CN1677817A - 能够可变控制升压率的升压电路 - Google Patents

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Abstract

提供一种升压电路。升压率控制电路(200)在将电荷泵电路(16)的升压率设定为1倍，实现短路模式时，将电荷泵电路(16)内部的路径短路，同时使第1晶体管(Tr1)完全导通。其结果，因锂离子电池(11)的电池电压Vbat产生向电荷泵电路(16)的突入电流。因此，使恒流电路(12)动作，以使第1晶体管(Tr1)缓慢导通。而且，在实现短路模式时，使振荡电路(18)和运算放大器(14)的动作停止。

Description

能够可变控制升压率的升压电路
技术领域
本发明涉及升压电路、可利用该电路的电压生成装置及电子装置。
背景技术
在携带电话机和PDA(Personal Data Assistant)等的电池驱动型的携带装置中，将LED(Light-Emitting Diode)元件用作LCD(Liquid Crystal Display)的背光和附属的CCD(Charge-Coupled Device)照相机的闪光灯，或用于使发光颜色不同的LED元件点灭等，以各种目的来使用LED元件。为了驱动LED元件，需要将锂离子电池等的3.6V左右的电池电压升压到4.5V左右，并作为驱动电压来供给。此外，在电池电压因电池的消耗而降低的情况下，以及在流过LED元件的负载电流增加，电压降增大的情况下，需要将电池电压以更大的升压率进行升压。
这样，在用于驱动LED元件等的目标负载的电源装置中，需要根据工作环境将电池电压以合适的升压率升压，从而生成驱动电压。例如，在专利文献1中，公开了以下驱动电压供给装置：在包括多级升压电容器的升压电路中，附设根据升压率来选择必要的升压电容器的选择开关、以及连接到该选择开关来选择升压率的外部选择端子。
[专利文献1]特开平6-78527号公报(日本)
根据专利文献1，确实能够以要求的升压率来升压电源电压，但由于升压电容器的初期充电，有时瞬时地流过大电流。将这种电流称为突入电流，由于这种电流对电源装置本身和包括电源装置的装置可靠性产生影响，成为误动作的原因，所以最好是抑制这种突入电流。此外，为了抑制将电源装置用作输入电源的电池等的消耗，最好是抑制在电路中流过的消耗电流。
发明内容
本发明是鉴于这样的课题的发明，其目的在于，提供用于抑制突入电流或实现消耗电力低的升压电路、电压生成电路和可利用它们的电子装置。
本发明的方案涉及升压电路。在包括升压用电容器的电荷泵型的升压电路中，该升压电路包括：第1开关组，具有在升压动作时对升压用电容器进行充放电的多个开关，在该升压电路的输入端子和输出端子之间的第1路径上包括串联设置的至少两个开关；以及转换控制电路，对多个开关的导通/截止状态进行控制。转换控制电路在将1倍指定作为该升压电路的升压率时，使第1开关组导通。
根据该方案，输入到升压电路的输入端子的电压通过开关直接输出到输出端子，可以降低电力损失。
该升压电路还可以包括在该升压电路的输入端子和输出端子之间的第2路径上串联设置的至少两个开关的第2开关组。转换控制电路也可以在将1倍指定作为该升压电路的升压率时，除了第1开关组以外，还使第2开关组的开关导通。
通过用两个路径使输入端子和输出端子间短路，从而可以减小开关的电阻，可以进一步降低电力损失。
本发明的另一方案提供一种电压生成装置。该装置包括：将输入电压以规定的升压率升压，将输出电压输出的升压电路；调节输入电压，以使输出电压与基准电压一致的调节器电路；以及在将1倍指定作为升压率时，使调节器电路转移到省电模式的控制电路。
根据该方案，通过在调节器电路不进行电压调节时使构成调节器电路的运算放大器等截止，从而可以实现消耗电力低。
调节器电路也可以包括：设置在其输入端子和输出端子之间的第1晶体管；设置在第1晶体管的控制端子和第1固定电位间的上拉电阻；设置在第1晶体管的控制端子和第2固定电位间的恒流电路；设置在第1晶体管的控制端子和第2固定电位间的第2晶体管；输出连接到第2晶体管的控制端子，非反转输入端子上施加规定的基准电压，将升压电路的输出电压反馈到反转输入端子的运算放大器；控制第2晶体管的导通/截止的第1控制开关；以及控制恒流电路的导通/截止的第2控制开关。
控制电路也可以在将1倍指定作为升压率时，使调节器电路的第1控制开关导通，从使第2晶体管为截止状态，同时使第2控制开关导通，从而使恒流电路为导通状态。
晶体管的控制端子在双极晶体管中指基极端子，在场效应晶体管中指栅极端子。
在调节器电路进行反馈控制时，通过第1控制开关，使第2晶体管为导通状态。另一方面，在不进行反馈控制的情况下，使第2晶体管截止，从而将反馈路径断路，同时通过在上拉电阻中流过由恒流电路生成的恒定电流而使第1晶体管完全导通。通过这样构成调节器电路，可以切换调节器电路的状态。
控制电路也可以在将1倍指定作为升压率时，使运算放大器为截止状态。在升压率为1倍时，第2晶体管截止，所以反馈路径被断路。因此，通过使运算放大器截止，可以使消耗电力更低。
升压电路还可以包括用于进行升压动作的时钟信号生成电路，升压电路为电荷泵型，在将1倍指定作为升压率时，控制电路使时钟信号生成电路转移到省电模式。
在该电压生成装置的起动时，在将1倍指定作为升压电路的升压率时，恒流电路使生成的恒定电流值递增。
通过使恒流电路生成的电流缓慢地增加，上拉电阻上的电压降缓慢地增大，使第1晶体管缓慢地导通。其结果，可以最佳地抑制突入电流的产生。
本发明的方案涉及电荷泵型的升压电路。该升压电路是包括升压用电容器的电荷泵型的升压电路，在升压动作时对升压用电容器进行充放电动作的多个开关中，将至少两个开关串联配置在连接该升压电路的电压输入端子和电压输出端子的路径上，同时在将1倍指定作为升压率时，使这两个开关导通，从而使电压输入端子和电压输出端子短路。由此，输入到电压输入端子的电压通过电压输出端子直接输出，从而可以降低电力损失。
此外，也可以通过使四个以上的开关导通，将电压输入端子和电压输出端子用二条以上的路径来短路。由此，可以降低电压输入端子和电压输出端子间的电阻。
本发明的另一方案涉及电压生成装置。该电压生成装置包括：将输入电压按指定的升压率升压，从而将输出电压输出的升压电路；调节输入电压，以使输出电压与基准电压一致的反馈电路；以及在将1倍指定作为升压率时，使反馈电路转移到省电模式的控制电路。此外，该电压生成装置还可以包括用于升压动作的时钟信号生成电路，升压电路为电荷泵型，在将1倍指定作为升压率时，通过控制电路使时钟信号生成电路也转移到省电模式。由此，可以提供消耗电力低的电压生成装置。
本发明的另一方案涉及电压生成装置。该电压生成装置包括：将输入电压按指定的升压率升压，从而将输出电压输出的升压电路；对输入电压进行反馈控制，以使输出电压与基准电压一致的反馈电路；以及在将1倍指定作为升压率时，在升压电路的内部使将输入电压输入的输入端子和将输出电压输出的输出端子短路的开关。此外，还可以包括在升压电路的内部使输入端子和输出端子短路时，限制从规定的电源向输入端子突入的电流的软起动电路。通过设置软起动电路，可以提供对突入电流进行抑制的电压生成装置。
本发明的另一方案涉及电子装置。该电子装置包括：从规定的电源施加电压的调节器电路；将调节器电路的输出进行升压的升压电路；由升压电路的输出驱动的负载；以及在规定的条件下，跳过调节器电路和升压电路产生的电压操作而形成将来自电源的电压直接施加在负载上的路径的开关。规定的电源例如为电池，电子装置例如为携带装置。由此，可以将从规定的电源输入的电压直接施加在负载上，可以降低电力损失。
本发明的另一方案涉及电压生成装置。该电压生成装置包括：将输入电压按指定的升压率升压，从而将输出电压输出的升压电路；对输入电压进行反馈控制，以使该输出电压与基准电压一致的反馈电路；在将1倍指定作为升压率时，使该反馈电路转移到省电模式的控制电路；以及限制从规定的电源将输入电压输入而向输入端子流过电流的软起动电路，其特征在于，反馈电路对规定的电源和输入端子间的晶体管的导通程度进行控制，在将1倍指定作为升压率时，通过该控制电路，在反馈电路转换到省电模式的同时，使该控制无效，晶体管被完全导通，通过软起动电路，来缓和通过被完全导通的晶体管从所述电源向输入端子的突入电流。通过设置软起动电路，可以提供对突入电流进行抑制的电压生成装置。
应该指出的是，上述结构部件等的任意组合或重新排列都具有本实施方式的效果并且被包含于本实施方式中。
此外，本发明的内容并不需要包含所有必要特征，以致本发明也可以是这些论述的特征的部分组合。
附图说明
图1是表示实施方式的电压生成装置的结构的图。
图2是表示图1的升压率控制电路的结构的图。
图3是表示图1的电荷泵电路的结构的图。
图4是表示图3的转换控制电路的结构的图。
图5是表示将图3的电荷泵电路的升压率设定为1倍的情况下的开关的导通/截止状态的图。
图6是表示将图3的电荷泵电路的升压率设定为1.5倍的情况下，充电时的开关的导通/截止状态的图。
图7是表示将图3的电荷泵电路的升压率设定为1.5倍的情况下，放电时的开关的导通/截止状态的图。
图8是表示将图3的电荷泵电路的升压率设定为2倍的情况下，充电时的开关的导通/截止状态的图。
图9是表示将图3的电荷泵电路的升压率设定为2倍的情况下，放电时的开关的导通/截止状态的图。
具体实施方式
下面根据优选实施方式来论述本发明，这些优选实施方式并不限定本发明的范围而是例示本发明。实施方式中论述的所有特征和其组合并不一定是本发明所必要的。
首先，论述实施方式的概要。本实施方式的电压生成装置例如用于携带电话机和PDA等的电池驱动型的携带装置，将对锂离子电池、其他电池的电池电压进行升压所得的驱动电压供给该携带装置具有的用于背光等的LED元件。搭载于这种携带装置上的电池是有寿命的，为了延长其寿命，最好是抑制消耗电流。因此，该电压生成装置通过抑制在电路内部等中流过的消耗电流而实现消耗电力低，而且通过抑制在规定的条件下产生的突入电流，减少对电路内部元件和LED元件的不良影响和误动作，实现LED元件的良好发光状态。
本实施方式的电压生成装置具有电荷泵电路，通过利用该电荷泵电路，将电池电压升压，并供给用于驱动LED元件的电压。此时，电压生成装置可用电荷泵电路来指定1倍、1.5倍或2倍的其中一个升压率，但作为该实施方式固有的特征，在升压率为1.5倍或2倍时，该电压生成装置以将电池电压达到规定的目标电压值进行控制，相对于该被控制的电压，输出升压至1.5倍、2倍的输出电压，另一方面，在1倍时，将施加于电压生成装置上的电池电压原封不动作为输出电压来输出。此时，不进行将电池电压达到规定的目标电压值的控制。这样，使电池电压原封不动地作为输出电压来输出的模式称为短路模式，在指定1倍的升压率时，电压生成装置实现短路模式。
如上述那样，在电荷泵电路中设定的升压率为1.5倍或2倍的情况下，该电压生成装置以将电压生成装置的输入端子上施加的电池电压达到规定的目标电压值来进行控制，将该受控制的电压输入到电荷泵电路的输入端子。此外，电压生成装置对电荷泵电路内部设置的开关进行导通/截止控制，将输入到该电路的电压以1.5倍、2倍的其中一个的升压率升压，通过电荷泵电路的输出端子供给LED元件。由此，为了达到规定的目标电压值，可以将被控制的电池电压的1.5倍或2倍的电压作为驱动电压供给LED元件。例如，电压生成装置上施加的的电池电压为3.6V，在驱动LED元件所需的电压为4.5V的情况下，首先，通过将电池电压控制为目标电压值——3V，将其由电荷泵电路升压1.5倍，从而可以将4.5V的驱动电压供给LED元件。
另一方面，在电荷泵电路中设定的升压率为1倍的情况下，该电压生成装置不进行使该电路的输入端子上施加的电池电压达到规定的目标电压值的控制，将电池电压原样输入到电荷泵电路的输入端子。而且，由于电荷泵电路内部的输入端子和输出端子间被短路，所以可以将与电池电压大致相等的电压作为驱动电压供给LED元件。由此，实现短路模式。例如，在电压生成装置上施加的电池电压为3.6V，用于驱动LED元件所需的电压为3.6V的情况下，通过实现短路模式，可以将电池电压原封不动地作为驱动电压供给LED元件。但是，此时的细节后面论述，由于产生来自电池电压的突入电流，所以设有用于缓和该电流的电路。
此外，在实现短路模式时，如上述那样，由于不将电池电压控制为规定的目标电压值，所以使进行该控制的电路的动作停止。而且，通过将电荷泵电路内部的输入端子和输出端子间短路，使输入端子和输出端子间设置的开关重复进行导通/截止控制的振荡电路的动作停止。由此，可以降低动作停止对象的电路中流过的电流，获得明显的省电效果。
图1表示本实施方式的电压生成装置30的结构。电压生成装置30包括电压生成电路100和升压率控制电路200。电压生成电路100通过第1、第2、第3、第4信号线L1、L2、L3、L4，连接到升压率控制电路200。电压生成电路100通过第4信号线L4将升压后的电压(以下，简称为‘升压电压’)Vc供给升压率控制电路200。升压率控制电路200分别通过第1、第2、第3信号线L1、L2、L3，供给第1、第2、第3信号Sig1、Sig2、Sig3。
电压生成电路100包括：将输入电压Vin以设定的升压率升压的电荷泵电路16；用于使对电荷泵电路16的输入电压Vin成为恒定电压的调节器电路10；将时钟信号CLK供给电荷泵电路16的振荡电路18；在电压生成电路100中，生成作为检测对象的电压(以下，简称为‘检测输出电压’)Vs的分压电阻R1、R2和反转电路20。来自升压率控制电路200的第1、第2、第3信号Sig1、Sig2、Sig3被输入到电荷泵电路16。而且，来自升压率控制电路200的第3信号Sig3通过中途设置的反转电路20被反转，输入到振荡电路18和调节器电路10内的运算放大器14、第1控制开关SWA、第2控制开关SWB。电荷泵电路16、调节器电路10和升压率控制电路200的内部后面论述。
电压生成电路100将锂离子电池11的电池电压Vbat作为输入电压，在使用电压生成电路100的外装升压用的升压电容器C1、C2的电荷泵电路16中通过电荷泵方式升压，从而输出升压电压Vc。电压生成电路100的输出端子上多个LED元件400与平滑电容器C并联连接，通过电阻R而接地GND。电压生成电路100将电池电压Vbat升压到4.5～5V的升压电压，并作为并联连接的LED元件400的各自的驱动电压来供给。
电荷泵电路16是通过内部设置的开关的导通/截止动作，使升压电容器C1、C2选择性地进行充放电，将输入电压Vin以设定的升压率升压，将输出电压Vout输出的升压电路。电荷泵电路16中的2倍、1.5倍、1倍的升压率通过在分别供给第1、第2、第3信号线L1、L2、L3的第1、第2、第3信号Sig1、Sig2、Sig3中，将其中一个信号设定为H电平、其他两个信号设定为L电平来实现。即，在电荷泵电路16中被如下设定：在第1、第2、第3信号Sig1、Sig2、Sig3中，如果在第1信号Sig1为H电平而其他为L电平，则为2倍的升压率，如果第2信号Sig2为H电平而其他为L电平，则为1.5倍的升压率，如果第3信号Sig3为H电平而其他为L电平，则为1倍的升压率。此外，将电荷泵电路16的输出电压Vout用两个分压电阻R1、R2分压所得的检测输出电压Vs被反馈到调节器电路10。
调节器电路10包括：将基准电压Vref和检测输出电压Vs进行比较的运算放大器14；基极连接到运算放大器14的输出、发射极接地的npn型的第2晶体管Tr2；在该第2晶体管Tr2的基极和地GND间连接的第1控制开关SWA；连接到第2晶体管Tr2的集电极端的上拉电阻RL；通过该上拉电阻RL施加的电源线Vcc；栅极连接到第2晶体管Tr2和上拉电阻RL间的连接节点，源极连接到锂离子电池11的正极的PMOS型的第1晶体管Tr1；第1晶体管Tr1的栅极和地GND间串联连接的第2控制开关SWB和恒流电路12。
运算放大器14对来自基准电压源的基准电压Vref和电荷泵电路16的检测输出电压Vs进行大小比较，根据其误差电压，通过第2晶体管Tr2，对第1晶体管Tr1的导通程度进行控制。由此，调节器电路10对电池电压Vbat进行调整，使输入电压Vin稳定在目标电压值，并通过平滑电容器C3供给电荷泵电路16。由此，可以进行使检测输出电压Vs和基准电压Vref之差为0的控制，可以将电荷泵电路16的输入电压Vin稳压于目标电压值。
即，运算放大器14具有作为将电荷泵电路16的输入电压Vin进行反馈控制的反馈电路的功能，以使检测输出电压Vs与基准电压Vref一致。
在Vs＜Vref的情况下，通过增强第2晶体管Tr2的导通程度，在上拉电阻RL中流过大电流。此时，第1晶体管Tr1的栅极电压降低，第1晶体管Tr1的导通程度变强。由此，对电荷泵电路16的输入电压Vin升高，其结果，检测输出电压Vs升高。
而在Vs＞Vref的情况下，通过减弱第2晶体管Tr2的导通程度，上拉电阻RL中流过小电流。此时，第1晶体管Tr1的栅极电压升高，第1晶体管Tr1的导通程度减弱。由此，对电荷泵电路16的输入电压Vin降低，其结果，检测输出电压Vs降低。即，调节器电路可以进行使Vs与设定的Vref相等的控制，可以对电荷泵电路16的目标电压值——输入电压Vin进行稳压。
运算放大器14通过由第3信号线L3供给的第3信号Sig3，进行在1倍的升压时停止、在1.5倍或2倍的升压时动作的控制。即，在1倍的升压时，H电平的第3信号Sig3被输出，但在中途被反转电路20反转为L电平，由此进行使运算放大器14停止的控制。在1.5倍或2倍的升压时，L电平的第3信号Sig3被输出，但在中途被反转电路20反转为H电平，由此进行使运算放大器14动作的控制。
第1控制开关SWA和第2控制开关SWB通过由第3信号线L3供给的第3信号Sig3，受到在1倍的升压时导通、1.5倍或2倍的升压时截止的控制。即，在1倍的升压时，H电平的第3信号Sig3被输出，但在中途被反转电路20反转为L电平，由此进行使第1控制开关SWA和第2控制开关SWB导通的控制。在1.5倍或2倍的升压时，L电平的第3信号Sig3被输出，但中途被反转电路20反转为H电平。由此，进行使第1控制开关SWA和第2控制开关SWB截止的控制。在第1控制开关SWA导通时，第2晶体管Tr2被完全截止，在第2控制开关SWB导通时，恒流电路12流过规定值的恒定电流Ic。以下，在本实施方式中，假设进行如果信号为H电平则开关截止，如果为L电平则开关导通的动作。
振荡电路18是时钟信号生成电路，将时钟信号CLK供给电荷泵电路16。此外，振荡电路18与运算放大器14的情况相同，通过由第3信号线L3供给的第3信号Sig3，受到1倍的升压时停止、1.5倍或2倍的升压时动作的控制。
图2是表示升压率控制电路200的结构的图。升压率控制电路200包括：将从电压生成电路100供给的升压电压Vc和规定的基准电压进行大小比较，输出H电平或L电平的信号的升压电压比较部210；保持电荷泵电路的升压率的升压率保持部220；分别通过第1、第2、第3信号线L1、L2、L3来进行电荷泵电路16的升压率的设定，而且通过第3信号线L3进行第1控制开关SWA和第2控制开关SWB的导通/截止控制及运算放大器14和振荡电路的动作/停止控制的升压率设定部230。
升压电压比较部210具有用于生成检测升压电压Va的分压电阻R3、R4和电压比较器212。升压电压比较部210将升压电压Vc由两个分压电阻R3、R4进行分压所得的检测升压电压Va和基准升压电压Vb通过电压比较器212进行大小比较，从而在检测升压电压Va比基准升压电压Vb低的情况下输出H电平的信号，而在不是这样的情况下输出L电平的信号，并提供给升压率设定部230。
升压率保持部220保持升压率。例如，升压率保持部220可以是2比特的寄存器，作为1倍的升压率，存储二进制参数“00”，作为1.5倍的升压率，存储二进制参数“01”，作为2倍的升压率，存储二进制参数“10”就可以。
升压率设定部230读取在升压率保持部220中保持的升压率，如果通过升压电压比较部210提供的信号是H电平，则通过第1、第2、第3信号线L1、L2、L3，将比读取的升压率高一级的升压率输出到电压生成电路100，如果是L电平，则通过第1、第2、第3信号线L1、L2、L3，将比读取的升压率低一级的升压率输出到电压生成电路100，同时将输出的升压率存储在升压率保持部220中。例如，如果从升压率保持部220读取的升压率为1.5倍，从升压电压比较部210提供的信号是H电平，则向第1信号线L1输出H电平信号，向第2信号线L2输出L电平信号，向第3信号线L3输出L电平信号，同时在升压率保持部220中存储作为2倍升压率的二进制参数“10”。
图3表示电荷泵电路16的结构。该电荷泵电路16分别根据来自第1～第7转换控制电路300a～300g的输出信号的H电平、L电平，对第1～第7开关SW1～SW7进行导通/截止控制，从而切换两个升压电容器C1、C2的连接形态和充放电的定时，将输入端子T1上施加的输入电压Vin升压到输出电压Vout，并从输出端子T2输出。
以下，说明开关的两个端点时，在图3中，将位于上面的端点称为上端点，将位于下面的端点称为下端点，位于左边的端点称为左端点，位于右边的端点称为右端点。通过输入端子T1输入的输入电压Vin进入第1开关SW1的上端点，第1开关SW1的下端点进入第2开关SW2的上端点和升压电容器C2的一个端点。第2开关SW2的下端点被接地GND，升压电容器C2的另一个端点进入第4开关SW4的下端点和第5开关SW5的左端点。在第4开关SW4的上端点中，进入第3开关SW3的下端点和升压电容器C1的一个端点，在第3开关SW3的上端点输入电压Vin进入。升压电容器C1的另一端点进入第6开关SW6的下端点和第7开关SW7的左端点，第6开关SW6的上端点，输入电压Vin进入。在第5开关SW5的右端点和第7开关SW7的右端点，呈现输出电压Vout，通过输出端子T2输出。
电荷泵电路16内部设置的第1～第7转换控制电路300a～300g根据从升压率控制电路200输出的第1、第2、第3信号Sig1、Sig2、Sig3和从振荡电路18供给的时钟信号CLK，对第1～第7开关SW1～SW7的导通/截止进行控制。用于输入形成信号的四条信号线，原来进入各自的第1～第7转换控制电路300a～300g，但为了避免图上的繁杂，如图示那样，以进入电荷泵电路16的边界线部分那样绘出。以下，有时也将第1～第7转换控制电路300a～300g总称为转换控制电路300。
图4是表示转换控制电路300的结构的图。这里，用单一的图来表示第1～第7转换控制电路300a～300g的结构。第1～第7转换控制电路300a～300g的内部结构被分别单独设计，根据第1、第2、第3信号Sig1、Sig2、Sig3，在后面论述的四个输入信号中，选择并输出必要的输入信号。
该转换控制电路300具有选择器310，该选择器310根据由第1、第2、第3信号线L1、L2、L3供给的第1、第2、第3信号Sig1、Sig2、Sig3，选择时钟信号CLK的非反转信号——第1输入信号、时钟信号CLK的反转信号——第2输入信号、从电源线Vcc供给的H电平的第3输入信号S3、或从地GND供给的L电平的第4输入信号S4的其中一个，将该信号分别输出到第1～第7开关SW1～SW7。
首先，说明实现1倍的升压率的情况。图5是表示实现1倍的升压率的情况下的第1～第7开关SW1～SW7的导通/截止状态的图。如该图所示，电荷泵电路16通过转换控制电路300b输出H电平的第3输入信号S3，其他的电路输出L电平的第4输入信号S4，而被设定为第2开关SW2导通，其他开关截止。由此，存在从输入端子T1经由第1开关组——第3开关SW3、第4开关SW4、第5开关SW5至输出端子T2的路径和从输入端子T1经由第2开关组——第6开关SW6、第7开关SW7至输出端子T2的路径这两条被短路的路径。这样，通过存在两条被短路的路径，与一条被短路的路径的情况相比，可以降低输入端子T1和输出端子T2间的电阻。在实现1倍的升压率的情况下，由于选择第3输入信号S3或第4输入信号S4的其中一个，所以不需要时钟信号CLK的非反转信号——第1输入信号S1和时钟信号CLK的反转信号——第2输入信号。因此，供给时钟信号CLK的振荡电路18的动作是不需要的。
接着，说明实现1.5倍的升压率的情况。图6是表示转换的第1定时中的第1～第7开关SW1～SW7的导通/截止状态的图。在第1定时中，来自振荡电路18的时钟信号CLK为H电平，所以转换控制电路300b、300d、300f输出L电平的第2输入信号S2，其他电路输出H电平的第1输入信号S1。由此，使第2、第4、第6开关SW2、SW4、SW6导通，其他的开关截止。这样，形成将两个升压电容器C1、C2串联连接的电路，在直至后面的第2定时期间，由输入电压Vin的电力对两个升压电容器C1、C2进行充电。由此，两个升压电容器C1、C2上分别产生0.5Vin的电压。
图7是表示转换的第2定时中的第1～第7开关SW1～SW7的导通/截止状态的图。在第2定时中，来自振荡电路18的时钟信号CLK为L电平，所以转换控制电路300b、300d、300f输出H电平的第2输入信号S2，其他电路输出L电平的第1输入信号S1，将第1定时中设定为导通的第2、第4、第6开关SW2、SW4、SW6切换为截止，另一方面，通过将第1、第3、第5、第7开关SW1、SW3、SW5、SW7切换为导通，将两个升压电容器C1、C2并联连接，从而在以0.5Vin的电压进行充电的两个升压电容器C1、C2上与充电时相反方向上施加输入电压Vin，使两个升压电容器C1、C2放电，从而将电力供给到输出端子。由此，两个升压电容器C1、C2的电压0.5Vin与输入电压Vin相加，输出电压Vout为1.5Vin。
这样，电荷泵电路16根据振荡电路18的时钟信号CLK的H电平或L电平，通过将第1、第2定时中的第1～第7开关SW1～SW7的导通/截止状态交替地重复，从而重复进行两个升压电容器C1、C2的充电和放电，输出将输入电压Vin升压至1.5倍的输出电压Vout。
最后说明实现2倍的升压率的情况。图8是表示转换的第1定时中的第1～第7开关SW1～SW7的导通/截止状态的图。在第1定时中，来自振荡电路18的时钟信号CLK为H电平，所以转换控制电路300b、300c、300d输出L电平的第2输入信号S2，其他电路输出H电平的第1输入信号S1，从而将第2、第3、第4开关SW2、SW3、SW4设定为导通，其他的开关设定为截止。这样，形成将两个升压电容器C1、C2并联连接的电路，在直至后面第2定时的期间，由输入电压Vin的电力使两个升压电容器C1、C2充电。由此，在两个升压电容器C1、C2上分别产生Vin的电压。
图9是表示在转换的第2定时中的第1～第7开关SW1～SW7的导通/截止状态的图。在第2定时中，来自振荡电路18的时钟信号CLK为L电平，所以转换控制电路300b、300c、300d输出L电平的第2输入信号S2，其他电路输出L电平的第1输入信号，从而将第1定时中设定为导通的第2、第3、第4开关SW2、SW3、SW4切换为截止，另一方面，第1、第5开关SW1、SW5切换为导通。这样，将两个升压电容器C1、C2并联连接，从而在被以Vin的电压充电的两个升压电容器C1、C2上与充电时相反方向上施加输入电压Vin，使两个升压电容器C1、C2放电，并将电力供给到输出端子。由此，两个升压电容器C1、C2的电压Vin与输入电压Vin相加，输出电压Vout为2Vin。
这样，电荷泵电路16根据振荡电路18的时钟信号CLK的H电平或L电平，通过交替重复第1、第2定时中的第1～第7开关SW1～SW7的导通/截止状态，从而重复进行两个升压电容器C1、C2的充电和放电，输出将输入电压Vin升压至2倍的输出电压Vout。
以上是本实施方式的电压生成装置30的结构。以下，说明该结构的动作。
在电压生成装置30的电源初期接通时，电荷泵电路16的升压率被设定为1倍。此时，升压率设定部230生成用于实现1倍的升压率的L电平的第1信号Sig1、L电平的第2信号Sig2、H电平的第3信号Sig3，分别通过第1、第2、第3信号线L1、L2、L3，输出到电荷泵电路16。如上述那样，转换控制电路300根据这些信号，通过进行第1～第7开关SW1～SW7的导通/截止控制，实现1倍的升压率、所谓短路模式。
此时，升压率控制电路200通过第3信号线L3，由中途设置的反转电路20将第3信号Sig3反转为L电平，使第1控制开关SWA导通。通过使第1控制开关SWA导通，第2晶体管Tr2截止。其结果，使通过运算放大器14经由第2晶体管Tr2的对第1晶体管Tr1的控制无效。
此时，升压率控制电路200输出由反转电路20反转为L电平的第3信号Sig3，使第2控制开关SWB导通。通过第2控制开关SWB导通，在上拉电阻RL中流过由恒流电路12生成的恒定电流Ic。通过该恒定电流Ic，在上拉电阻RL上产生RL×Ic的电压降。上拉电阻RL上的电压降施加在第1晶体管Tr1的栅极源极间，所以第1晶体管Tr1完全导通。由此，可将锂离子电池11的电池电压Vbat原封不动地作为驱动电压直接供给LED元件400，可以降低电力损失。
在通过升压率控制电路200将第1开关SWA导通时，因锂离子电池11的电池电压Vbat对电荷泵电路16产生突入电流。因此，升压率控制电路200输出中途被反转电路20反转为L电平的第3信号Sig3，使第2控制开关SWB导通，同时将恒流电路12生成的恒定电流Ic缓慢地增加，以使第1晶体管Tr1缓慢导通。由此，上拉电阻RL上的电压降、即第1晶体管Tr1的栅极源极间电压随着恒定电流Ic的增加而缓慢地增大，第1晶体管Tr1从截止的状态缓慢地接近导通的状态。即，恒流电路12、上拉电阻RL具有作为软起动电路的功能。
通过这样的软起动动作，可以抑制上述突入电流，其结果，可以降低对电压生成装置30内的各种电路和外部负载——LED元件400等的不良影响。
此外，升压率控制电路200将中途由反转电路20反转为L电平的第3信号Sig3输出到运算放大器14，使其动作停止。如上述那样，这是因为运算放大器14的对第1晶体管Tr1的控制被无效，不需要使运算放大器14动作。而且，升压率控制电路200将中途由反转电路20反转为L电平的第3信号Sig3输出到振荡电路18，使其动作停止。如上述那样，这是因为电荷泵电路16的输入端子和输出端子间被短路，不需要使振荡电路18动作来供给用于交替控制电荷泵电路16内部的开关的导通/截止的时钟信号CLK。由此，可以降低在这些电路中流过的消耗电流，获得明显的省电效果。
在因长时间使用等造成的锂离子电池11的消耗中，如果电池电压Vbat下降，则升压电压Vc也下降，难以实现LED元件400的良好的发光状态。因此，通过对升压电压Vc分压获得的检测升压电压Va小于等于基准升压电压Vb时，升压电压比较部210将H电平的信号输出到升压率设定部230。升压率设定部230生成L电平的第1信号Sig1、H电平的第2信号Sig2、L电平的第3信号Sig3，以便实现比从升压率保持部220读取的1倍的升压率高一级的1.5倍的升压率。升压率设定部230将这三个信号分别通过第1、第2、第3信号线L1、L2、L3输出到电荷泵电路16。
此时，升压率控制电路200将中途由反转电路20反转为H电平的第3信号Sig3输出到第1控制开关SWA和第2控制开关SWB，使它们截止。同样，将中途由反转电路20反转为H电平的第3信号Sig3也输出到运算放大器14和振荡电路18，使这些电路动作。如上述那样，转换控制电路300根据第1、第2、第3信号Sig1、Sig2、Sig3和从振荡电路18供给的时钟信号CLK，通过进行第1～第7开关SW1～SW7的导通/截止控制，从而实现1.5倍的升压率。
而且，运算放大器14通过第2晶体管Tr2来控制第1晶体管Tr1的导通程度，以使检测输出电压Vs与基准电压Vref一致，并调整对电荷泵电路16的输入电压Vin。由此，可以进行将输入到电压生成装置30的电池电压Vbat达到规定的目标电压值的控制。其结果，例如，在该受控制的输入电压Vin为Vbat的0.8倍，电荷泵电路的升压率被设定为1.5倍时，可以将Vbat升压至1.2倍的驱动电压供给LED元件400。在电池电压Vbat因锂离子电池11的进一步消耗而下降时，电压生成装置30将电荷泵电路的升压率从1.5倍提高到2倍。
另一方面，在电池电压Vbat因锂离子电池11被更换为新电池或被充电而上升时，升压电压Vc也上升。将升压电压Vc分压获得的检测升压电压Va超过基准升压电压Vb时，升压电压比较部210将L电平的信号输出到升压率设定部230。如果升压率设定部230从升压率保持部220读取的升压率为2倍，则生成L电平的第1信号Sig1、H电平的第2信号Sig2、L电平的第3信号Sig3，以便实现低一级的1.5倍的升压率。升压率设定部230将这三个信号分别通过第1、第2、第3信号线L1、L2、L3输出到电荷泵电路16，实现1.5倍的升压率。
这样，根据锂离子电池11的电池电压Vbat，切换为合适的升压率，从而可以维持LED元件的良好发光状态。而且，该电压生成装置30在实现短路模式时，可以降低电路中流过的消耗电流，可以延长锂离子电池11的寿命。
如上述那样，该电压生成装置用于携带装置那样的电子装置。因此，电子装置具有实现通信功能等的原来的功能的处理电路，同时通过电压生成装置具有抑制消耗电流和突入电流的效果。特别是在携带装置等的电子装置的情况下，由于电池寿命作为制品规格而成为重要的指标，所以本实施方式的电压生成装置对电子装置的应用是有意义的。
以上，根据实施方式说明了本发明。本领域技术人员应该理解，实施方式是例示，在它们的各结构部件和各处理过程的组合中可形成各种变形例，而这样的变形例也在本发明的范围内。
一般地，电荷泵电路的升压率由升压电容器的个数和其切换连接方式、升压级数等升压电容器的转换结构来决定。在实施方式中，说明了电荷泵电路的升压电容器的个数为两个，升压率被切换为1倍、1.5倍、2倍的结构，但它是一个例子，在电荷泵电路的结构上有设计的自由度，升压电容器的个数、可切换的升压率的范围因设计而有所不同。
在实施方式中，作为连接到电压生成装置30的负载，列举了LED元件400，当然，只要是将电压生成装置30用作电力供给来动作的装置就可以，例如也可以是风扇、加热器、电机或通信组件等。

Claims (15)

1.一种包括有升压用电容器的电荷泵型的升压电路，其特征在于，所述升压电路包括：
第1开关组，具有在升压动作时对所述升压用电容器进行充放电的多个开关，在该升压电路的输入端子和输出端子之间的第1路径上包括串联设置的至少两个开关；以及
转换控制电路，对所述多个开关的导通/截止状态进行控制，
所述转换控制电路在将1倍指定作为该升压电路的升压率时，使所述第1开关组导通。
2.如权利要求1所述的升压电路，其特征在于，还包括在该升压电路的所述输入端子和所述输出端子之间的第2路径上串联设置的至少两个开关的第2开关组，
所述转换控制电路在将1倍指定作为该升压电路的升压率时，除了所述第1开关组以外，还使所述第2开关组的开关导通。
3.一种电压生成装置，其特征在于，它包括：
将输入电压以规定的升压率升压，将输出电压输出的升压电路；
调节所述输入电压，以使所述输出电压与基准电压一致的调节器电路；以及
在将1倍指定作为所述升压率时，使所述调节器电路转移到省电模式的控制电路。
4.如权利要求3所述的电压生成装置，其特征在于，所述调节器电路包括：
设置在其输入端子和输出端子之间的第1晶体管；
设置在所述第1晶体管的控制端子和第1固定电位间的上拉电阻；
设置在所述第1晶体管的控制端子和第2固定电位间的恒流电路；
设置在所述第1晶体管的控制端子和所述第2固定电位间的第2晶体管；
输出连接到所述第2晶体管的控制端子，非反转输入端子上施加规定的基准电压，将所述升压电路的输出电压反馈到反转输入端子的运算放大器；
控制所述第2晶体管的导通/截止的第1控制开关；以及
控制所述恒流电路的导通/截止的第2控制开关。
5.如权利要求4所述的电压生成装置，其特征在于，所述控制电路在将1倍指定作为升压率时，使所述调节器电路的所述第1控制开关导通，从而使所述第2晶体管为截止状态，同时使所述第2控制开关导通，从而使所述恒流电路为导通状态。
6.如权利要求5所述的电压生成装置，其特征在于，所述控制电路在将1倍指定作为升压率时，使所述运算放大器为截止状态。
7.如权利要求3所述的电压生成装置，其特征在于，还包括用于进行升压动作的时钟信号生成电路，所述升压电路为电荷泵型，在将1倍指定作为所述升压率时，所述控制电路使所述时钟信号生成电路转移到省电模式。
8.如权利要求4所述的电压生成装置，其特征在于，在该电压生成装置的起动时，在将1倍指定作为所述升压电路的升压率时，所述恒流电路使生成的恒定电流值递增。
9.一种包括有升压用电容器的电荷泵型的升压电路，其特征在于：
在升压动作时对所述升压用电容器进行充放电动作的多个开关中，将至少两个开关串联配置在连接该升压电路的电压输入端子和电压输出端子的路径上，同时在将1倍指定作为升压率时，使这两个开关导通，从而使所述电压输入端子和所述电压输出端子短路。
10.如权利要求9所述的升压电路，其特征在于，通过使四个以上的开关导通，将所述电压输入端子和所述电压输出端子用二条以上的路径来短路。
11.一种电压生成装置，其特征在于，它包括：
将输入电压按指定的升压率升压，从而将输出电压输出的升压电路；
调节所述输入电压，以使所述输出电压与基准电压一致的反馈电路；以及
在将1倍指定作为所述升压率时，使所述反馈电路转移到省电模式的控制电路。
12.如权利要求11所述的电压生成装置，其特征在于，还包括用于升压动作的时钟信号生成电路，所述升压电路为电荷泵型，在将1倍指定作为所述升压率时，通过所述控制电路使所述时钟信号生成电路也转移到省电模式。
13.一种电压生成装置，其特征在于，它包括：
将输入电压按指定的升压率升压，从而将输出电压输出的升压电路；
对所述输入电压进行反馈控制，以使所述输出电压与基准电压一致的反馈电路；以及
在将1倍指定作为所述升压率时，在所述升压电路的内部使输入所述输入电压的输入端子和输出所述输出电压的输出端子短路的开关。
14.如权利要求13所述的电压生成装置，其特征在于，还包括在所述升压电路的内部使所述输入端子和所述输出端子短路时，限制从规定的电源向所述输入端子突入的电流的软起动电路。
15.一种电子装置，其特征在于，它包括：
从规定的电源施加电压的调节器电路；
将所述调节器电路的输出进行升压的升压电路；
由所述升压电路的输出驱动的负载；以及
在规定的条件下，跳过所述调节器电路和升压电路产生的电压操作而形成将来自所述电源的电压直接施加在所述负载上的路径的开关。
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