(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を交流化駆動するための駆動電圧を制御する駆動電圧制御装置であって、
Ｈ側の駆動電圧を出力するＨ側出力用オペアンプおよびＬ側の駆動電圧を出力するＬ側出力用オペアンプと、
前記負荷と前記Ｈ側出力用オペアンプまたは前記Ｌ側出力用オペアンプとの接続を所定のタイミングで交互に切り替える出力スイッチと、
前記出力スイッチの切替タイミングを制御するタイミング制御部と、
前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力オペアンプのうち、前記出力スイッチを介して前記負荷に接続されない側の非選択オペアンプを流れるバイアス電流を、前記非選択オペアンプに相当するオペアンプが前記出力スイッチを介して前記負荷に接続されている場合のバイアス電流とは異なる電流値をとるよう、前記切替タイミングに基づいて制御するバイアス電流制御部と、を備えたことを特徴とする駆動電圧制御装置。
【請求項２】
前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプの各々は差動入力ステージおよび出力ステージから成り、
前記バイアス電流制御部は、
前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプのうち、前記出力スイッチを介して前記負荷に接続されない側の非選択オペアンプに対するバイアス電流の制御を、前記非選択オペアンプの前記差動入力ステージを流れるバイアス電流を低減または停止することによって行うことを特徴とする請求項１記載の駆動電圧制御装置。
【請求項３】
前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプの各々は差動入力ステージおよび出力ステージから成り、
前記バイアス電流制御部は、
前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプのうち、前記出力スイッチを介して前記負荷に接続されない側の非選択オペアンプに対するバイアス電流の制御を、前記非選択オペアンプの前記出力ステージを流れるバイアス電流を増加することによって行うことを特徴とする請求項１記載の駆動電圧制御装置。
【請求項４】
前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプの各々は差動入力ステージおよび出力ステージから成り、
前記バイアス電流制御部は、
前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプのうち、前記出力スイッチを介して前記負荷に接続されない側の非選択オペアンプに対するバイアス電流の制御を、前記非選択オペアンプの前記差動入力ステージを流れるバイアス電流および前記非選択オペアンプの前記出力ステージを流れるバイアス電流を共に低減または停止することによって行うことを特徴とする請求項１記載の駆動電圧制御装置。
【請求項５】
前記タイミング制御部は、
前記出力スイッチが一方のオペアンプから他方のオペアンプへと前記負荷との接続を切り替える際に、前記負荷が前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプのいずれのオペアンプにも接続されない所定時間の出力スイッチ切替期間を挟んで切り替えを行うよう、前記出力スイッチの切替タイミングを制御することを特徴とする請求項１、２、３または４記載の駆動電圧制御装置。
【請求項６】
負荷を交流化駆動するための駆動電圧を制御する駆動電圧制御装置であって、
各々が、制御信号に応じて容量値または抵抗値を変更可能な位相補償回路を有するＨ側の駆動電圧を出力するＨ側出力用オペアンプおよびＬ側の駆動電圧を出力するＬ側出力用オペアンプと、
前記負荷と前記Ｈ側出力用オペアンプまたは前記Ｌ側出力用オペアンプとの接続を所定のタイミングで交互に切り替える出力スイッチと、
前記出力スイッチの切替タイミングを制御するタイミング制御部と、
前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力オペアンプのうち、前記出力スイッチを介して前記負荷に接続されない側の非選択オペアンプの位相補償回路の容量値または抵抗値を、前記非選択オペアンプに相当するオペアンプが前記出力スイッチを介して前記負荷に接続されている場合の位相補償回路の容量値または抵抗値よりも大きくなるよう制御する位相補償回路制御部と、を備えたことを特徴とする駆動電圧制御装置。
【請求項７】
負荷を交流化駆動するための駆動電圧を制御する駆動電圧制御装置であって、
各々が差動入力ステージおよび出力ステージから成るＨ側の駆動電圧を出力するＨ側出力用オペアンプおよびＬ側の駆動電圧を出力するＬ側出力用オペアンプと、
前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプのいずれかのオペアンプの出力ステージを流れるバイアス電流を停止するよう、切替タイミングに基づいて制御するバイアス電流制御部と、
前記切替タイミングを出力することで、前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプのいずれかの出力により前記負荷を駆動するよう制御するタイミング制御部と、を備えたことを特徴とする駆動電圧制御装置。
【請求項８】
前記Ｈ側出力用オペアンプまたは前記Ｌ側出力用オペアンプの少なくとも一方の入力に設定電圧を供給する電圧変換装置をさらに備え、
前記電圧変換装置は、一定電圧を発生する電圧源と、
負帰還回路に可変抵抗を備え、前記電圧源の出力電圧の振幅を調整するオペアンプと、
前記オペアンプの出力電圧を高電圧に変換するカレントミラー回路と、を含み、
前記オペアンプは低耐圧用トランジスタから構成された低電圧系オペアンプであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の駆動電圧制御装置。
【請求項９】
前記電圧変換装置が、前記カレントミラー回路の入力側のトランジスタへの過電圧の印加を防止するクランプ回路をさらに含むことを特徴とする請求項８記載の駆動電圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネル等の負荷を交流化駆動するための駆動電圧を制御する駆動電圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネル等の負荷を駆動するための従来の駆動電圧制御装置としては、例えば図１８に示すようなものがある。液晶表示パネルを駆動する際には、焼き付き防止のために交流化駆動が必要である。したがって、従来の駆動電圧制御装置には、図１８に示すように、対向電圧Vrefを発生する電源の各出力側にＨ側出力用オペアンプOPVcomHおよびＬ側出力用オペアンプOPVcomLが設けられ、ＭＯＳトランジスタで構成される出力スイッチ１１がこれらを交互に切り替えて駆動することにより液晶表示パネルに交番電圧を供給している。
【０００３】
但し、液晶表示パネルに接続されていないオペアンプ（以下「非選択オペアンプ」という。）は、パネル負荷付き条件と無負荷条件とでは周波数補償条件が異なり、パネル負荷で安定なオペアンプは無負荷条件では不安定となり、発振して動作が不安定になる恐れがあるため、各オペアンプの出力側には安定化のためのコンデンサ（安定化容量）Ｃが接続されている。また、低消費電力化を実現するために、定電流源から流れる各オペアンプのバイアス電流を調整できるよう、ＣＰＵから送られるコマンドによって設定可能なレジスタ（図示せず）が内部に設けられている。したがって、スリープ状態中やスタンバイ状態中は、レジスタの設定を変更してオペアンプの動作を停止することによって、消費電力を下げることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の駆動電圧制御装置にあっては、コンデンサＣが設けられているために実装部品点数が増加し、それだけコストもかさみ、かつ実装面積が制約されてしまうという問題がある。また、通常、コンデンサは容量に伴いサイズが大きくなるため、装置の小型化といった点で、コンデンサＣがなくても非選択オペアンプが発振せず安定して交番電圧を供給することのできる駆動電圧制御装置が望まれていた。
【０００５】
また、各オペアンプを切り替える出力スイッチ１１は低抵抗である方が望ましいためそのスイッチのＷ／Ｌサイズ比を大きくすると、スイッチの拡散部容量が大きくなり、この容量がオペアンプの負荷となるため駆動電力が大きくなってしまい、低消費電力化できないという問題がある。さらに、オペアンプのバイアス電流は、電源供給能力と消費電力を考慮してＣＰＵからレジスタに設定された値により決定されるため、オペアンプの動作状態に応じてダイナミックに変更できないという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、低消費電力で駆動可能な小型の駆動電圧制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る駆動電圧制御装置は、負荷を交流化駆動するための駆動電圧を制御する駆動電圧制御装置であって、Ｈ側の駆動電圧を出力するＨ側出力用オペアンプおよびＬ側の駆動電圧を出力するＬ側出力用オペアンプと、前記負荷と前記Ｈ側出力用オペアンプまたは前記Ｌ側出力用オペアンプとの接続を所定のタイミングで交互に切り替える出力スイッチと、前記出力スイッチの切替タイミングを制御するタイミング制御部と、前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力オペアンプのうち、前記出力スイッチを介して前記負荷に接続されない側の非選択オペアンプを流れるバイアス電流を、前記非選択オペアンプに相当するオペアンプが前記出力スイッチを介して前記負荷に接続されている場合のバイアス電流とは異なる電流値をとるよう、前記切替タイミングに基づいて制御するバイアス電流制御部と、を備えたものである。このように、オペアンプのバイアス電流を制御することによって、負荷が接続されていないオペアンプであっても発振を防止することができ、かつ、低消費電力化も実現できる。また、コンデンサ（安定化容量）が不要であるため当該装置の実装面積を小さくできる。
【０００８】
また、本発明に係る駆動電圧制御装置は、前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプの各々は差動入力ステージおよび出力ステージから成り、前記バイアス電流制御部は、前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプのうち、前記出力スイッチを介して前記負荷に接続されない側の非選択オペアンプに対するバイアス電流の制御を、前記非選択オペアンプの前記差動入力ステージを流れるバイアス電流を低減または停止することによって行う。この場合、出力ステージにはバイアス電流が流れている。出力ステージは、液晶パネルや出力スイッチといった大負荷を駆動するため、比較的大きなＷ／Ｌサイズを備えている。このため、出力トランジスタには大きな寄生容量があり、出力ステージのバイアス電流が停止すると、通常動作する場合に寄生容量への充電に時間がかかり、動作速度が低下する。このため、差動入力ステージのバイアス電流のみ低減または停止することでオペアンプの電圧利得が低下し、また周波数補償の条件が安定化するため、発振しにくくなる。
【０００９】
また、本発明に係る駆動電圧制御装置は、前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプの各々は差動入力ステージおよび出力ステージから成り、前記バイアス電流制御部は、前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプのうち、前記出力スイッチを介して前記負荷に接続されない側の非選択オペアンプに対するバイアス電流の制御を、前記非選択オペアンプの前記出力ステージを流れるバイアス電流を増加することによって行う。この場合、差動入力ステージにはバイアス電流が流れているため、差動入力ステージに接続されている回路が有する寄生容量の放電が回避される。無負荷での２ステージオペアンプの伝達関数には、２種類のポール周波数が存在する。差動入力ステージは低いポール周波数、出力ステージは高いポール周波数を決めている。出力ステージのバイアス電流を増加すると、出力ステージのインピーダンスが低下し、高いポール周波数がより高く移動する。これにより、位相が変化する周波数がより高くなり制御理論により位相マージンが大きくなることで発振防止が図れる。
【００１０】
また、本発明に係る駆動電圧制御装置は、前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプの各々は差動入力ステージおよび出力ステージから成り、前記バイアス電流制御部は、前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプのうち、前記出力スイッチを介して前記負荷に接続されない側の非選択オペアンプに対するバイアス電流の制御を、前記非選択オペアンプの前記差動入力ステージを流れるバイアス電流および前記非選択オペアンプの前記出力ステージを流れるバイアス電流を共に低減または停止することによって行う。この場合、各ステージに接続されている負荷の寄生容量は放電されるが、低消費電力化の効果が大きい。
【００１１】
また、本発明に係る駆動電圧制御装置は、前記タイミング制御部は、前記出力スイッチが一方のオペアンプから他方のオペアンプへと前記負荷との接続を切り替える際に、前記負荷が前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプのいずれのオペアンプにも接続されない所定時間の出力スイッチ切替期間を挟んで切り替えを行うよう、前記出力スイッチの切替タイミングを制御する。したがって、各オペアンプの出力端子同士が短絡するのを防止することができる。
【００１２】
また、本発明に係る駆動電圧制御装置は、負荷を交流化駆動するための駆動電圧を制御する駆動電圧制御装置であって、各々が、制御信号に応じて容量値または抵抗値を変更可能な位相補償回路を有するＨ側の駆動電圧を出力するＨ側出力用オペアンプおよびＬ側の駆動電圧を出力するＬ側出力用オペアンプと、前記負荷と前記Ｈ側出力用オペアンプまたは前記Ｌ側出力用オペアンプとの接続を所定のタイミングで交互に切り替える出力スイッチと、前記出力スイッチの切替タイミングを制御するタイミング制御部と、前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力オペアンプのうち、前記出力スイッチを介して前記負荷に接続されない側の非選択オペアンプの位相補償回路の容量値または抵抗値を、前記非選択オペアンプに相当するオペアンプが前記出力スイッチを介して前記負荷に接続されている場合の位相補償回路の容量値または抵抗値よりも大きくなるよう制御する位相補償回路制御部と、を備えたものである。したがって、負荷が接続されていないオペアンプの発振を防止して、当該オペアンプが安定して動作することができる。
【００１３】
また、本発明に係る駆動電圧制御装置は、負荷を交流化駆動するための駆動電圧を制御する駆動電圧制御装置であって、各々が差動入力ステージおよび出力ステージから成るＨ側の駆動電圧を出力するＨ側出力用オペアンプおよびＬ側の駆動電圧を出力するＬ側出力用オペアンプと、前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプのいずれかのオペアンプの出力ステージを流れるバイアス電流を停止するよう、切替タイミングに基づいて制御するバイアス電流制御部と、前記切替タイミングを出力することで、前記Ｈ側出力用オペアンプおよび前記Ｌ側出力用オペアンプのいずれかの出力により前記負荷を駆動するよう制御するタイミング制御部と、を備えたものである。したがって、負荷とオペアンプとの接続を切り替えるためのスイッチを設ける必要がないため、実装面積を小さくできる。また、出力をオフするとオペアンプは増幅回路として機能しなくなるため、発振することができなくなる。
【００１４】
また、本発明に係る駆動電圧制御装置は、前記Ｈ側出力用オペアンプまたは前記Ｌ側出力用オペアンプの少なくとも一方の入力に設定電圧を供給する電圧変換装置をさらに備え、電圧変換装置は、一定電圧を発生する電圧源と、負帰還回路に可変抵抗を備え、前記電圧源の出力電圧の振幅を調整するオペアンプと、前記オペアンプの出力電圧を高電圧に変換するカレントミラー回路と、を含み、前記オペアンプは低耐圧用トランジスタから構成された低電圧系オペアンプである。低電圧系オペアンプは、高耐圧トランジスタでは必要な高耐圧化のための抵抗成分がない低耐圧トランジスタで構成できるため、高耐圧トランジスタから構成される高電圧系オペアンプと比較して、その実装面積は小さく消費電力も小さい。したがって、当該装置の実装面積を小さくできると共に低消費電力化も実現できる。
【００１５】
また、本発明に係る本発明に係る駆動電圧制御装置において、前記電圧変換装置は、前記カレントミラー回路の入力側のトランジスタへの過電圧の印加を防止するクランプ回路を備えたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る駆動電圧制御装置の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る駆動電圧制御装置を示す回路構成図である。同図に示すように、本実施形態の駆動電圧制御装置は、出力スイッチ１０１と、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHと、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLと、特許請求の範囲の電圧変換装置に該当する設定電圧発生部１０３と、バイアス電流制御部１０５と、タイミング制御部１０７とを備えて構成されている。当該装置は、出力スイッチ１０１を切り替えることによってＨ側出力用オペアンプOPVcomHまたはＬ側出力用オペアンプOPVcomLのいずれかを液晶表示パネル等の負荷に接続し、当該負荷を交流化駆動する駆動電圧（交番電圧）Vcomを供給する。
【００１８】
但し、本実施形態の駆動電圧制御装置は、従来のように、負荷に接続されていないオペアンプ（以下「非選択オペアンプ」という。）の発振を防止するコンデンサ（安定化容量）を備えていないが、非選択オペアンプのバイアス電流を制御して電圧利得を低下させることで発振状態を回避している。また、本実施形態では、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLの非反転入力端子（＋端子）に印加される設定電圧VrefLが、設定電圧発生部１０３から供給される。
【００１９】
以下、本実施形態の駆動電圧制御装置が有する各構成要素について詳細に説明する。
まず、出力スイッチ１０１は、タイミング制御部１０７によって制御されたタイミングでＨ側出力用オペアンプOPVcomHおよびＬ側出力用オペアンプOPVcomLの出力を切り替えるものであり、トランスファーゲートによって構成されたスイッチSW1，SW2を備えている。出力スイッチ１０１は、スイッチSW1をオンしてスイッチSW2をオフすると、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomH側に切り替わって当該装置は駆動電圧VcomHを出力する。一方、スイッチSW2をオンしてスイッチSW1をオフすると、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomL側に切り替わって駆動電圧VcomLを出力する。なお、トランスファーゲートによって構成される出力スイッチ１０１は、高い電流出力を実現するためにＷ／Ｌ比を大きくとって低抵抗化（低インピーダンス）しているが、その反面、寄生容量が大きくなっている。
【００２０】
次に、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHおよびＬ側出力用オペアンプOPVcomLについて説明する。Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHおよびＬ側出力用オペアンプOPVcomLは、液晶表示パネル等の負荷に駆動電圧VcomH，VcomLを供給するものであり、それぞれ負帰還接続されている。各オペアンプの非反転入力端子（＋端子）にはそれぞれ設定電圧が印加され、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHには設定電圧VrefHが、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLには設定電圧VrefLが印加される。また、各オペアンプのバイアス電流はバイアス電流制御部１０５によって制御され、そのタイミングは出力スイッチ１０１の切替タイミングに同期している。
【００２１】
図２に、（ａ）Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHおよび（ｂ）Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLの内部回路図を示す。各オペアンプは、比較的大きな駆動電圧が必要される負荷にも電圧を供給できるよう高耐圧トランジスタから構成された高電圧系オペアンプであり、高い駆動電圧VcomＨ，VcomLを負荷に供給するため高い設定電圧VrefH，VrefLが印加される。また、同図に示すように、各オペアンプは差動入力ステージ２０１と出力ステージ２０３の２ステージに分けることができる。図１に示したように、出力ステージ２０３にはトランスファーゲートで構成される出力スイッチ１０１が接続され、Ｌ側出力用オペアンプOPVvomLの差動入力ステージ２０１には設定電圧発生部１０３が接続される。
【００２２】
次に、設定電圧発生部１０３について説明する。設定電圧発生部１０３は、電圧源VBと、Ｌ電圧設定用オペアンプOPVrefと、可変抵抗Rvと、高耐圧トランジスタで構成されたカレントミラー回路１５１と、クランプ回路１５３と、低耐圧トランジスタTr1，Tr2とを有しており、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLの非反転入力端子（＋端子）に供給される設定電圧VrefLを発生するものである。
【００２３】
以下、設定電圧発生部１０３が有する各構成要素について説明する。まず、電圧源VBは、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLに印加される設定電圧VrefLよりも低い基準電圧Vrefを、Ｌ電圧設定用オペアンプOPVrefの非反転入力端子（＋端子）に供給するものである。また、Ｌ電圧設定用オペアンプOPVrefは、可変抵抗Rvを介して負帰還接続されており、可変抵抗Rvの抵抗値に応じて出力電流を調整するものである。
【００２４】
特に、本実施形態では、上述したように、電圧源VBが発生する基準電圧Vrefが設定電圧VrefLよりも低いため、Ｌ電圧設定用オペアンプOPVrefには低電圧系オペアンプが用いられる。低電圧系オペアンプは、高耐圧トランジスタでは必要な高耐圧化のため、トランジスタのチャネル領域に直接高電圧が印加されないようにするための抵抗成分がない低耐圧トランジスタで構成できるため、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHやＬ側出力用オペアンプOPVcomLのように高耐圧トランジスタから構成される高電圧系オペアンプと比較して、その実装面積は小さく消費電力も小さい。
【００２５】
また、カレントミラー回路１５１は、入力側のトランジスタを流れる電流を出力側のトランジスタに伝播し、当該出力側のトランジスタを流れる電流を抵抗Rに印加することでＬ側出力用オペアンプOPVcomLの非反転入力端子（＋端子）に設定電圧VrefLを印加するものである。なお、電圧変換の逓倍比率は、分圧で抵抗値を変えて逓倍の比率を変えることによって調整することができる。また、カレントミラー回路１５１を構成する入力側のトランジスタには低耐圧用トランジスタが用いられ、出力側のトランジスタには高耐圧用トランジスタが用いられる。
【００２６】
また、クランプ回路１５３は、カレントミラー回路１５１の入力トランジスタのドレイン側に接続された高耐圧トランジスタであり、そのゲートは接地されている。当該クランプ回路１５３により、カレントミラー回路１５１へのドレイン電圧が低下することでクランプ回路１５３の上の低耐圧トランジスタTr1へ過電圧が印加されるのを防止することができる。
【００２７】
次に、バイアス電流制御部１０５について説明する。バイアス電流制御部１０５は、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHおよびＬ側出力用オペアンプOPVcomLのバイアス電流を、タイミング制御部１０７によって決定されたタイミングに基づいて制御するものである。また、実際にバイアス電流が制御されるオペアンプは、出力スイッチ１０１を介して負荷が接続されていない非選択オペアンプである。本実施形態の駆動電圧制御装置には、従来のように発振防止用のコンデンサ（安定化容量）が設けられていないため、バイアス電流を制御して電圧利得を下げることにより非選択オペアンプの発振状態を回避している。
【００２８】
以下、バイアス電流の制御に関して詳細に説明する。
上述したように、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHおよびＬ側出力用オペアンプOPVcomLは差動入力ステージと出力ステージの２ステージで構成されるが、バイアス電流制御部１０５は、（ａ）差動入力ステージのみ制限する方式と、（ｂ）出力ステージのみ制限する方式と、（ｃ）２ステージ制限する方式の３つの方式がある。
【００２９】
（ａ）差動入力ステージのみ制限する方式
この場合、差動入力ステージを流れるバイアス電流が低減または停止するよう制御される。このとき、出力ステージにはバイアス電流が流れている。出力ステージは、液晶パネルや出力スイッチといった大負荷を駆動するため、比較的大きなＷ／Ｌサイズを備えている。このため、出力トランジスタには大きな寄生容量があり、出力ステージのバイアス電流が停止すると、通常動作する場合に寄生容量への充電に時間がかかり、動作速度が低下する。このため、差動入力ステージのバイアス電流のみ低減または停止することでオペアンプの電圧利得が低下し、また周波数補償の条件が安定化するため、発振しにくくなる。
【００３０】
図３に、当該方式を実現するためのＬ側出力用オペアンプOPVcomLの回路図を示す。同図に示すように、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLは、バイアス電流低減回路３０１を差動入力ステージ側に備えて構成される。バイアス電流低減回路３０１は、インバータおよび複数のトランジスタから構成され、バイアス電流制御部１０５から送られたsave信号によってバイアス電流が低減するよう動作し、off信号によってバイアス電流を停止するよう動作するものである。なお、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHも、バイアス電流低減回路３０１を差動入力ステージ側に備えた同様の構成である。また、バイアス電流の低減および停止を組み合わせた方式ではなく、停止だけするといった方式であっても良い。
【００３１】
（ｂ）出力ステージのみ制限する方式
この場合、出力ステージを流れるバイアス電流が増加するよう制御される。このとき、差動入力ステージにはバイアス電流が流れているため、差動入力ステージに接続されているカレントミラー回路１５１が有する寄生容量の放電が回避される。無負荷での２ステージオペアンプの伝達関数には、２種類のポール周波数が存在する。差動入力ステージは低いポール周波数、出力ステージは高いポール周波数を決めている。出力ステージのバイアス電流を増加すると、出力ステージのインピーダンスが低下し、高いポール周波数がより高く移動する。これにより、位相が変化する周波数がより高くなり制御理論により位相マージンが大きくなることで発振防止が図れる。但し、カレントミラー回路１５１はオペアンプのスルーレートを決定する重要な負荷条件であるため、カレントミラー回路１５１の放電が行われると動作開始時立ち上がり、立ち下がり時間が制約される。
【００３２】
図４に、当該方式を実現するためのＬ側出力用オペアンプOPVcomLの回路図を示す。同図に示すように、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLは、バイアス電流増加回路４０１を出力ステージ側に備えて構成される。バイアス電流増加回路４０１は、インバータおよび複数のトランジスタから構成され、バイアス電流制御部１０５から送られたboost信号によってバイアス電流が増加するよう動作するものである。なお、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHも、バイアス電流増加回路４０１を出力ステージ側に備えた同様の構成である。
【００３３】
（ｃ）２ステージ制限する方式
この場合、差動入力ステージおよび出力ステージを流れるバイアス電流が共に停止するよう制御される。このとき、各ステージに接続されている負荷の寄生容量は放電されるが、低消費電力化の効果が最も大きくなるため、解像度が小さく動作速度の遅い液晶表示パネル等では消費電力と動作速度の性能が高く維持されることとなる。
【００３４】
図５に、当該方式を実現するためのＬ側出力用オペアンプOPVcomLの回路図を示す。同図に示すように、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLは、バイアス電流停止回路５０１を差動入力ステージ側に備えて構成される。バイアス電流停止回路５０１は、インバータおよびトランジスタから構成され、バイアス電流制御部１０５から送られたoff信号によってバイアス電流が停止するよう動作するものである。なお、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHも、バイアス電流停止回路５０１を差動入力ステージ側に備えた同様の構成である。また、バイアス電流の停止だけでなく低減と停止を組み合わせた方式でも良い。
【００３５】
以上は、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHおよびＬ側出力用オペアンプOPVcomLのバイアス電流の制限に関する説明であったが、バイアス電流制御部１０５は、設定電圧発生部１０３内にあるＬ電圧設定用オペアンプOPVrefのバイアス電流を停止するよう制御しても良い。液晶表示パネル等の負荷を搭載した携帯電話等がスタンバイモードやスリープモードとなったときには、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHおよびＬ側出力用オペアンプOPVcomLのみならず、Ｌ電圧設定用オペアンプOPVrefも動作し続ける必要はない。したがって、バイアス電流制御部１０５は、Vset#off信号をＬ電圧設定用オペアンプOPVrefに供給することによって、Ｌ電圧設定用オペアンプOPVrefのバイアス電流を停止する。
【００３６】
次に、タイミング制御部１０７について説明する。タイミング制御部１０７は、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHおよびＬ側出力用オペアンプOPVcomLの出力を切り替える出力スイッチ１０１の切替タイミングを制御するものである。なお、切替タイミングの設定は、レジスタ設定手段からの信号または外部信号に応じて行われる。また、タイミング制御部１０７によって決定されたタイミングはバイアス電流制御部１０５に通知される。
【００３７】
以下、タイミング制御部１０７によって決定されたタイミングで駆動する本実施形態の駆動電圧制御装置の動作について詳細に説明する。なお、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHおよびＬ側出力用オペアンプOPVcomLは、バイアス電流制御部１０５からの制御によって、バイアス電流が通常に流れる「通常モード」、低減されたバイアス電流が流れる「小モード」、バイアス電流が停止した「オフモード」の３モードになり得る。
【００３８】
まず、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLからＨ側出力用オペアンプOPVcomHへ切り替わる際の、また、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHからＬ側出力用オペアンプOPVcomLへ切り替わる際の出力スイッチ１０１の動作、バイアス電流制御部１０５から送られる信号および駆動電圧Vcomのタイミングについて、図６を参照して説明する。同図に示すように、負荷がＬ側出力用オペアンプOPVcomLに接続されている状態において、出力スイッチ１０１がＨ側出力用オペアンプOPVcomH側に切り替わる、すなわちスイッチSW1がオン状態になると、バイアス電流制御部１０５はＨ側出力用オペアンプOPVcomHに送っていたoff信号を停止するため、駆動電圧VcomはVcomLからVcomHへと遷移してＨ側出力用オペアンプOPVcomHは▲１▼通常モードになる。
【００３９】
バイアス電流制御部１０５は、駆動電圧がVcomHレベルとなる所定時間後にＨ側出力用オペアンプOPVcomHへsave信号を送るため、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHのバイアス電流IbHは低減してＨ側出力用オペアンプOPVcomHは▲２▼小モードとなり、駆動電圧VcomはVcomHレベルを維持する。次に、所定時間後にバイアス電流制御部１０５がＨ側出力用オペアンプOPVcomHへ送っていたsave信号を停止してoff信号を送るため、バイアス電流IbHは停止し、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHは▲３▼オフモードとなる。なお、オフモードとなっても駆動電圧は、出力端子部に接続される負荷容量と寄生容量が出力電圧を保持するため、VcomHのままである。また、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHにoff信号が送られると同時に、バイアス電流制御部１０５はＬ側出力用オペアンプOPVcomLに送っていたoff信号を停止する。
【００４０】
Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHがオフモードになると、スイッチSW1はオフ状態となる。そして、所定時間の出力スイッチ切替期間▲４▼を経過した後、スイッチSW2がオン状態となる。なお、スイッチSW1がオンしてスイッチSW2がオンするまでの期間が１水平周期である。また、スイッチSW1がオフ状態となってからスイッチSW2がオン状態となる前にオペアンプOPVcomHがオフモードとなっても良い。
【００４１】
スイッチSW2がオン状態になると駆動電圧VcomはVcomHからVcomLへと遷移して、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLは▲５▼通常モードになる。バイアス電流制御部１０５は、駆動電圧がVcomLレベルとなる所定時間経過後にＬ側出力用オペアンプOPVcomLへsave信号を送るため、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLのバイアス電流IbLは低減してＬ側出力用オペアンプOPVcomLは▲６▼小モードとなり、駆動電圧VcomはVcomLレベルを維持する。
【００４２】
次に、所定時間後にバイアス電流制御部１０５がＬ側出力用オペアンプOPVcomLへ送っていたsave信号を停止してoff信号を送るため、バイアス電流IbLは停止し、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLは▲７▼オフモードとなる。なお、オフモードとなっても駆動電圧はVcomLのままである。また、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLにoff信号が送られると同時に、バイアス電流制御部１０５はＨ側出力用オペアンプOPVcomHに送っていたoff信号を停止する。
【００４３】
Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLがオフモードになると、スイッチSW2はオフ状態となる。そして、所定時間の出力スイッチ切替期間▲８▼を経過した後、スイッチSW1がオン状態となる。なお、スイッチSW2がオンしてスイッチSW1がオンするまでの期間が１水平周期である。
【００４４】
このように、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHおよびＬ側出力用オペアンプOPVcomLは、１水平周期とびに１水平周期間で通常モード、小モード、オフモードとなり、本実施形態の駆動電圧制御装置は、負荷に対して１水平周期を単位として、駆動電圧VcomHまたはVcomLを負荷に供給する。なお、オフモード後の出力スイッチ切替期間▲４▼，▲８▼は、スイッチSW1，SW2が同時にオン状態となって各オペアンプOPVcomH，OPVcomLの出力端子同士が短絡するのを防止するために設けられている。
【００４５】
なお、上記説明は、各オペアンプは通常モード、小モード、オフモードの３モードとなり得る場合について説明したが、通常モードと小モードの２モードまたは通常モードとオフモードの２モードであっても良い。通常モードと小モードの場合のタイミングチャートを図７に示し、通常モードとオフモードの場合のタイミングチャートを図８に示す。さらに、液晶表示パネル等の負荷を備えた携帯電話等がスタンバイモード状態またはスリープモード状態から通常状態に遷移するとき、バイアス電流制御部１０５は、設定電圧発生部１０３内のＬ電圧設定用オペアンプOPVrefを駆動する必要がある。図９に、スタンバイモード状態から通常状態に遷移するときのタイミングチャートを示す。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態の駆動電圧制御装置は、液晶表示パネル等の負荷が接続されていない非選択オペアンプが安定して動作するために、バイアス電流を制限することによって当該非選択オペアンプが発振しないよう制御している。したがって、従来設けられていた発振防止のためのコンデンサ（安定化容量）が不要となるため当該装置の実装面積を小さくできると共に、バイアス電流の制御（低減、停止）による低消費電力化も実現できる。
【００４７】
また、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLに設定電圧VcomLを供給する設定電圧発生部１０３は、低電圧の基準電圧Vrefをカレントミラー回路１５１で高電圧に変換することにより設定電圧VcomLを生成しているため、カレントミラー回路１５１前段のＬ電圧設定用オペアンプOPVrefは低電圧系のものを用いることができる。低電圧系オペアンプは、高耐圧トランジスタでは必要な高耐圧化のための抵抗成分がない低耐圧トランジスタで構成できるため、高耐圧トランジスタから構成される高電圧系オペアンプと比較して、その実装面積は小さく消費電力も小さい。したがって、設定電圧発生部１０３、ひいては、本実施形態の駆動電圧制御装置の実装面積を小さくできると共に低消費電力化も実現できる。
【００４８】
以下、本実施形態で説明した構成または動作以外の他の実施形態について説明する。
まず、本実施形態では、負荷が接続されていない非選択オペアンプが安定して動作するために、バイアス電流を制御することによって当該非選択オペアンプが発振しないよう制御しているが、他の実施形態として、各オペアンプの内部に位相補償回路を設けることによって非選択オペアンプの動作を安定化しても良い。図１０に、位相補償回路が設けられたＬ側出力用オペアンプOPVcomLの内部回路図を示す。同図に示すように、位相補償回路６０１は複数系統のＣＲ回路から構成され、少なくとも１つのＣＲ回路は、オペアンプに負荷が接続されていない状態であっても当該オペアンプが発振しない出力インピーダンスとなるよう設計されている。
【００４９】
この場合、特許請求の範囲の位相補償回路制御部に該当するバイアス電流制御部１０５は、各オペアンプOPVcomH，OPVcomLに設けられている位相補償回路６０１内のＣＤ回路をタイミング制御部１０７によって決定されたタイミングに基づいて切り替え、負荷が接続されていない状態であっても発振しない位相補償条件を非選択オペアンプに設定する。例えば、比較的大きな容量値を持つ液晶表示パネルを駆動する場合は、液晶表示パネルの負荷容量が周波数特性を決定する極周波数となるため、オペアンプの位相補償回路６０１は位相補償容量を必要としない。一方、負荷が接続されていない状態では寄生容量のみとなるため、オペアンプには支配的な極周波数を作り出す位相補償容量を接続する。
【００５０】
また、本実施形態では、出力スイッチ１０１が２つのオペアンプOPVcomH，OPVomLを切り替えているが、他の実施形態として、各オペアンプの出力ステージを流れるバイアス電流を停止して出力インピーダンスを高くすることによって２つのオペアンプOPVcomH，OPVomLを切り替えても良い。図１１に、当該機能を実現可能なＨ側出力用オペアンプOPVcomH（ａ）およびＬ側出力用オペアンプOPVcomL（ｂ）の内部回路図を示す。同図に示すように、各オペアンプOPVcomH，OPVcomLは、図５に示したバイアス電流停止回路５０１と同様の回路５０３を出力ステージ側に備え、当該回路５０３はバイアス電流制御部１０５から送られたoff信号によってバイアス電流が停止するよう動作する。
【００５１】
したがって、当該他の実施形態では出力スイッチ１０１を設ける必要がないため、実装面積を小さくできる。また、各オペアンプは、出力スイッチ１０１の寄生容量を駆動するための消費電力を低減でき、出力インピーダンスの存在による直列抵抗成分の削減によって出力収束時間を短縮できる。さらに、出力をオフするとオペアンプは増幅回路として機能しなくなるため、発振することができなくなる。
【００５２】
また、本実施形態では、設定電圧発生部１０３内のＬ電圧設定用オペアンプOPVrefの負帰還回路中には可変抵抗Rvが含まれているが、他の実施形態として、選択スイッチによって抵抗値を選択可能な構成としても良い。図１２に、当該構成のＬ電圧設定用オペアンプOPVrefおよびその周辺の回路図を示す。選択スイッチを構成する各スイッチの基本形は、同図（ｂ）に示すように、ＰｃｈとＮｃｈのトランジスタを並列接続したＣＭＯＳによる構造である。しかしながら、負帰還回路に印加される電圧は基準電圧Vrefと略同電圧であり、かつ、基準電圧Vrefは低電圧であることから、図１２（ｃ）に示すように、各スイッチを片ｃｈ化（例えばＮｃｈのみ）することができる。したがって、選択スイッチの実装面積を小さくできると共に、選択スイッチの低消費電力化を実現することもできる。
【００５３】
また、本実施形態において、設定電圧発生部１０３は、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLに供給される設定電圧VrefLを発生するものであるが、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHに供給される設定電圧VrefHを供給するものであっても良い。図１３に、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomH側に設定電圧発生部を設けた構成の駆動電圧制御装置を示す。同図に示すように、当該駆動電圧制御装置が有する設定電圧発生部１０３′はカレントミラー回路１５１を備えておらず、設定電圧VrefHはクランプ回路１５３のドレインから供給される。また、図１４に示すように、Ｌ側出力用オペアンプOPVcomL側に設定電圧発生部１０３を設け、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomH側に設定電圧発生部１０３′を設けた構成としても良い。
【００５４】
また、本実施形態の駆動電圧制御装置は、駆動電圧Vcomを切り替えるために２つのオペアンプOPVcomH，OPVcomLを備えているが、他の実施形態として、オペアンプ１つで構成しても良い。図１５に、１オペアンプで構成される駆動電圧制御装置の回路構成図を示す。同図に示すように、当該駆動電圧制御装置は、高耐圧で入出力がRail to Rail型のオペアンプOPVcomを１つ備え、オペアンプOPVcomの非反転入力端子（＋端子）に供給される設定電圧を切り替える出力スイッチ１０１′をオペアンプOPVcomの入力側に備えている。このように、オペアンプを１つ減らすことができるため、その分実装面積を小さくできる。
【００５５】
また、上述したように、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHおよびＬ側出力用オペアンプOPVcomLは高電圧系オペアンプであるが、各オペアンプに供給するバイアス電流を低耐圧の電流源（例えば、バンドギャップ電位発生手段）からクランプ回路１５３′を介して供給しても良い。したがって、低耐圧の電流源を高電圧系オペアンプのバイアス電流源として利用することができ、高電圧系オペアンプ用のバイアス電流源を特別に備える必要がなくなるため、その分実装面積を小さくできる。図１６に、クランプ回路を介して低耐圧の電流源から高電圧系のオペアンプにバイアス電流を供給可能な回路図を示す。
【００５６】
さらに、駆動電圧制御装置は、Ｌ電圧設定用オペアンプOPVrefの出力状態を外部からモニタできるよう、Ｌ電圧設定用オペアンプOPVrefの出力信号を出力する端子（図示せず）と、当該端子からの出力を有効にするトランジスタTr#testとを備えても良い。Ｌ電圧設定用オペアンプOPVrefの出力状態をモニタする際には、トランジスタTr#testをオン状態にして、端子に出力モニタ手段を接続すれば良い。図１７に、Ｌ電圧設定用オペアンプOPVrefの出力状態を外部からモニタ可能な駆動電圧制御装置を示す。なお、当該装置が複数のＬ電圧設定用オペアンプOPVrefを備える場合、トランジスタを選択してオン状態にすることにより個別にモニタすることもできる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る駆動電圧制御装置によれば、オペアンプのバイアス電流を制御することによって、負荷が接続されていないオペアンプであっても発振を防止することができ、かつ、低消費電力化も実現できる。また、コンデンサ（安定化容量）が不要であるため当該装置の実装面積を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る駆動電圧制御装置を示す回路構成図
【図２】（ａ）Ｈ側出力用オペアンプOPVcomHおよび（ｂ）Ｌ側出力用オペアンプOPVcomLの内部回路図
【図３】差動入力ステージのみ制限する方式を実現するためのＬ側出力用オペアンプOPVcomLの回路図
【図４】出力ステージのみ制限する方式を実現するためのＬ側出力用オペアンプOPVcomLの回路図
【図５】２ステージ制限する方式を実現するためのＬ側出力用オペアンプOPVcomLの回路図
【図６】３モードの場合のタイミングチャート
【図７】通常モードと小モードの場合のタイミングチャート
【図８】通常モードとオフモードの場合のタイミングチャート
【図９】スタンバイモード状態から通常状態に遷移するときのタイミングチャート
【図１０】位相補償回路が設けられたＬ側出力用オペアンプOPVcomLの内部回路図
【図１１】高い出力インピーダンスを設定可能なＨ側出力用オペアンプOPVcomH（ａ）およびＬ側出力用オペアンプOPVcomL（ｂ）の内部回路図
【図１２】他の構成のＬ電圧設定用オペアンプOPVrefおよびその周辺の回路図
【図１３】Ｈ側出力用オペアンプOPVcomH側に設定電圧発生部を設けた駆動電圧制御装置の回路構成図
【図１４】Ｌ側出力用オペアンプOPVcomL側に設定電圧発生部１０３を設け、Ｈ側出力用オペアンプOPVcomH側に設定電圧発生部１０３′を設けた駆動電圧制御装置の回路構成図
【図１５】１オペアンプで構成される駆動電圧制御装置の回路構成図
【図１６】クランプ回路を介して低耐圧の電流源から高電圧系のオペアンプにバイアス電流を供給可能な回路図
【図１７】Ｌ電圧設定用オペアンプOPVrefの出力状態を外部からモニタ可能な駆動電圧制御装置を示す回路構成図
【図１８】従来の駆動電圧制御装置を示すブロック図
【符号の説明】
OPVcomH  Ｈ側出力用オペアンプ
OPVcomL  Ｌ側出力用オペアンプ
OPVcom  Rail to Rail型のオペアンプ
OPVrefＬ  電圧設定用オペアンプ
Rv  可変抵抗
SW1，SW2  スイッチ
Tr1，Tr2  低耐圧トランジスタ
VB  電圧源
１０１，１０１′  出力スイッチ
１０３，１０３′  設定電圧発生部
１０５  バイアス電流制御部
１０７  タイミング制御部
１５１  カレントミラー回路
１５３  クランプ回路
２０１  差動入力ステージ
２０３  出力ステージ
３０１  バイアス電流低減回路
４０１  バイアス電流増加回路
５０１  バイアス電流停止回路
６０１  位相補償回路
【図１】
0003707680.tif 000002
【図２】
0003707680.tif 000003
【図３】
0003707680.tif 000004
【図４】
0003707680.tif 000005
【図５】
0003707680.tif 000006
【図６】
0003707680.tif 000007
【図７】
0003707680.tif 000008
【図８】
0003707680.tif 000009
【図９】
0003707680.tif 000010
【図１０】
0003707680.tif 000011
【図１１】
0003707680.tif 000012
【図１２】
0003707680.tif 000013
【図１３】
0003707680.tif 000014
【図１４】
0003707680.tif 000015
【図１５】
0003707680.tif 000016
【図１６】
0003707680.tif 000017
【図１７】
0003707680.tif 000018
【図１８】
0003707680.tif 000019