JP2002516560A - 電圧増倍器のカスケード接続 - Google Patents

電圧増倍器のカスケード接続

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Abstract

(57)【要約】 入力電圧(U)を出力電圧(U)に変換するための電圧変換器は、クロック入力を有する複数のカスケード接続された電圧増倍器(VM1〜VMN)と、電圧増倍器(VM1〜VMN)を制御するためにクロック入力へクロック信号を供給する制御回路(CNTRLG)とを備えている。制御回路(CNTRLG)は、複数の電圧増倍器(VM1〜VMN)から選択されたものをアクティブにする手段(SL)を備えている。クロック入力信号は、一部の電圧増倍器をアクティブでない状態にするようにプログラム可能である。さらに、この電圧変換器は、電圧変換器の出力と手段(SL)の入力との間に接続されたモニタリング手段(MN)を備えることができる。このモニタリング手段(MN)は、出力電圧(U)を測定し、アクティブな電圧増倍器(VM1〜VMN)の必要な個数Nについての決定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、クロック入力を有する複数のカスケード接続された電圧増倍器(vo
ltage multiplier)と、電圧増倍器を制御するためにクロック入力へクロック信
号を供給する制御回路とを備えた、入力電圧を出力電圧に変換する電圧変換器に
関する。
【0002】 このような電圧変換器は、ソリッド・ステート回路に関するIEEEジャーナ
ルSC−11巻、No.3、1976年6月号、第374ページから第378ペー
ジにある刊行物の記載から公知である。この刊行物において、電圧変換器の出力
電圧は、NMOS集積回路の高い電源電圧を提供するように機能する。
【0003】 この公知の電圧変換器の欠点は、電圧変換器の電力効率が、入力電圧の値に対
する出力電圧の値に強く依存するということである。これは、この電圧変換器の
相対的に低い電力効率につながり得る。
【0004】 本発明の目的は、前述した欠点をなくす改良された電圧変換器を提供すること
にある。
【0005】 この目的を達成するために、本発明によると、発明の属する技術の分野の欄で
記載したタイプの電圧変換器は、制御回路が、複数の電圧増倍器から選択された
ものをアクティブにする手段を備えていることを特徴とする。これは、アクティ
ブにされるべき適切な個数の電圧増倍器を選択することを可能にする。これは、
相対的に低い出力電圧が望まれる場合には、アクティブな電圧増倍器の個数が相
対的に小さく、一方、相対的に高い出力電圧が望まれる場合には、アクティブな
電圧増倍器の個数が相対的に大きいことを意味する。このように、アクティブな
電圧増倍器の個数が不必要に大きくなることを回避することができ、これにより
、この電圧変換器の電力効率が低くなることを回避することができる。アクティ
ブでない電圧増倍器は、スイッチによりバイパスされるか、または、アクティブ
な電圧増倍器と並列に分路されなければならない。いくつかのタイプの電圧増倍
器は、電圧増倍器内のスイッチが、それぞれのアクティブでない電圧増倍器をバ
イパスするためにも使用されることを許容している。これが許容されていないな
らば、付加的なバイパス・スイッチが提供される必要がある。
【0006】 この電圧変換器は、さらに、前記電圧増倍器の少なくとも1つが、チャージポ
ンプによって形成されることを特徴とする。チャージポンプを電圧増倍器として
使用する利点は、付加的なバイパス・スイッチが必要とされず、したがって、電
圧変換器を比較的シンプルにすることができるということである。
【0007】 なお、本発明は、添付図面を参照しながらより詳細に開示される。
【0008】 図1から図5において、同様の機能または目的を有する部材または要素には、
同じ参照番号が付されている。
【0009】 図1は、本発明による電圧変換器の原理を示すブロック図である。この電圧変
換器は、カスケードに配置されたN個の電圧増倍器VM1〜VMNを備えている
。第1の電圧増倍器VM1は、その入力IP1に入力電圧Uを入力するように
構成されている。入力電圧Uは、この電圧変換器の入力端子IPとグランド端
子GNDとの間に配置された電圧源VSによって供給される。その結果、第1の
電圧増倍器VM1は、その出力OP1に中間電圧を出力する。この中間電圧は、
第2の電圧増倍器VM2の入力IP2に転送される。続いて、第2の電圧増倍器
VM2は、その出力OP2に中間電圧を出力する。この中間電圧は、第3の電圧
増倍器VM3の入力IP3に転送される。同じ処理が、他のすべての電圧増倍器
VM1〜VMNに対して続けられる。このように、第N番目の電圧増倍器は、最
終的に、この電圧変換器の出力端子OPに出力電圧Uを出力する。各電圧増倍
器VM1〜VMNは、制御回路CNTRLGによって供給される一対のクロック
入力信号s1,d1〜sn,dnの制御下にある。この制御回路CNTRLGは
、複数の電圧増倍器VM1〜VMNから選択されたものを起動する手段SLによ
って拡張されている。この手段SLは、制御回路CNTRLGとともに、生成さ
れるべきすべての種類のクロック入力信号s1,d1〜sn,dnをイネーブル
にする。手段SLおよび制御回路CNTRLGの設計は、さまざまな方法で行う
ことができ、実際には、デジタル・エレクトロニクスの分野の当業者の設計知識
に含まれるものである。非常に有益なオプションは、コンピュータ・ソフトウェ
アの使用によって手段SLを(部分的に)実現することである。したがって、コ
ンピュータによって、所望のクロック入力信号s1,d1〜sn,dnをプログ
ラムすることが可能である。このようにして、クロック入力信号s1,d1〜s
n,dnは、非常に容易に変更可能である。
【0010】 一方、所望のクロック入力信号s1,d1〜sn,dnをプログラムする代わ
りに、本発明は、所望のクロック入力信号s1,d1〜sn,dnを自動的に生
成することも可能にする。このためには、図1に示すように、モニタリング手段
MNが、電圧変換器の出力OPと手段SLの入力との間に接続されなければなら
ない。このモニタリング手段MNは、出力電圧Uと入力電圧Uとの間の差を
測定して、アクティブな電圧増倍器VM1〜VMNの必要となる個数Nについて
の決定を行う。
【0011】 この電圧変換器の動作は、図2〜図5とともにより詳細に説明される。
【0012】 図2は、図1によるカスケード接続された電圧増倍器VM1〜VMNの変形例
を示す。この例によると、電圧増倍器VM1〜VMNの個数Nは、4になるよう
に選択されている。第1から第4の電圧増倍器VM1〜VM4は、第1から第4
のチャージポンプCHGPMP1〜CHGPMP4によって形成されている。第
1のチャージポンプCHGPMP1は、電圧変換器の入力IPと第1の接点n1
との間に接続された第1のスイッチSw1を備えている。この第1のスイッチS
w1は、クロック入力信号s1によって制御される(図3から図5参照)。すな
わち、第1のスイッチSw1は、クロック入力信号s1が論理的にハイ(H)で
ある時に閉じられ、クロック入力信号s1が論理的にロー(L)である時に開か
れる。第1のチャージポンプCHGPMP1は、第1のキャパシタC1と、クロ
ック入力信号d1を受信するための入力およびクロック入力信号d1のバッファ
リングされたものを出力するための出力を有する第1のバッファBF1と、をさ
らに備えている。第1のキャパシタC1は、第1のバッファBF1の出力と第1
の接点n1との間に接続されている。第2から第4のチャージポンプCHGPM
P2〜CHGPMP4も、第1のチャージポンプCHGPMP1と同様である。
これら一対のクロック入力信号s1,d1〜s4,d4が図3に示すようになる
と、4つのすべてのチャージポンプCHGPMP1〜CHGPMP4はアクティ
ブになる。前述したように、すべてのチャージポンプCHGPMP1〜CHGP
MP4がアクティブでない時がより適していることになる。たとえば、チャージ
ポンプCHGPMP1〜CHGPMP4のうちの3つのみがアクティブにされる
べき場合には、図4に示すように、一対のクロック入力信号s4,d4(一例と
して)を生成することが可能となる。クロック入力信号d4は、いわゆる「ドン
トケア」の信号であり、すなわち、その値は時間において一定でなければならな
いという意味でのみ関係がある。クロック入力信号s4は論理的にハイ(H)で
あり、したがって、第4のスイッチs4は閉じられる。その結果、第4のチャー
ジポンプCHGPMP4はアクティブでない。もちろん、適切な対のクロック入
力信号s1,d1〜s4,d4を与えることにより、別のチャージポンプまたは
いくつかのチャージポンプCHGPMP1〜CHGPMP4をアクティブにしな
いことも可能である。たとえば、第4のチャージポンプCHGPMP4をバイバ
スする代わりに、第1のチャージポンプCHGPMP1をバイパスすることが可
能である。このようにすることにより、(第4の閉じたスイッチSW4の抵抗に
よって生ずる)第4段の電圧ロスは回避される。これは、集積回路に応用された
場合に、集積回路内部の電圧が出力電圧Uを決して超えないという有利な効果
を有する。すべてのチャージポンプCHGPMP1〜CHGPMP4をアクティ
ブにしないことさえ可能である。その場合には、出力電圧Uは、入力電圧U と等しくなる。
【0013】 チャージポンプをアクティブにしない代わりに、2以上のチャージポンプを分
岐して配置することも可能である。クロック入力信号s1,d1〜s4,d4の
対が図5に示すものと仮定する。クロック入力信号s3〜s4が論理的にハイ(
H)であるので、第3のスイッチSw3および第4のスイッチSw4の双方は閉
じられる。クロック入力信号d2〜d4は同位相であることに留意する。したが
って、第2、第3および第4のチャージポンプCHGPMP2〜CHGPMP4
は並列に配置される。チャージポンプをアクティブにしない代わりのチャージポ
ンプの利点は、電圧変換器の出力インピーダンスが減少するということである。
【0014】 第5のスイッチSw5が接点n4と出力端子OPとの間に直列に配置されてい
ることに留意すべきである。
【0015】 さらに、出力キャパシタCoutは、出力端子OPとグランド端子GNDとの
間に接続されている。出力キャパシタCoutの目的は、出力電圧Uのリップ
ルを減少させることである。第5のスイッチSw5は、出力キャパシタCから第
4のチャージポンプCHGPMP4に向けた電荷の転送が回避されるように、ク
ロック入力信号s5によって制御される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による電圧変換器の原理を示すブロック図である。
【図2】 図1によるカスケード接続された電圧増倍器の変形例を示す。
【図3】 本発明のよりよい理解のための波形図である。
【図4】 本発明のよりよい理解のための波形図である。
【図5】 本発明のよりよい理解のための波形図である。
【符号の説明】
VM1〜VMN 電圧増倍器 CNTRLG 制御回路 U 入力電圧 U 出力電圧 CHGPMP1〜CHGPMPN チャージポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Groenewoudseweg 1, 5621 BA Eindhoven, Th e Netherlands (72)発明者 エカールト、ルツィトカ オランダ国5656、アーアー、アインドーフ ェン、プロフ.ホルストラーン、6 (72)発明者 マルコ、ラドビック オランダ国5656、アーアー、アインドーフ ェン、プロフ.ホルストラーン、6 (72)発明者 クルト、ミュールマン オランダ国5656、アーアー、アインドーフ ェン、プロフ.ホルストラーン、6 (72)発明者 ジョン、エヌ.マムチャック オランダ国5656、アーアー、アインドーフ ェン、プロフ.ホルストラーン、6 Fターム(参考) 5H730 AA14 AS04 BB02 BB13 BB57 BB86 CC28 DD02 FD01 FD11 FG01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クロック入力を有する複数のカスケード接続された電圧増倍器と、前記電圧増
    倍器を制御するために前記クロック入力へクロック信号を供給する制御回路とを
    備えている、入力電圧を出力電圧に変換するための電圧変換器において、 前記制御回路が、前記複数の電圧増倍器から選択されたものをアクティブにす
    る手段を備えている、ことを特徴とする電圧変換器。
  2. 【請求項2】 前記電圧変換器の少なくとも1つが、チャージポンプによって形成されている
    、ことを特徴とする請求項1に記載の電圧変換器。
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