JP2001231249A

JP2001231249A - チャージポンプ回路

Info

Publication number: JP2001231249A
Application number: JP2000371512A
Authority: JP
Inventors: Takao Nano; 隆夫名野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2001-08-24
Anticipated expiration: 2020-12-06
Also published as: JP3475173B2

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｖｄｄより小さな電圧ステップの昇圧を可能と
するとともに、回路の効率ηを改善したチャージポンプ
回路を提供する。【解決手段】直列に接続されたダイオードＤ１、Ｄ２
と、ダイオードＤ１、Ｄ２の接続点に接続される２つの
コンデンサＣ１Ａ、Ｃ１Ｂと、コンデンサＣ１Ｂにクロ
ックを供給するクロックドライバー１１と、クロックの
電圧レベルに応じて、コンデンサＣ１Ａ、Ｃ１Ｂをダイ
オードＤ１、Ｄ２の接続点に直列に接続し、又は並列に
接続するためのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３と、を備え、
ダイオードＤ２から昇圧電圧を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源回路等に用い
られるチャージポンプ回路に関し、特に昇圧電圧のステ
ップを電源電圧よりも小さいステップで自由に調節でき
るとともに、回路効率を大幅に改善したチャージポンプ
回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディクソンによって開発されたチャージ
ポンプ回路（charge-pump circuit）は、ポンピング・
パケット（pumping packet）を複数段、直列接続し、各
ポンピング・パケットの昇圧(voltage fluctuatioｎ)に
より、ＬＳＩチップの電源電圧Ｖｄｄよりも高い電圧を
発生するものである。例えば、フラッシュメモリ（Flas
h memories）のプログラム／消去（program/erase）の
ための電圧を発生するために使用されている。

【０００３】これらの使用例は、数十μＡ程度の出力負
荷電流を対象としたものである。かかる低負荷電流チャ
ージポンプ回路は、カップリング・キャパシタ（coupli
ｎgcapacitors）やダイオードとしての働きをするＭＯ
ＳＦＥＴなどの全てをＬＳＩに内蔵できる点で有利で
ある。近年、フラッシュメモリ（Flash memories）の低
電圧化に伴い、昇圧効率を改善して高電圧を発生するチ
ャージポンプ回路が提案されている。

【０００４】一方近年はビデオカメラ、デジタルカメ
ラ、携帯電話などの携帯機器が普及しているが、これら
の携帯機器では液晶を表示するための高電圧、大電流
（数ｍＡ）が必要である。これらの高電圧発生回路とし
ては、スイッチングレギュレータが使用されている。

【０００５】スイッチングレギュレータの原理はコイル
に大電流を流して逆起電力で一度に昇圧するもので、高
電圧、大電流を効率良く得ることができるのが特徴であ
る。携帯機器では特に電力効率（出力電力／入力電力）
が重視され、この点ではスイッチングレギュレータは適
している。しかしコイルに大電流を流す時に高調波ノイ
ズが発生し、この高調波ノイズの影響を防ぐための電源
回路のシールドが必要とされる。携帯機器において高電
圧を低ノイズで発生させることは、小型化および高感度
化から要求されてきている。

【０００６】チャージポンプ回路の各ポンピング・パケ
ット（pumpiｎg packets）はダイオードのしきい値など
の電圧ロスを無視すると、理論的には１段当たり電源電
圧Ｖｄｄの昇圧をする。チャージポンプ回路の入力電圧
ＶｉｎをＶｄｄとし、ｎ段のポンピング・パケットを電
源からシリーズに直列接続すれば、（ｎ＋１）×（Ｖｄ
ｄ−Ｖｔ）の昇圧ができる。ただし、Ｖｄｄは電源電
圧、Ｖｔはダイオードの順方向のしきい値電圧である。
以下の説明では簡単のため、Ｖｔ＝０Ｖとする。

【０００７】図９は、従来例のチャージポンプ回路（ｎ
＝４）を示す概略回路図である。図９中、Ｄ１〜Ｄ５
は、直列に接続されたダイオ−ド、Ｃ１〜Ｃ４はダイオ
ードＤ１〜Ｄ５の接続点に一端が接続されたコンデン
サ、１は、コンデンサＤ１〜Ｄ５の他端にクロックΦ
１、Φ２を供給するクロックドライバーである。ここ
で、クロックΦ１，Φ２は互いに逆位相のクロックパル
スである。２は、ダイオードＤ５から出力される昇圧電
圧ＶＨ、出力電流Ｉ_outによって駆動される電流負荷で
ある。ここで、このチャージポンプ回路は、４つのポン
ピング・パケットを有しており、４段（ｎ＝４）のチャ
ージポンプ回路に相当する。

【０００８】次に、このチャージポンプ回路の動作を説
明する。クロックドライバー１から出力されるクロック
Φ１＝Ｌレベル、Φ２＝Ｈレベルの時、図中の実線矢印
の方向に２×Ｉ_outの電流が流れる。ここで、Ｉ_outは、
最終段のダイオードＤ５から流れる出力電流である。

【０００９】次に、クロックΦ１＝Ｈレベル、Φ２＝Ｌ
レベルの時は、図中の点線矢印の方向に２×Ｉ_outの電
流が流れる。これらの電流が交互に流れることによっ
て、各段の昇圧が行われ、最終段のダイオードＤ５から
昇圧電圧ＶＨとして５Ｖｄｄが出力される。

【００１０】最終段のダイオードＤ５から流れる出力電
流をＩ_outとすると、初段のダイオードＤ１に入力され
る電流は平均的には、Ｉ_outに等しい。また、図中の実
線矢印、点線矢印で示した電流も平均的にＩ_outに等し
い。したがって、チャージポンプ回路の効率ηをη＝出
力電力／入力電力（％）と定義すると、この回路の効率
は、次式で表される。

【００１１】 η＝５Ｖｄｄ×Ｉ_out／Ｖｄｄ×５Ｉ_out＝１００％すなわち、上記のような動作条件において、このチャー
ジポンプ回路の効率は１００％である。

【００１２】上記のように、チャージポンプ回路は、
(ｎ＋１)×Ｖｄｄを昇圧出力する。ただし、ｎはチャー
ジポンプ回路のポンピング段数、Ｖｄｄは電源電圧であ
る。したがって、たとえば、Ｖｄｄ＝５Ｖであれば、ｎ
段のチャージポンプ出力電圧の理論値ＶＨｎは、ｎ=１
の場合、ＶＨ₁＝２×Ｖｄｄ=１０Ｖ、ｎ＝２の場合、Ｖ
Ｈ₂＝３×Ｖｄｄ=１５Ｖ、ｎ＝３の場合、ＶＨ₃＝４×
Ｖｄｄ＝２０Ｖというように、Ｖｄｄステップの階段電
圧となる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】さて、例えば、チャー
ジポンプ回路を高電圧発生回路として用いる場合、所望
の高電圧に設定するために、レギュレータによって電圧
調整を行うことが考えられる。図１０は、レギュレータ
を設けたｎ段のチャージポンプ回路の概略回路図であ
る。なお、図１０中、図９中と同一構成部分については
同一符号を付して説明を省略する。

【００１４】図１０中、Ｄ１〜Ｄｎは直列に接続された
ダイオードである。そして、最終段のダイオードＤｎか
ら出力される昇圧電圧ＶＨｎはレギュレータ３によって
降圧され、電流負荷２に供給される。レギュレータ３を
通して得る最終出力電圧をＶｏｕｔとし、出力電流をＩ
ｏｕｔとすると、チャージポンプ回路の効率ηは、η＝
出力電力/入力電力=Ｖｏｕｔ×Ｉｏｕｔ／（ｎ＋１）×
Ｖｄｄ×Ｉｏｕｔ＝Ｖｏｕｔ／（ｎ＋１）・Ｖｄｄと定
義される。

【００１５】チャージポンプ段数ｎが大、即ち昇圧比=
ＶＨｎ／Ｖｄｄが大の場合は、チャージポンプ回路
は、ほぼ高効率を得ることができる。しかしながら、電
源電圧変動範囲が広く、Ｖｏｕｔ／Ｖｄｄが小の場合
には効率が悪化する。例えば、チャージポンプ段数ｎは
可変制御方式として、Ｖｄｄ=４Ｖ〜５．５Ｖ、Ｖｏｕ
ｔ=６．５Ｖという仕様を仮定する。すると、この仮定
下において、段数ｎ＝１が最適となり、Ｖｄｄ＝４Ｖ、
５Ｖ、５．５Ｖの各電源電圧においてチャージポンプ回
路の効率ηは以下の如くになる。Ｖｄｄ=４Ｖｎ＝１ＶＨ＝８Ｖ η＝８１％Ｖｄｄ=５Ｖｎ＝１ＶＨ＝１０Ｖ η＝６５％Ｖｄｄ=５．５Ｖｎ＝１ＶＨ＝１１Ｖ η＝５９％このように、電源電圧Ｖｄｄが上がると効率ηは悪化し
てしまう。ここで、もしｎ＝０．５が存在すれば、以下
のような高効率が得られる。Ｖｄｄ＝４Ｖｎ＝１ＶＨ＝８Ｖ η＝８１％Ｖｄｄ＝５Ｖｎ＝０．５ＶＨ＝７．５Ｖ η＝８６％Ｖｄｄ＝５．５Ｖｎ＝０．５ＶＨ＝８．２５Ｖ η＝７９％これは、チャージポンプ回路において昇圧電圧を０．５
Ｖｄｄのステップで行うことを意味する。しかしなが
ら、従来のチャージポンプ回路は、Ｖｄｄステップの昇
圧を行うものであって、Ｖｄｄより小さな電圧ステップ
の昇圧を可能とするチャージポンプ回路は提案されてい
ない。

【００１６】そこで、本発明の目的は、Ｖｄｄより小さ
な電圧ステップの昇圧を可能とするとともに、回路の効
率ηを改善したチャージポンプ回路を提供することであ
る。すなわち、本発明者が提案するチャージポンプ回路
は、理論出力電圧として、１．５Ｖｄｄ、２Ｖｄｄ、
２．５Ｖｄｄ、３Ｖｄｄ、…を得ることを可能とするも
のである。また、本発明の他の目的は、この基本のチ
ャージポンプ回路を拡張することにより、１．５Ｖｄ
ｄ、１．７５Ｖｄｄ、２Ｖｄｄ、２．２５Ｖｄｄ、２．
５Ｖｄｄ、２．７５Ｖｄｄ、３Ｖｄｄ…という更に小さ
い電圧ステップの昇圧電圧を得ることである。更にま
た、例えば１．３３Ｖｄｄ、１．６６Ｖｄｄ、２Ｖｄ
ｄ、２．３３Ｖｄｄ、２．６６Ｖｄｄ、３Ｖｄｄ、…と
いうように任意の電圧ステップの昇圧電圧を得ることで
ある。また、同様のマイナス電圧を得ることを可能とす
ることである。本発明の前記ならびにその他の目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明かに
なるであろう。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本願の発明中、代表的な
ものの概要を説明すれば、以下のとおりである。

【００１８】第１のチャージポンプ回路は、直列に接続
された複数のダイオードと、ダイオードの接続点に接続
される２以上のコンデンサと、コンデンサにクロックを
供給するクロック供給手段と、クロックの電圧レベルに
応じて、２以上のコンデンサをダイオードの接続点に直
列又は並列に接続するためのスイッチ手段と、を備え、
ダイオードから昇圧電圧を出力するものである。

【００１９】かかる構成は、本願発明の基本的な構成を
成すものであり、電源電圧より小さな電圧ステップの昇
圧を可能とするとともに、回路の効率ηを改善できるも
のである。

【００２０】第２のチャージポンプ回路は、直列に接続
された複数のダイオードと、初段のダイオードに電源電
圧を供給する電圧源と、初段のダイオードと次段のダイ
オードとの接続点に接続される２以上のコンデンサと、
コンデンサにクロックを供給するクロック供給手段と、
クロックがＬレベルの時に前記２以上のコンデンサをダ
イオードの接続点に直列に接続し、クロックがＨレベル
の時に前記２以上のコンデンサをダイオードの接続点に
並列に接続するように切換えるスイッチ手段と、を備
え、最終段のダイオードから電源電圧に比して小さい電
圧ステップの正の昇圧電圧を出力するというものであ
る。

【００２１】かかる構成によれば、電源電圧より小さい
正の電圧ステップの昇圧を可能とするとともに、回路の
効率ηを改善できるものである。

【００２２】第３のチャージポンプ回路は、直列に接続
された複数のダイオードと、直列に接続された複数のダ
イオードと、初段のダイオードに電源電圧を供給する電
圧源と、初段のダイオードと次段のダイオードとの接続
点に接続される２以上の第１のコンデンサと、接続点を
除く他のダイオードの接続点に接続された１以上の第２
のコンデンサと、第１のコンデンサ及び第２のコンデン
サに逆位相のクロックを交互に供給するクロック供給手
段と、第１のコンデンサに供給されるクロックの電圧レ
ベルに応じて前記２以上の第１のコンデンサの接続状態
を切換えるスイッチ手段とを、備え、スイッチ手段は、
第１のコンデンサに供給されるクロックがＬレベルの時
に２以上のコンデンサを初段のダイオードと次段のダイ
オードとの接続点に直列に接続し、クロックがＨレベル
の時に２以上のコンデンサをその接続点に並列に接続す
るように切換え、最終段のダイオードから、電源電圧の
電圧ステップに、電源電圧に比して小さな電圧ステップ
を加算した正の昇圧電圧を出力するというものである。

【００２３】かかる構成によれば、電源電圧の電圧ステ
ップに、電源電圧に比して小さな電圧ステップを加算し
た正の昇圧電圧を出力することができ、しかも回路の効
率ηを改善できる。

【００２４】第４のチャージポンプ回路は、第２、第３
のチャージポンプ回路において、前記スイッチ手段を制
御するスイッチ制御手段を備え、このスイッチ制御手段
から出力されるスイッチ制御信号に応じて、前記２以上
のコンデンサを前記初段のダイオードと前記次段のダイ
オードとの接続点に、常時直列に接続するか前記クロッ
クのレベルに応じて直列又は並列に接続するかを切換え
るようにしたものである。

【００２５】かかる構成によれば、電源電圧の電圧ステ
ップの昇圧と、電源電圧に比して小さな電圧ステップの
昇圧とを１つのチャージポンプ回路によって実現でき、
昇圧電圧をより高精度に設定できるとともに、回路の効
率ηを向上できる。

【００２６】第５のチャージポンプ回路は、第２、第３
のチャージポンプ回路において、最終段のダイオードか
ら出力される昇圧電圧を調整するレギュレータを設けた
ものである。

【００２７】第６のチャージポンプ回路は、第３、第
４、第５のチャージポンプ回路において、最終段のダイ
オードから出力される昇圧電圧を検知する電圧検知手段
と、その検知結果に応じてチャージポンプ回路の段数を
制御するチャージポンプ回路段数制御手段とを備えるも
のである。

【００２８】かかる構成によれば、昇圧電圧に応じて、
チャージポンプ回路の段数を切換え、昇圧電圧を調節す
ることにより、さらに回路の効率ηを向上できる。

【００２９】第７のチャージポンプ回路は、第１、２、
３、４、５、６のチャージポンプ回路において、ダイオ
ードは、ゲート及びソースを共通接続したＭＯＳトラン
ジスタから成るというものである。かかる構成によれ
ば、ＭＯＳプロセスにおいてダイオードを別個に作る必
要がなく、製造しやすい。

【００３０】第８のチャージポンプ回路は、第１、２、
３、４、５、６のチャージポンプ回路においてスイッチ
手段は、ＭＯＳトランジスタから成るというものであ
る。かかる構成によれば、回路素子数が少なく、構成が
簡単である。

【００３１】第９のチャージポンプ回路は、初段のダイ
オードに接地電圧が供給されるとともに直列に接続され
た複数のダイオードと、初段のダイオードと次段のダイ
オードとの接続点に接続される２以上のコンデンサと、
コンデンサにクロックを供給するクロックドライバー手
段と、クロックがＨレベルの時に２以上のコンデンサを
ダイオードの接続点に直列に接続し、クロックがＬレベ
ルの時に２以上のコンデンサをダイオードの接続点に並
列に接続するように切換えるスイッチ手段と、を備え、
最終段のダイオードからクロックドライバー手段に供給
される電源電圧に比して小さい電圧ステップで、負の昇
圧電圧を出力するものである。

【００３２】かかる構成によれば、電源電圧より小さい
負の電圧ステップの昇圧を可能とするとともに、回路の
効率ηを改善できるものである。

【００３３】第１０のチャージポンプ回路は、初段のダ
イオードに接地電圧が供給されるとともに直列に接続さ
れた複数のダイオードと、初段のダイオードと次段のダ
イオードとの接続点に接続される２以上の第１のコンデ
ンサと、接続点を除く他のダイオードの接続点に接続さ
れた１以上の第２のコンデンサと、第１のコンデンサ及
び第２のコンデンサに逆位相のクロックを交互に供給す
るクロック供給手段と、第１のコンデンサに供給される
クロックの電圧レベルに応じて２以上の第１のコンデン
サの接続状態を切換えるスイッチ手段とを、備え、スイ
ッチ手段は、第１のコンデンサに供給されるクロックが
Ｈレベルの時に２以上のコンデンサを初段のダイオード
と次段のダイオードとの接続点に直列に接続し、クロッ
クがＬレベルの時に２以上のコンデンサをその接続点に
並列に接続するように切換え、最終段のダイオードか
ら、クロックドライバー手段に供給される電源電圧に比
して小さな電圧ステップで、負の昇圧電圧を出力すると
いうものである。

【００３４】かかる構成によれば、クロックドライバー
手段に供給される電源電圧に比して小さな電圧ステップ
で、負の昇圧電圧を出力することができ、しかも回路の
効率ηを改善できる。

【００３５】第１１のチャージポンプ回路は、第９、第
１０のチャージポンプ回路において、スイッチ手段は、
スイッチ制御信号に応じて、第１のコンデンサに供給さ
れるクロックの電圧レベルにかかわらず、２以上のコン
デンサを初段のダイオードと次段のダイオードとの接続
点に常に直列に接続するように制御されるというもので
ある。

【００３６】かかる構成によれば、電源電圧の電圧ステ
ップの昇圧と電源電圧に比して小さな電圧ステップの昇
圧を１つのチャージポンプ回路によって実現でき、昇圧
電圧をより高精度に設定できるとともに、回路の効率η
を向上できる。

【００３７】第１２のチャージポンプ回路は、第９、第
１０のチャージポンプ回路において、最終段のダイオー
ドから出力される昇圧電圧を調整するレギュレータを設
けたものである。

【００３８】第１３のチャージポンプ回路は、第９、第
１０、第１１、第１２のチャージポンプ回路において、
最終段のダイオードから出力される昇圧電圧を検知する
電圧検知手段と、その検知結果に応じてチャージポンプ
回路の段数を制御するチャージポンプ回路段数制御手段
とを備えるものである。

【００３９】かかる構成によれば、昇圧電圧に応じて、
チャージポンプ回路の段数を切換え、昇圧電圧を調節す
ることにより、さらに回路の効率ηを向上できる。

【００４０】第１４のチャージポンプ回路は、第９〜第
１３のチャージポンプ回路において、ダイオードは、ゲ
ート及びソースを共通接続したＭＯＳトランジスタから
成るというものである。かかる構成によれば、ＭＯＳプ
ロセスにおいてダイオードを別個に作る必要がなく、製
造しやすい。

【００４１】第１５のチャージポンプ回路は、第９〜第
１３のチャージポンプ回路において、スイッチ手段は、
ＭＯＳトランジスタから成るというものである。かかる
構成によれば、回路素子数が少なく、構成が簡単であ
る。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施形態〜第
６の実施形態について、図１〜図９を参照しながら説明
する。図１は、第１の実施形態に係るチャージポンプ回
路を示す概略回路図である。

【００４３】図１（ａ）（ｂ）において、ダイオードＤ
１、Ｄ２が直列に接続され、ダイオードＤ１のアノード
には電源電圧Ｖｄｄが供給されている。ダイオードＤ
１、Ｄ２は、たとえばゲートとドレインを共通接続した
ＭＯＳトランジスタによって構成することができる。Ｓ
１、Ｓ２、Ｓ３は、ダイオードＤ１、Ｄ２の接続点に、
コンデンサＣ１Ａ、Ｃ１Ｂを並列または直列に切換えて
接続するためのスイッチである。

【００４４】これらのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、た
とえば、ＭＯＳトランジスタによって構成することがで
きる。１１は、コンデンサＣ１Ｂにクロックを供給する
クロックドライバーである。クロックドライバー１１
は、たとえば２段のＣＭＯＳインバータによって構成さ
れる。１２は、ダイオードＤ２から出力される昇圧電圧
ＶＨが供給される負荷である。また、ＣＬはダイオード
Ｄ２の出力ノードが有する容量である。

【００４５】このチャージポンプ回路の動作を説明する
と、以下の通りである。クロックドライバー１１の入力
クロックがＬレベル（ＣＬＫ＝Ｌｏｗ）のとき、図１
（ａ）に示すように、Ｓ１＝オフ，Ｓ２＝オン，Ｓ３＝
オフとすると、２つのコンデンサＣ１Ａ、ＣＩＢは、ダ
イオードＤ１、Ｄ２の接続点に直列接続される。する
と、各コンデンサＣ１Ａ、Ｃ１Ｂは、Ｖｄｄ／２に充電
される。このとき、電源電圧ＶｄｄからコンデンサＣ１
Ａ，Ｃ１Ｂに流れ込んだ電流をＩｉｎとすると、クロッ
クドライバー１１には同じ電流Ｉｄｖ＝Ｉｉｎが流れ
込む。

【００４６】次に、クロックドライバー１１の入力クロ
ックがＨレベル（ＣＬＫ＝Ｈｉｇｈ）のとき、図１
（ｂ）に示すように、Ｓ１＝オン，Ｓ２＝オフ，Ｓ３＝
オンとすると、２つのコンデンサＣ１Ａ、Ｃ１Ｂはダイ
オードＤ１、Ｄ２の接続点に並列接続される。すると、
各コンデンサＣ１Ａ、Ｃ１Ｂの電圧はＶｄｄ／２である
から、クロックドライバー１１の出力をＶｄｄとする
と、ダイオードＤ１、Ｄ２の接続点の電圧ＶＨ１は１．
５Ｖｄｄに昇圧される。また、このとき、２つのコンデ
ンサＣ１Ａ、Ｃ１Ｂから次段のダイオードＤ２に流れ出
る電流は２×Ｉｉｎとなる。クロックドライバー１１か
らは同じ電流Ｉｄｖ＝２×ｌｉｎが流れ出る。

【００４７】ダイオードＤ２から出力される出力電流Ｉ
ｏｕｔを一定とし、各電流を全て時間平均電流とする
と、定常時には以下のようになる。Ｉｉｎ＝Ｉｏｕｔ／２Ｖｏｕｔ＝１．５Ｖｄｄ（ただし、ドライバーの電源電
圧をＶｄｄとする）Ｉｄｖ＝Ｉｏｕｔ／２（クロックドライバーに流れ込む
電流）Ｉｄｖ＝Ｉｏｕｔ（クロックドライバーの電源Ｖｄｄか
ら流れ出る電流）ただし、Ｖｏｕｔは、ダイオードＤ２から出力される出
力電圧であり、簡単のため、ダイオードＤ１、Ｄ２のし
きい値電圧を０Ｖとする。

【００４８】本実施形態のチャージポンプ回路の要点
は、クロックＣＬＫのレベルに応じて、コンデンサＣ１
Ａ，Ｃ１Ｂを並列接続して充電し、直列接続して放電す
ることを繰り返すことにより、Ｖｄｄ／２のステップで
昇圧を行うものである。また、ここで重要な点は、ＣＬ
Ｋ＝Ｌのとき、電源電圧Ｖｄｄからの入力電流Ｉｉｎが
出力電流Ｉｏｕｔの１／２であるという点である。これ
により、出力電圧のレギュレーションを行わない場合の
回路の理論効率ηを１００％とすることができ、昇圧電
圧を１．５Ｖｄｄにしたことによる電力ロスはない。

【００４９】すなわち、入力電流は、ＣＬＫ＝Ｈのとき
のＩｏｕｔと、ＣＬＫ＝ＬのときのＩｏｕｔ／２との和
となるから、 η＝出力電力／入力電力＝（１+0．５Ｖｏｕｔ）×Ｉｏ
ｕｔ／Ｖｏｕｔ×１．５Ｉｏｕｔ＝１００％これは、実質的に、０．５段チャージポンプ回路と言え
る。しかも、回路の理論効率ηは１００％とすることが
できる。０．５Ｖｄｄという電圧を作る方法は他にも考
えられる。たとえば、抵抗分割による方法である。しか
し、回路の効率ηを１００％とすることはできず、電力
ロスを伴うものである。これに対して、本発明によれ
ば、コンデンサの接続をクロックＣＬＫのレベルに応じ
て、並列と直列に交互に切換えているので、電圧ロスを
理論的に０％とすることができる。

【００５０】また、２つのコンデンサＣ１Ａ、Ｃ１Ｂを
クロックＣＬＫの状態によらず、直列にしたままで動作
させれば（Ｓ１＝オフ，Ｓ２＝オン，Ｓ３＝オフ）、従
来のチャージポンプと同じ働きをし、Ｖｏｕｔ＝２Ｖｄ
ｄとなる。この場合、スイッチ制御回路（負図示）を設
け、このスイッチ制御回路からスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ
３にスイッチ制御信号を供給することにより、２つのコ
ンデンサＣ１Ａ、Ｃ１Ｂを常時直列に接続するかクロッ
クＣＬＫの電圧レベルに応じて直列又は並列に接続する
かを切換可能とするように構成される。

【００５１】すなわち、本実施形態のチャージポンプ回
路は、出力電圧Ｖｏｕｔとして、１．５Ｖｄｄ、あるい
は２Ｖｄｄを得ることができる。換言すれば、０．５段
と１段との切換が可能である。

【００５２】また、０．５段チャージポンプ回路を一般
化すると、ｍ個のコンデンサを直列、並列に切換えるこ
とにより、Ｖｄｄ＋Ｖｄｄ／ｍの出力電圧Ｖｏｕｔを得
ることもできる。

【００５３】図２は、切換スイッチＳ１〜Ｓ３をＭＯＳ
ＦＥＴ（ＭＯＳトランジスタ）に置き換えた０．５段チ
ャージポンプ回路である。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は
ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３にそれぞれ対応し
ている。点線で囲まれた部分は、直並列コンデンサ１３
であり、以下、この直並列コンデンサ１３を図示のよう
なシンボルによって表すものとする。

【００５４】図３は、第２の実施形態に係るチャージポ
ンプ回路を示す概略回路図である。このチャージポンプ
回路は、（ｎ＋０．５）Ｖｄｄ昇圧チャージポンプ回路
であって、段数ｎに応じて、（ｎ＋０．５）Ｖｄｄまた
は（ｎ＋１）Ｖｄｄの昇圧電圧を出力する。

【００５５】図３において、ダイオードＤ1〜Ｄn+1が直
列に接続され、ダイオードＤ1のアノードには電源電圧
Ｖｄｄが供給されている。ダイオードＤ1〜Ｄn+1は、た
とえばゲートとドレインを共通接続したＭＯＳトランジ
スタによって構成できる。ダイオードＤ1、Ｄ2の接続点
には、直並列コンデンサ１３が接続され、クロックドラ
イバー１１ａからクロックＣＬＫが供給される。

【００５６】また、各ダイオードＤ2、Ｄn+1の各接続点
にはコンデンサＣ2〜Ｃnが接続され、クロックドライバ
ー１１ｂからクロックＣＬＫ２〜ＣＬＫnが供給され
る。ここで、クロックＣＬＫ、ＣＬＫ２〜ＣＬＫnは、
交互に逆位相のクロックであるとする。１４は、ダイオ
ードＤn+1から出力される昇圧電圧ＶＨn+1を調整するレ
ギュレータである。そして、レギュレータ１４の出力Ｖ
ｏｕｔは負荷１２に印加される。

【００５７】１５は、昇圧電圧ＶＨn+1を検知する検知
回路であり、検知結果をチャージポンプ回路段数制御回
路１６に出力する。検知回路１５は、たとえば、昇圧電
圧ＶＨn+1と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する差動アンプ
であり、たとえばＶＨn+1＞Ｖｒｅｆのとき「Ｈ」を出
力し、ＶＨn+1＜Ｖｒｅｆのとき「Ｌ」を出力する。

【００５８】チャージポンプ回路段数制御回路１６は、
検知回路１５の出力に応じて、クロック制御信号をクロ
ックドライバー１１ｂに出力する。クロックドライバー
１１ｂはたとえばナンド回路で構成されている。また、
１７は検知回路１５の検知結果に応じて、直並列コンデ
ンサ１３によって０．５Ｖｄｄの昇圧を行うか、Ｖｄｄ
の昇圧を行うかを切換える直並列コンデンサ制御回路で
ある。

【００５９】チャージポンプ回路段数制御回路１６は、
検知回路１５の出力に応じて、チャージポンプ回路の段
数を制御する。電源は電池から供給され、電池の消耗に
つれて、電源電圧Ｖｄｄは下がる。そして電源電圧Ｖｄ
ｄの変化はVHn+1の値として現れる。電源電圧Ｖｄｄが
上がればVHn+1が上がり、電源電圧Ｖｄｄが下がればVHn
+1も下がる。レギュレータによりVout＝VHn+1−Δｖと
して所望のVoutを得るが、この時Δｖは捨てる電圧であ
りΔｖを最小にすることが、チャージポンプ回路の効率
向上につながる。

【００６０】電源電圧Ｖｄｄが高いときは、チャージポ
ンプ回路の段数を小に、電源電圧Ｖｄｄが低くなったと
きは、チャージポンプ回路の段数を大にすることにより
Δｖを最小にする。携帯機器のスイッチを入れて、チャ
ージポンプ回路の動作が安定した後に、チャージポンプ
回路段数制御回路１６が働きチャージポンプ回路の段数
を最適にする。携帯機器のスイッチを切るまで、その制
御した段数は変わらない。即ち携帯機器のスイッチを入
れる度にチャージポンプ回路段数制御回路１６が働く。

【００６１】たとえば、図３におけるクロックＣＫＬ
ｎ’をＨレベル固定とし、ダイオードの働きをするMOSF
ETを常時オンとする。これはチャージポンプの段数が1
段減ったことに等価である。０．５段減らす場合は、既
に述べたように、初段のポンピングパケットのコンデン
サーを直列、並列として働かせる。この組み合わせによ
り、チャージポンプ殿数は実質的にｎ段、n-0.5段、n-1
段、n-1.5段、n-2段、…、と調整できる。Δｖが最小と
なる段数とすれば良い。

【００６２】上記の（ｎ＋０．５）Ｖｄｄ昇圧チャージ
ポンプ回路は、第１の実施形態の０．５段または１段チ
ャージポンプ回路とｎ段チャージポンプ回路を組み合わ
せたものであり、その昇圧電圧ＶＨn+1は、（ｎ＋０．
５）Ｖｄｄまたは、（ｎ＋１）Ｖｄｄとなる。また、検
知回路１５、チャージポンプ回路段数制御回路１６を機
能させることにより、ｎ段チャージポンプ回路の段数を
可変とすることができる。それに応じて、昇圧電圧ＶＨ
n+1を可変とすることができる。たとえば、チャージポ
ンプ回路段数制御回路１６が発生するクロック制御信号
によりクロックＣＬＫｎ’をＨレベルに固定（クロック
停止）し、Ｄn+1に該当するＭＯＳトランジスタを常時
オンにすれば、チャージポンプ段数はｎ−１になる。

【００６３】こうして、（ｎ＋０．５）Ｖｄｄ昇圧チャ
ージポンプ回路は、１．５Ｖｄｄ、２Ｖｄｄ、２．５Ｖ
ｄｄ、３Ｖｄｄ…というように、０．５Ｖｄｄステップ
の昇圧電圧を出力する。そして、レギュレータ１４は、
この昇圧電圧を所望の電圧に調整して、負荷１２に印加
する。

【００６４】図４は、第３の実施形態に係るチャージポ
ンプ回路を示す概略回路図である。このチャージポンプ
回路は、−０．５Ｖｄｄ昇圧チャージポンプ回路であ
り、接地電圧に対して−０．５Ｖｄｄの昇圧電圧を作成
するものである。

【００６５】図４（ａ）（ｂ）において、ダイオード
Ｄ’１、Ｄ’２が直列に接続され、ダイオードＤ’１の
カソードには接地電圧（０Ｖ）が供給されている。ダイ
オードＤ’１、Ｄ’２は、たとえばゲートとドレインを
共通接続したＭＯＳトランジスタによって構成すること
ができる。

【００６６】Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、ダイオードＤ’１、
Ｄ’２の接続点に、コンデンサＣ１Ａ、Ｃ１Ｂを並列ま
たは直列に切換えて接続するためのスイッチである。こ
れらのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、図５に示すよう
に、ＭＯＳトランジスタによって構成することができ
る。２１は、コンデンサＣ１Ｂにクロックを供給するク
ロックドライバーである。クロックドライバー２１は、
たとえば２段のＣＭＯＳインバータによって構成され
る。なお、ダイオードＤ’２から出力される出力電圧が
負荷（図示しない）に印加される。

【００６７】このチャージポンプ回路の動作原理は第１
の実施形態のものと同様であるが、その概要は以下の通
りである。

【００６８】クロックドライバー２１の入力クロックが
Ｈレベルのとき（ＣＫ１＝Ｈｉｇｈ）のとき、Ｓ１＝オ
フ，Ｓ２＝オン，Ｓ３＝オフとすると、２つのコンデン
サＣ１Ａ、Ｃ１Ｂは直列接続となり、各コンデンサの端
子電圧は図４（ａ）のように、０Ｖ、Ｖｄｄ／２、Ｖ
ｄｄとなる。すなわち、各コンデンサーは、Ｖｄｄ／２
の電圧に充電される。

【００６９】クロックドライバー２１の入力クロックが
Ｌレベルのとき（ＣＫ２＝Ｌｏｗ）のとき、Ｓ１＝オ
ン，Ｓ２＝オフ，Ｓ３＝オンとすると、２つのコンデン
サＣ１Ａ，Ｃ１Ｂは並列接続となる。クロックドライバ
ー２１の出力電圧は、Ｖｄｄから０Ｖに下がるので、ポ
ンプノードの電圧ＶＬ１は、ＶＬ１＝Ｖｄｄ／２−Ｖｄ
ｄ＝−Ｖｄｄ／２となる。

【００７０】負荷に流れる電流をＩｏｕｔ一定とし、各
電流を全て時間平均電流とすると、定常時には以下のよ
うになる。ダイオードＤ’１の電流ＩＤ１＝Ｉｏｕｔ／２ダイオードＤ’２の電流ＩＤ２＝Ｉｏｕｔクロックドライバーの電流Ｉｄｖ１＝Ｉｏｕｔ／２
（ＣＫ１＝Ｈｉｇｈ）クロックドライバーの電流Ｉｄｖ２＝Ｉｏｕｔ
（ＣＫ２＝Ｌｏｗ）Ｖｏｕｔ＝-１．５Ｖｄｄ（ただし、ドライバーの電
源電圧をＶｄｄとする） −０．５Ｖｄｄ昇圧チャージポンプ回路の入力電力は、
ドライバーの消費電力となる。また、ＣＫ１＝Ｈのと
き、ダイオードＤ１’の電流ＩＤ１が出力電流ＩＤ２＝
Ｉｏｕｔの１／２である。このため、出力のレギュレー
ションがなければ理論効率は１００％となり、Ｖｏｕｔ
＝−１．５Ｖｄｄにしたためのロスはない。すなわち、
第１の実施形態のものと同様に、回路の効率ηは、次式
のように１００％になる。

【００７１】η＝１．５Ｖｏｕｔ×Ｉｏｕｔ／Ｖｏｕｔ
×１．５Ｉｏｕｔ＝１００％また、２つのコンデンサＣ１Ａ、Ｃ１ＢをクロックＣＫ
１、ＣＫ２の状態によらず、直列にしたままで動作させ
れば（Ｓ１＝オフ，Ｓ２＝オン，Ｓ３＝オフ）、従来の
チャージポンプと同じ働きをし、Ｖｏｕｔ＝−Ｖｄｄと
なる。

【００７２】この場合、スイッチ制御回路（負図示）を
設け、このスイッチ制御回路からスイッチＳ１、Ｓ２、
Ｓ３にスイッチ制御信号を供給することにより、２つの
コンデンサＣ１Ａ、Ｃ１Ｂを常時直列に接続するか、ク
ロックＣＫ１、ＣＫ２の電圧レベルに応じて直列又は並
列に接続するかを切換可能とするように構成される。

【００７３】すなわち、本実施形態のチャージポンプ回
路は、出力電圧Ｖｏｕｔとして、−０．５Ｖｄｄ、ある
いは−Ｖｄｄを得ることが出来る。換言すれば、０．５
段と１段との切換が可能である。

【００７４】また、−０．５Ｖｄｄチャージポンプ回路
を一般化すると、ｍ個のコンデンサを直列、並列に切換
えることにより、−Ｖｄｄ／ｍの出力電圧Ｖｏｕｔを得
ることもできる。

【００７５】図６は、第４の実施形態に係るチャージポ
ンプ回路を示す概略回路図である。このチャージポンプ
回路は、−０．５Ｖｄｄステップ昇圧チャージポンプ回
路であって、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の制御によっ
て、−（ｎ−０．５）Ｖｄｄまたは−ｎＶｄｄの昇圧電
圧を出力する。

【００７６】図６において、ダイオードＤ’1〜Ｄ’n+1
が直列に接続され、ダイオードＤ’1のカノードには接
地電圧（０Ｖ）が供給されている。ダイオードＤ’1〜
Ｄ’n+1は、たとえばゲートとドレインを共通接続した
ＭＯＳトランジスタによって構成できる。

【００７７】ダイオードＤ’1、Ｄ’2の接続点には、第
３の実施形態の直並列コンデンサが接続され、クロック
ドライバー２１からクロックＣＫ１、ＣＫ２が供給され
る。なお、図６において、クロックドライバー２１の入
力クロックはＣＫ１＝Ｈｉｇｈとあるが、当然ＣＫ２＝
Ｌｏｗの場合も含む。また、各ダイオードＤ’２〜Ｄ’
ｎ＋１の各接続点にはコンデンサＣ２〜Ｃｎが接続さ
れ、クロックドライバー２１からクロックＣＫ２〜ＣＫ
ｎが供給される。

【００７８】なお、図６中、Ｃ３〜Ｃｎ、他のクロック
ドライバーについては省略されている。ここで、クロッ
クＣＫ１、ＣＫ２〜ＣＫｎは交互に逆位相のクロックと
する。２２は、負荷であり、ダイオードＤ’ｎ＋１から
出力される昇圧電圧ＶＨn+1が印加される負荷である。

【００７９】この−０．５Ｖｄｄステップ昇圧チャージ
ポンプ回路は、第３の実施形態の０．５段または１段チ
ャージポンプ回路とｎ段チャージポンプ回路を組み合わ
せたものであり、その昇圧電圧ＶＨｎ＋１は、−（ｎ−
０．５）Ｖｄｄまたは、−ｎＶｄｄとなる。また、第２
の実施形態と同様に、検知回路、チャージポンプ回路段
数制御回路を設けることにより、ｎ段チャージポンプ回
路の段数を可変とすることができる。それに応じて、昇
圧電圧ＶＨｎ＋１を可変とすることができる。たとえ
ば、クロックＣＬＫｎを停止し、Ｄ’n+1に該当するＭ
ＯＳトランジスタを常時オンにすれば、チャージポンプ
段数はｎ−１になる。

【００８０】こうして、−０．５Ｖｄｄステップ昇圧チ
ャージポンプ回路は、−０．５Ｖｄｄ、−Ｖｄｄ、−
１．５Ｖｄｄ、−２Ｖｄｄ、−２．５Ｖｄｄ…というよ
うに、−０．５Ｖｄｄステップの昇圧電圧を出力する。
また、ダイオードＤ’n+1の出力段に不図示のレギュレ
ータを設けることにより、この昇圧電圧ＶＨｎ＋１を所
望の電圧Ｖｏｕｔに調整して、負荷２２に印加すること
もできる。

【００８１】図７は、第５の実施形態に係るチャージポ
ンプ回路を示す概略回路図である。このチャージポンプ
回路は、１．２５Ｖｄｄ昇圧チャージポンプ回路であ
る。図１０（ａ）（ｂ）において、ダイオードＤ１、Ｄ
２が直列に接続され、ダイオードＤ１のアノードには電
源電圧Ｖｄｄが供給されている。ダイオードＤ１、Ｄ２
は、たとえばゲートとドレインを共通接続したＭＯＳト
ランジスタによって構成することができる。Ｓ１〜Ｓ９
は、ダイオードＤ１、Ｄ２の接続点に、コンデンサＣ１
Ａ、Ｃ１Ｂ、Ｃ１Ｃ、Ｃ１Ｄを並列または直列に切換え
て接続するためのスイッチである。

【００８２】これらのスイッチＳ１〜Ｓ９は、たとえ
ば、ＭＯＳトランジスタによって構成することができ
る。３１は、コンデンサＣ１Ｄにクロックを供給するク
ロックドライバーである。クロックドライバー３１は、
たとえば２段のＣＭＯＳインバータによって構成され
る。なお、ダイオードＤ２から出力される出力電圧が負
荷（図示しない）に印加される。

【００８３】このチャージポンプ回路の動作を説明する
と、以下の通りである。クロックドライバー３１の入力
クロックがＬレベル（ＣＬＫ＝Ｌｏｗ）のとき、図７
（ａ）に示すように、Ｓ１〜Ｓ３＝オン，Ｓ４〜Ｓ９＝
オフとすると、４つのコンデンサＣ１Ａ〜ＣＩＤは、ダ
イオードＤ１、Ｄ２の接続点に直列接続される。する
と、各コンデンサＣ１Ａ〜Ｃ１Ｄは、Ｖｄｄ／４に充電
される。

【００８４】次に、クロックドライバー３１の入力クロ
ックがＨレベルのとき（ＣＬＫ＝Ｈｉｇｈ）のとき、図
７（ｂ）に示すように、Ｓ１〜Ｓ３＝オフ，Ｓ４〜Ｓ９
＝オンとすると、４つのコンデンサＣ１Ａ〜Ｃ１Ｄはダ
イオードＤ１、Ｄ２の接続点に並列接続される。する
と、各コンデンサＣ１Ａ〜Ｃ１Ｄの電圧はＶｄｄ／４で
あるから、クロックドライバー１１の出力をＶｄｄとす
ると、ダイオードＤ１、Ｄ２の接続点の電圧は１．２５
Ｖｄｄに昇圧される。

【００８５】図８は、第６の実施形態に係るチャージポ
ンプ回路を示す概略回路図である。このチャージポンプ
回路は、０．２５Ｖｄｄステップ±昇圧チャージポンプ
回路である。図８において、３０は＋０．２５Ｖｄｄス
テップ昇圧チャージポンプ回路、５０は、−０．２５Ｖ
ｄｄステップ昇圧チャージポンプ回路、４０は、＋１．
２５Ｖｄｄ昇圧チャージポンプ回路であって、その出力
電圧１．２５Ｖｄｄは、スイッチＳ１０、Ｓ１１の切換
に応じてクロックドライバー３１ｂ、５１ｂの電源電圧
として供給される。＋１．２５Ｖｄｄ昇圧チャージポン
プ回路４０は、第５の実施形態と同様の構成であるため
詳細な説明は省略するが、クロックドライバー４１、４
つの直並列コンデンサ４２とを含み、１．２５Ｖｄｄの
電圧を出力するものである。

【００８６】＋０．２５Ｖｄｄステップ昇圧チャージポ
ンプ回路３０は、０．２５ステップで昇圧電圧Ｖｏｕｔ
＝１．５Ｖｄｄ、１．７５Ｖｄｄ、２Ｖｄｄ、２．２５
Ｖｄｄ、２．５Ｖｄｄ、２．７５Ｖｄｄ、…を出力す
る。一方、−０．２５Ｖｄｄステップ昇圧チャージポン
プ回路５０は、−０．５Ｖｄｄ、−Ｖｄｄ、−１．５Ｖ
ｄｄ、−１．７５Ｖｄｄ、−２Ｖｄｄ、−２．２５Ｖｄ
ｄ、−２．５Ｖｄｄ、−２．７５ｄｄ、…を出力する。
２つのチャージポンプ回路３０、５０は、後に説明する
ように別々に動作するが、これらを組み合わせることに
より、正電圧及び負電圧の電源を構成することができ
る。

【００８７】＋０．２５Ｖｄｄステップ昇圧チャージポ
ンプ回路３０の構成は以下の通りである。ダイオードＤ
１〜Ｄｎ＋１は直列に接続されており、その初段ダイオ
ードＤ１のアノードには電源電圧Ｖｄｄが供給されてい
る。３３（Ｃ１）は、ダイオードＤ１、Ｄ２の接続点に
接続された２個の直並列コンデンサ、Ｃ２、Ｃ３…は、
ダイオードＤ２〜Ｄｎ＋１の各接続点に接続されたコン
デンサ、３２はダイオードＤｎ＋１の出力に接続された
負荷である。

【００８８】また、３１ａは直並列コンデンサ３３にク
ロックＣＬＫを供給するクロックドライバー、３１ｂは
コンデンサＣ２、Ｃ３…にクロックＣＬＫを供給するク
ロッククドライバーである。ここで、各クロックドライ
バー３１ａ、３１ｂのクロックＣＬＫは交互に逆位相の
クロックであるとする。また、Ｓ１０はクロックドライ
バー３１ａの電源電圧として、１．２５Ｖｄｄ又はＶｄ
ｄを切換えて供給するためのスイッチである。

【００８９】また、必要に応じて、第２の実施形態と同
様に、検知回路、チャージポンプ回路段数制御回路、レ
ギュレータを設けることができる。

【００９０】次に、−０．２５Ｖｄｄステップ昇圧チャ
ージポンプ回路５０の構成は以下の通りである。ダイオ
ードＤ’１〜Ｄ’ｎ＋１は直列に接続されており、その
初段ダイオードＤ’１のアノードには接地電圧（０Ｖ）
が供給されている。５３（Ｃ’１）は、ダイオードＤ’
１、Ｄ’２の接続点に接続された２個の直並列コンデン
サ、Ｃ’２、Ｃ’３…は、ダイオードＤ’２〜Ｄ’ｎ＋
１の各接続点に接続されたコンデンサ、５２はダイオー
ドＤ’ｎ＋１の出力に接続された負荷である。

【００９１】また、５１ａは直並列コンデンサ５３にク
ロックＣＫを供給するクロックドライバー、５１ｂはコ
ンデンサＣ’２にクロックＣＫを供給するクロックドラ
イバー、５１ｃは、コンデンサＣ’３…にクロックＣＫ
を供給するクロックドライバーである。ここで、各クロ
ックドライバー５１ａ、５１ｂ、５１ｃのクロックＣＫ
は交互に逆位相のクロックであるとする。また、Ｓ１１
はクロックドライバー５１ｂの電源電圧として、１．２
５Ｖｄｄ又はＶｄｄを切換えて供給するためのスイッチ
である。また、必要に応じて、第２の実施形態と同様
に、検知回路、チャージポンプ回路段数制御回路、レギ
ュレータを設けることができる。

【００９２】次に、＋０．２５Ｖｄｄステップ昇圧チャ
ージポンプ回路３０の動作を説明すれば、以下の通りで
ある。いま、１段目のポンプノード電圧ＶＨ１に着目す
ると、スイッチ１０がＶｄｄ側に切換えられ、クロック
ドライバー３１ａの電源電圧にＶｄｄが供給されている
とする。すると、ポンプノード電圧ＶＨ１は、第１の実
施形態によって説明したように、直並列コンデンサ３３
が直並列切換動作をする場合にはＶｄｄ＋１／２Ｖｄｄ
＝１．５Ｖｄｄ、直並列コンデンサが常に直列接続で動
作する場合にはＶｄｄ＋Ｖｄｄ＝２Ｖｄｄとなる。

【００９３】一方、スイッチ１０が１．２５Ｖｄｄ側に
切換えられ、クロックドライバー３１ａの電源電圧に
１．２５Ｖｄｄが供給されているとする。すると、直並
列コンデンサ３３が直並列の切換動作をする場合には
１．２５Ｖｄｄ＋１／２Ｖｄｄ＝１．７５Ｖｄｄ、直並
列コンデンサが常に直列接続で動作する場合には１．２
５Ｖｄｄ＋Ｖｄｄ＝２．２５Ｖｄｄとなる。

【００９４】すなわち、ポンプノード電圧ＶＨ１とし
て、スイッチ１０及び直並列コンデンサ３３の切換に応
じて、１．５Ｖｄｄ、１．７５Ｖｄｄ、２Ｖｄｄ、２．
２５Ｖｄｄが得られることがわかる。したがって、２段
目のポンプノード電圧としては、Ｖｄｄが加算されるか
ら、２．５Ｖｄｄ、２．７５Ｖｄｄ、３Ｖｄｄ、３．２
５Ｖｄｄが得られることがわかる。こうして、２段目以
降のチャージポンプ段数ｎの制御によって、任意の０．
２５Ｖｄｄステップの昇圧電圧を得ることができる。

【００９５】次に、−０．２５Ｖｄｄステップ昇圧チャ
ージポンプ回路５０の動作についても同様であるが、２
段目のコンデンサＣ２に接続されたクロックドライバー
５１ｂの電源電圧をスイッチ１１によって切換える点が
異なる。もし、１段目のクロックドライバー５１ａの電
源電圧を切換えようとすると、その電源電圧が１／２と
なるため、０．２５Ｖｄｄの電圧ステップを得ることが
できないためである。

【００９６】これにより、１段目のポンプノード電圧Ｖ
Ｈ’１として、直並列コンデンサ５３の切換に応じて、
０．５ＶｄｄまたはＶｄｄが得られ、２段目のポンプノ
ード電圧ＶＨ’２として、スイッチ１１の切換に応じ
て、−１．５Ｖｄｄ、−１．７５Ｖｄｄ、−２Ｖｄｄ、
−２．２５Ｖｄｄ得られる。こうして、３段目以降のチ
ャージポンプ段数を制御することによって、任意の−
０．２５Ｖｄｄステップの昇圧電圧を得ることができ
る。

【００９７】また、本実施形態のチャージポンプ回路に
おいて、直並列コンデンサ３３、４２、５３のコンデン
サ数を変えることにより、任意のステップの昇圧電圧を
得ることができることも特許の範囲である。たとえば、
直並列コンデンサ３３、４２、５３を３つのコンデンサ
と対応する切換スイッチによって構成することにより、
０．３３Ｖｄｄステップのチャージポンプ回路を構成す
ることができる。すなわち、この場合の昇圧電圧は、
１．３３Ｖｄｄ、１．６６Ｖｄｄ、２Ｖｄｄ、１．．
３３Ｖｄｄ，２．６６Ｖｄｄ、３Ｖｄｄ、…、−１．６
６、−２Ｖｄｄ、−２．３３Ｖｄｄ、−２．６６Ｖｄ
ｄ、−３Ｖｄｄ、…となる。

【００９８】

【発明の効果】本願において開示された発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。

【００９９】第１に、クロックのレベルに応じてコンデ
ンサを直列、並列に切換えることにより、電源電圧Ｖｄ
ｄより小さな電圧ステップの正又は負の昇圧電圧を得る
ことを可能とするとともに、回路の効率ηを改善できる
ものである。

【０１００】第２に、ｎ段のチャージポンプ回路との組
み合わせにより、電源電圧Ｖｄｄの電圧ステップに、電
源電圧に比して小さな電圧ステップを加算した正又は負
の昇圧電圧を出力することができ、しかも回路の効率η
を改善できる。

【０１０１】第３に、さらにレギュレータ、電圧検知手
段、クロック制御手段を備えることにより、昇圧電圧に
応じて、チャージポンプ回路の段数を切換え、昇圧電圧
を調節することにより、さらに回路の効率ηを向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るチャージポンプ
回路を示す概略回路図である。

【図２】切換スイッチＳ１〜Ｓ３をＭＯＳＦＥＴ（ＭＯ
Ｓトランジスタ）に置き換えた０．５段チャージポンプ
回路を示す概略回路図である。

【図３】第２の実施形態に係るチャージポンプ回路を示
す概略回路図である。

【図４】第３の実施形態に係るチャージポンプ回路を示
す概略回路図である。

【図５】切換スイッチＳ１〜Ｓ３をＭＯＳＦＥＴ（ＭＯ
Ｓトランジスタ）に置き換えた０．５段チャージポンプ
回路を示す概略回路図である。

【図６】第４の実施形態に係るチャージポンプ回路を示
す概略回路図である。

【図７】第５の実施形態に係るチャージポンプ回路を示
す概略回路図である。

【図８】第６の実施形態に係るチャージポンプ回路を示
す概略回路図である。

【図９】従来例のチャージポンプ回路（ｎ＝４）を示す
概略回路図である。

【図１０】レギュレータを設けたｎ段のチャージポンプ
回路の概略回路図である。

【符号の説明】

Ｄ１、Ｄ２ダイオードＣ１Ａ、Ｃ１ＢコンデンサＳ１、Ｓ２、Ｓ３スイッチ１１クロックドライバー１２負荷１３直並列コンデンサ１４レギュレータ１５検知回路１６チャージポンプ回路段数制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直列に接続された複数のダイオードと、前記ダイオードの接続点に接続される２以上のコンデン
サと、前記コンデンサにクロックを供給するクロック供給手段
と、前記クロックの電圧レベルに応じて、前記２以上のコン
デンサを前記ダイオードの接続点に直列又は並列に接続
するためのスイッチ手段と、を備え、前記ダイオードから昇圧電圧を出力することを
特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項２】直列に接続された複数のダイオードと、前記初段のダイオードに電源電圧を供給する電圧源と、前記初段のダイオードと次段のダイオードとの接続点に
接続される２以上のコンデンサと、前記コンデンサにクロックを供給するクロック供給手段
と、前記クロックがＬレベルの時に前記２以上のコンデ
ンサを前記ダイオードの接続点に直列に接続し、前記ク
ロックがＨレベルの時に前記２以上のコンデンサを前記
ダイオードの接続点に並列に接続するように切換えるス
イッチ手段と、を備え、前記最終段のダイオードから前記電源電圧に比
して小さい電圧ステップの正の昇圧電圧を出力すること
を特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項３】直列に接続された複数のダイオードと、前記初段のダイオードに電源電圧を供給する電圧源と、
前記初段のダイオードと次段のダイオードとの接続点に
接続される２以上の第１のコンデンサと、前記接続点を除く他のダイオードの接続点に接続された
１以上の第２のコンデンサと、前記第１のコンデンサ及び第２のコンデンサに逆位相の
クロックを交互に供給するクロック供給手段と、前記第１のコンデンサに供給されるクロックの電圧レベ
ルに応じて前記２以上の第１のコンデンサの接続状態を
切換えるスイッチ手段とを、備え、前記スイッチ手段は、前記第１のコンデンサに供給され
るクロックがＬレベルの時に前記２以上のコンデンサを
前記初段のダイオードと次段のダイオードとの接続点に
直列に接続し、該クロックがＨレベルの時に前記２以上
のコンデンサをその接続点に並列に接続するように切換
え、前記最終段のダイオードから、前記電源電圧の電圧
ステップに、前記電源電圧に比して小さな電圧ステップ
を加算した正の昇圧電圧を出力することを特徴とするチ
ャージポンプ回路。
【請求項４】請求項２又は請求項３に記載のチャージ
ポンプ回路であって、前記スイッチ手段を制御するスイ
ッチ制御手段を備え、このスイッチ制御手段から出力さ
れるスイッチ制御信号に応じて、前記２以上のコンデン
サを前記初段のダイオードと前記次段のダイオードとの
接続点に、常時直列に接続するか前記クロックのレベル
に応じて直列又は並列に接続するかを切換えるようにし
たことを特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項５】請求項２又は請求項３に記載のチャージ
ポンプ回路であって、前記最終段のダイオードから出力
される昇圧電圧を調整するレギュレータを設けたことを
特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項６】請求項３、４、５に記載のチャージポン
プ回路であって、前記最終段のダイオードから出力され
る昇圧電圧を検知する電圧検知手段と、その検知結果に
応じてチャージポンプ回路の段数を制御するチャージポ
ンプ回路段数制御手段とを備えることを特徴とするチャ
ージポンプ回路。
【請求項７】請求項１、２、３、４、５、６に記載の
チャージポンプ回路であって、前記ダイオードは、ゲー
ト及びソースを共通接続したＭＯＳトランジスタから成
ることを特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項８】請求項１、２、３、４、５、６に記載の
チャージポンプ回路であって、前記スイッチ手段は、Ｍ
ＯＳトランジスタから成ることを特徴とするチャージポ
ンプ回路。
【請求項９】初段のダイオードに接地電圧が供給され
るとともに直列に接続された複数のダイオードと、前記初段のダイオードと次段のダイオードとの接続点に
接続される２以上のコンデンサと、前記コンデンサにクロックを供給するクロックドライバ
ー手段と、前記クロックがＨレベルの時に前記２以上のコンデンサ
を前記ダイオードの接続点に直列に接続し、前記クロッ
クがＬレベルの時に前記２以上のコンデンサを前記ダイ
オードの接続点に並列に接続するように切換えるスイッ
チ手段と、を備え、前記最終段のダイオードから前記クロックドラ
イバー手段に供給される電源電圧に比して小さい電圧ス
テップで、負の昇圧電圧を出力することを特徴とするチ
ャージポンプ回路。
【請求項１０】初段のダイオードに接地電圧が供給さ
れるとともに直列に接続された複数のダイオードと、前記初段のダイオードと次段のダイオードとの接続点に
接続される２以上の第１のコンデンサと、前記接続点を除く他のダイオードの接続点に接続された
１以上の第２のコンデンサと、前記第１のコンデンサ及び第２のコンデンサに逆相のク
ロックを交互に供給するクロックドライバー手段と、前記第１のコンデンサに供給されるクロックの電圧レベ
ルに応じて前記２以上の第１のコンデンサの接続状態を
切換えるスイッチ手段とを、備え、前記スイッチ手段は、前記第１のコンデンサに供給され
るクロックがＨレベルの時に前記２以上のコンデンサを
前記初段のダイオードと次段のダイオードとの接続点に
直列に接続し、該クロックがＬレベルの時に前記２以上
のコンデンサをその接続点に並列に接続するように切換
えるスイッチ手段と、を備え、前記最終段のダイオードから前記クロックドラ
イバー手段に供給される電源電圧に比して小さな電圧ス
テップで、負の昇圧電圧を出力することを特徴とするチ
ャージポンプ回路。
【請求項１１】請求項９又は請求項１０に記載のチャ
ージポンプ回路であって、前記スイッチ手段を制御する
スイッチ制御手段を備え、このスイッチ制御手段から出
力されるスイッチ制御信号に応じて、前記２以上のコン
デンサを前記初段のダイオードと前記次段のダイオード
との接続点に、常時直列に接続するか前記クロックのレ
ベルに応じて直列又は並列に接続するかを切換えるよう
にしたことを特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項１２】請求項９又は請求項１０に記載のチャ
ージポンプ回路であって、前記最終段のダイオードから
出力される昇圧電圧を調整するレギュレータを設けたこ
とを特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項１３】請求項９、１０、１１、１２に記載の
チャージポンプ回路であって、前記最終段のダイオード
から出力される昇圧電圧を検知する電圧検知手段と、そ
の検知結果に応じてチャージポンプ回路の段数を制御す
るチャージポンプ回路段数制御手段とを備えることを特
徴とするチャージポンプ回路。
【請求項１４】請求項９、１０、１１、１２、１３に
記載のチャージポンプ回路であって、前記ダイオード
は、ゲート及びソースを共通接続したＭＯＳトランジス
タから成ることを特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項１５】請求項９、１０、１１、１２、１３に
記載のチャージポンプ回路であって、前記スイッチ手段
は、ＭＯＳトランジスタから成ることを特徴とするチャ
ージポンプ回路。