接地される。したがって、コイルLの第1電圧V1及び第2電圧V2は接地電圧となる。   Next, the stop period of the first period Ta starts from the end of the discharge period and ends when the clock signal CLK becomes high level. During this period, the control circuit 10 activates the control signals S2 and S3 and deactivates the control signals S1, S4, and S5. As a result, as shown in FIG. 5, the transistors Tr2 and Tr3 are turned on, and the transistors Tr1, Tr4, and Tr5 are turned off. In the stop period, both the terminal T2 and the terminal T3 are grounded. Therefore, the first voltage V1 and the second voltage V2 of the coil L are ground voltages.

次に、第2期間Tbの充電期間及び停止期間は、第1期間Taの充電期間及び停止期間と同様に動作する。
次に、第2期間Tbの放電期間は、充電期間の終了から開始され、検出信号X2の立ち下がりE2で終了する。上述したように検出信号X2は、コイル電流ILがゼロになると、ハイレベルからローベルに切り替わる。したがって、第2期間Tbの放電期間は、充電期間の終了からコイル電流ILがゼロになるまでの期間となる。
第2期間Tbの放電期間において、制御回路10は制御信号S2及びS5をアクティブとし、制御信号S1、S3、及びS4を非アクティブとする。この結果、図6に示すようにトランジスタTr2及びTr5がオンし、トランジスタTr1、Tr3、及びTr4がオフする。放電期間では、端子T6→トランジスタTr5→端子T2→コイルL→端子T3→トランジスタTr2→端子T4→接地といった経路で電流が流れる。即ち、端子T6から吸い込む方向に電流が流れる。このとき、コイルLの一方の端子の電圧である第1電圧V1は接地を基準として負の電圧となり、コイルLの他方の電圧である第2電圧V2は接地電圧(GND)となる。第2期間Tbの放電期間では、第1電圧V1がトランジスタTr5を介して端子T6から負電圧Vnとして出力される。負電圧Vnは、第2期間Tbの充電期間にコイルLに蓄えられた電力によって生成される。
Next, the charge period and stop period of the second period Tb operate in the same manner as the charge period and stop period of the first period Ta.
Next, the discharging period of the second period Tb starts from the end of the charging period and ends at the falling edge E2 of the detection signal X2. As described above, the detection signal X2 is switched from the high level to the low level when the coil current IL becomes zero. Accordingly, the discharging period of the second period Tb is a period from the end of the charging period until the coil current IL becomes zero.
In the discharge period of the second period Tb, the control circuit 10 activates the control signals S2 and S5 and deactivates the control signals S1, S3, and S4. As a result, as shown in FIG. 6, the transistors Tr2 and Tr5 are turned on, and the transistors Tr1, Tr3, and Tr4 are turned off. In the discharging period, a current flows through a path such as terminal T6 → transistor Tr5 → terminal T2 → coil L → terminal T3 → transistor Tr2 → terminal T4 → ground. That is, a current flows in the direction of suction from the terminal T6. At this time, the first voltage V1, which is the voltage at one terminal of the coil L, is a negative voltage with respect to the ground, and the second voltage V2, which is the other voltage of the coil L, is the ground voltage (GND). In the discharge period of the second period Tb, the first voltage V1 is output as the negative voltage Vn from the terminal T6 via the transistor Tr5. The negative voltage Vn is generated by the electric power stored in the coil L during the charging period of the second period Tb.

以上説明したように本実施形態よれば、コイルLに蓄積された電力を放電する際に、コイルLに充電期間と同じ方向に電流を流しつつ、電流経路を切り替えて、正電圧Vpを出力する場合には電流を吐き出す一方、負電圧Vnを出力する場合には電流を吸い込むようにしたので正負の電圧を1個のコイルLを用いて生成することができる。また、従来のチャージポンプと比較して、トランジスタの個数を削減することができる。くわえて、本実施形態によれば正電圧Vpと負電圧Vnとの大きさを独立して設定することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, when discharging the electric power stored in the coil L, the current is switched in the same direction as the charging period while the coil L is switched, and the positive voltage Vp is output. In this case, the current is discharged, while when the negative voltage Vn is output, the current is sucked, so that a positive and negative voltage can be generated using one coil L. In addition, the number of transistors can be reduced as compared with a conventional charge pump. In addition, according to the present embodiment, the magnitudes of the positive voltage Vp and the negative voltage Vn can be set independently.

<変形例>
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に述べる変形が可能である。
(1)上述した実施形態では、第1期間Taの放電期間におけるコイル電流ILがゼロになったか否かをコンパレータ13で検出したが、本発明はこれに限定されるものではなく、コイル電流ILがモニタできるのであればどのような手段を用いてもよい。要は、コイル電流ILが流れる電流経路にコイル電流ILを検出する検出部を設ければよい。例えば、トランジスタTr4と並列にコンパレータ13を設けてもよい。
<Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are possible.
(1) In the above-described embodiment, the comparator 13 detects whether or not the coil current IL in the discharge period of the first period Ta has become zero. However, the present invention is not limited to this, and the coil current IL is not limited thereto. Any means may be used as long as it can be monitored. In short, a detection unit for detecting the coil current IL may be provided in a current path through which the coil current IL flows. For example, the comparator 13 may be provided in parallel with the transistor Tr4.

(2)上述した実施形態では、第2期間Tbの放電期間におけるコイル電流ILがゼロになったか否かをコンパレータ12で検出したが、本発明はこれに限定されるものではなく、コイル電流ILがモニタできるのであればどのような手段を用いてもよい。要は、コイル電流ILが流れる電流経路にコイル電流ILを検出する検出部を設ければよい。例えば、トランジスタTr5と並列にコンパレータ12を設けてもよい。 (2) In the above-described embodiment, the comparator 12 detects whether or not the coil current IL in the discharge period of the second period Tb has become zero, but the present invention is not limited to this, and the coil current IL is not limited thereto. Any means may be used as long as it can be monitored. In short, a detection unit for detecting the coil current IL may be provided in a current path through which the coil current IL flows. For example, the comparator 12 may be provided in parallel with the transistor Tr5.

100……電圧変換回路、T1〜T8……端子、TR1〜TR5……トランジスタ、L……コイル、10……制御回路、11……三角波発生回路、12,13,17,18……コンパレータ、15,16……アンプ、20……直流電源回路、21〜23……容量素子、S1〜S5……制御信号、V1……第1電圧、V2……第2電圧。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Voltage conversion circuit, T1-T8 ... Terminal, TR1-TR5 ... Transistor, L ... Coil, 10 ... Control circuit, 11 ... Triangle wave generation circuit, 12, 13, 17, 18 ... Comparator, DESCRIPTION OF SYMBOLS 15,16 ... Amplifier, 20 ... DC power supply circuit, 21-23 ... Capacitance element, S1-S5 ... Control signal, V1 ... 1st voltage, V2 ... 2nd voltage.

Claims (5)

入力電圧が供給される第1端子と、
コイルの一方の端子が接続される第2端子と、
前記コイルの他方の端子が接続される第3端子と、
接地電圧が供給される第4端子と、
正電圧を出力する第5端子と、
負電圧を出力する第6端子と、
前記第1端子と前記第2端子との間に設けられた第1スイッチング素子と、
前記第3端子と前記第4端子との間に設けられた第2スイッチング素子と、
前記第2端子と前記第4端子との間に設けられた第3スイッチング素子と、
前記第3端子と前記第5端子との間に設けられた第4スイッチング素子と、
前記第2端子と前記第6端子との間に設けられた第5スイッチング素子と、
前記正電圧を生成するための第1期間と前記負電圧を生成するための第2期間とで前記第1乃至第5スイッチング素子をオン又はオフに制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記第1期間の充電期間において、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子をオンさせ、前記第3スイッチング素子、前記第4スイッチング素子、及び前記第5スイッチング素子をオフさせ、
前記第1期間の充電期間に続く放電期間において、前記第3スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子をオンさせ、前記第1スイッチング素子、前記第2スイッチング素子、及び前記第5スイッチング素子をオフさせ、
前記第2期間の充電期間において、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子をオンさせ、前記第3スイッチング素子、前記第4スイッチング素子、及び前記第5スイッチング素子をオフさせ、
前記第2期間の充電期間に続く放電期間において、前記第2スイッチング素子及び前記第5スイッチング素子をオンさせ、前記第1スイッチング素子、前記第3スイッチング素子、及び前記第4スイッチング素子をオフさせる、
ことを特徴とする電圧変換回路。
A first terminal to which an input voltage is supplied;
A second terminal to which one terminal of the coil is connected;
A third terminal to which the other terminal of the coil is connected;
A fourth terminal to which a ground voltage is supplied;
A fifth terminal for outputting a positive voltage;
A sixth terminal for outputting a negative voltage;
A first switching element provided between the first terminal and the second terminal;
A second switching element provided between the third terminal and the fourth terminal;
A third switching element provided between the second terminal and the fourth terminal;
A fourth switching element provided between the third terminal and the fifth terminal;
A fifth switching element provided between the second terminal and the sixth terminal;
A control circuit for controlling the first to fifth switching elements on or off in a first period for generating the positive voltage and a second period for generating the negative voltage;
The control circuit includes:
In the charging period of the first period, the first switching element and the second switching element are turned on, the third switching element, the fourth switching element, and the fifth switching element are turned off,
In the discharging period following the charging period of the first period, the third switching element and the fourth switching element are turned on, the first switching element, the second switching element, and the fifth switching element are turned off,
In the charging period of the second period, the first switching element and the second switching element are turned on, the third switching element, the fourth switching element, and the fifth switching element are turned off,
In a discharging period following the charging period of the second period, the second switching element and the fifth switching element are turned on, and the first switching element, the third switching element, and the fourth switching element are turned off.
A voltage conversion circuit characterized by that.
前記制御回路は、前記第1期間の放電期間に続く停止期間、及び前記第1期間の放電期間に続く停止期間において、前記第2スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子をオンさせ、前記第1スイッチング素子、前記第4スイッチング素子、及び前記第5スイッチング素子をオフさせることを特徴とする請求項1に記載の電圧変換回路。   The control circuit turns on the second switching element and the third switching element in a stop period following the discharge period of the first period and a stop period following the discharge period of the first period, and the first switching element The voltage conversion circuit according to claim 1, wherein an element, the fourth switching element, and the fifth switching element are turned off. 前記第1期間の放電期間において前記コイルに流れる電流がゼロになったことを検出して第1の検出信号を出力する第1検出部と、
前記第2期間の放電期間において前記コイルに流れる電流がゼロになったことを検出して第2の検出信号を出力する第2検出部とを備え、
前記制御回路は、前記第1の検出信号に基づいて前記第1期間の放電期間を終了し、前記第2の検出信号に基づいて前記第2期間の放電期間を終了する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電圧変換回路。
A first detector that detects that the current flowing through the coil has become zero during the discharge period of the first period and outputs a first detection signal;
A second detector that detects that the current flowing through the coil has become zero during the discharge period of the second period and outputs a second detection signal;
The control circuit ends the discharge period of the first period based on the first detection signal, and ends the discharge period of the second period based on the second detection signal;
The voltage conversion circuit according to claim 1 or 2, wherein
前記第1検出部は、前記第2スイッチング素子又は前記第3スイッチング素子の一方の端子の電圧と他方の端子の電圧を比較する第1のコンパレータであり、
前記第2検出部は、前記第2スイッチング素子又は前記第3スイッチング素子の一方の端子の電圧と他方の端子の電圧を比較する第2のコンパレータである、
ことを特徴とする請求項3に記載の電圧変換回路。
The first detection unit is a first comparator that compares the voltage of one terminal of the second switching element or the third switching element with the voltage of the other terminal,
The second detection unit is a second comparator that compares the voltage of one terminal of the second switching element or the third switching element with the voltage of the other terminal.
The voltage conversion circuit according to claim 3.
前記正電圧と目標電圧との差分に応じたパルス幅の第1信号を生成する第1手段と、
前記負電圧と目標電圧との差分に応じたパルス幅の第2信号を生成する第2手段とを備え、
前記制御回路は、前記第1信号に基づいて前記第1期間の充電期間の長さを制御し、前記第2信号に基づいて前記第2期間の充電期間の長さを制御する、
ことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の電圧変換回路。
First means for generating a first signal having a pulse width corresponding to a difference between the positive voltage and a target voltage;
A second means for generating a second signal having a pulse width corresponding to the difference between the negative voltage and the target voltage;
The control circuit controls the length of the charging period of the first period based on the first signal, and controls the length of the charging period of the second period based on the second signal;
The voltage conversion circuit according to claim 1, wherein the voltage conversion circuit is any one of claims 1 to 4.
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