JP2004248451A - チャージポンプ回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】このチャージポンプ回路は、カレントミラー回路15を用いた定電流充放電回路17を、昇圧用のコンデンサC1の充電時及び放電時の電流経路P1,P2に介装する構成である。カレントミラー回路15は、FET3,4,10を備えて構成されており、定電流充放電回路17は、そのカレントミラー回路15とFET7とを備えて構成されている。信号入力部19からは、コンデンサC1の切替スイッチであるFET8,9を交互にオンさせるクロック信号が入力される。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、チャージポンプ回路、例えば車載用のチャージポンプ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3は従来のチャージポンプ回路の回路図である。このチャージポンプ回路は、図3に示すように、第1及び第2のダイオード101,103と、第1及び第2のコンデンサ105,107と、第1及び第2のスイッチ109,111と、抵抗113とを備えて構成されており、第1及び第2のスイッチ109,111を交互に周期的に導通させることにより、入力部115から入力された電源電圧(電流)を昇圧して出力部117から出力するようになっている。
【0003】
第1のスイッチ109が導通した際には、入力部115からの電流が経路P1に沿って流れ、これによってコンデンサ105が充電され、第2のスイッチ111が導通した際には、コンデンサ105に充電されていた電流が放電されるとともに、入力部115からの電流が経路P2に沿って流れ、これによって昇圧された電流が出力部117に与えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図3に示す従来のチャージポンプ回路では、第1及び第2のスイッチ109,111の遮断、導通の切り替えに伴って、図4に示すように、コンデンサ105に流れる電流(特に、電流の大きさ)が急激に変化する。特に、各スイッチ109,111が導通された瞬間は、コンデンサ105に流れる電流量が非常に短期間で増大、減少するため、電源ラインに大きなノイズが発生し、これによって、例えば、車載用のチャージポンプ回路の場合ではラジオ等の他の車載機器の障害が発生する場合がある。
【0005】
ここで、図4上における期間Taは第1のスイッチ109が導通している期間に対応しており、期間Tbは第2のスイッチ111が導通している期間に対応している。
【0006】
なお、このようなノイズの防止策としては、電流経路上にフィルタを挿入するという手段も考えられるが、フィルタ追加によりコストアップや、寸法、重量の増大を招くという欠点がある。
【0007】
そこで、本発明は、コスト、寸法及び重量を抑制しつつ、ノイズ低減が図れるチャージポンプ回路を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段は、昇圧対象の電源入力を受け付ける入力部と昇圧後の電圧出力を行う出力部との間に、前記出力部側に向けて順方向となるように直列に介装された第1及び第2のダイオードと、前記第1のダイオード及び前記第2のダイオードのうちの前記入力部側に位置する第1のダイオードの前記出力部側接続部とグランドとの間の接続路上に介装されたコンデンサと、前記コンデンサの2つの接続部のうちの一方側の接続部とグランドとの間の前記接続路を導通、遮断する第1のスイッチ手段と、前記コンデンサの前記一方側の接続部と前記入力部との間を導通、遮断する第2のスイッチ手段と、前記第1のスイッチ手段と前記2のスイッチ手段とを、交互に逆位相で導通させる駆動手段と、を備えるチャージポンプ回路であって、前記第1のスイッチ手段によって前記コンデンサの前記一方側の接続部とグランドとの間が導通されて前記入力部からの電流が前記コンデンサに充電される際に電流が流れる経路上のいずれかの位置、及び、前記第2のスイッチ手段によって前記コンデンサの前記一方側の接続部と前記入力部との間が導通されて前記コンデンサから放電が行われる際に電流が流れる経路上のいずれかの位置に、カレントミラー回路を用いた定電流充放電回路を設ける。
【0009】
好ましくは、前記チャージポンプ回路はIC内に内蔵されているのがよい。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施形態に係るチャージポンプ回路の回路図である。このチャージポンプ回路は、図1に示すように、第1及び第2のダイオードD1,D2と、第1及び第2のコンデンサC1,C2と、第1ないし第10のFET1〜10と、抵抗R1と、インバータInv1と、FET8,9を駆動する図示しない駆動回路(駆動手段)とを備えて構成されている。このうち、コンデンサC1が本発明に係る昇圧用のコンデンサに相当しており、FET9が本発明に係る第1のスイッチ手段に相当しており、FET8が発明に係る第2のスイッチ手段に相当している。また、FET3,4,10が本発明に係るカレントミラー回路(MOSFETワイドラー・カレントミラー回路)15を構成しており、そのFET3,4,10を含むFET3,4,7が本発明に係る定電流充放電回路17を構成している。ここで、FET1,5〜8はPチャンネルMOSFETであり、FET2〜4,9,10はNチャンネルMOSFETである。
【0011】
また、本実施形態に係るチャージポンプ回路は、車載用であり、電源ラインから負荷へ供給される電源電流の通流状態を制御する電源制御用のFETのゲート駆動用に用いられる。この場合、その電源制御用のFETは、負荷の電流通流方向上流側(ハイサイド)に設けられ、構成の簡略化のため、チャージポンプ回路の電源ラインと各負荷の電源ラインとは共通化される。
【0012】
ここで、本実施形態に係るカレントミラー回路15は、入力側FET3に2つの出力側FET4,10を2連に接続した構成であり、入力電流I1に対して2つの出力電流(ミラー電流)I2,I3が対応している。
【0013】
第1及び第2のダイオードD1,D2は、昇圧対象の電源入力を受け付ける入力部11と昇圧後の電圧出力を行う出力部13との間に、出力部13側に向けて順方向となるように、かつ、第1のダイオードD1が入力部11側に位置するように直列に介装されている。
【0014】
コンデンサC1は、ダイオードD1の出力部側接続部とグランドとの間の接続路上に介装されている。コンデンサC2は、ダイオードD2の出力部側接続部と電源電圧入力部21との間に介装されている。なお、このコンデンサC2は、このチャージポンプ回路の用途等によっては省略可能である。
【0015】
FET9,10は、コンデンサC1の2つの接続部のうちの一方側の接続部とグランドとの間の前記接続路上に、FET9がコンデンサC1側に位置するようにして直列に介装されている。すなわち、FET9のドレインはコンデンサC1の一方側の接続部に接続され、FET10のドレインはFET9のソースに接続され、FET10のソースはグランドに接続されている。FET9のゲートは、後述するFET8のゲートと共通結線されて、制御信号の入力を受け付ける信号入力部19に接続される。FET10のゲートは、後述するFET3,4のゲート、及びFET2のドレインと接続されている。
【0016】
FET7,8は、入力部11とコンデンサC1の一方側の接続部との間に、FET7が接続部11側に位置するようにして直列に介装されている。すなわち、FET7のソースは入力部11に接続され、FET8のソースはFET7のドレインに接続され、FET8のドレインはコンデンサC1の一方側の接続部に接続されている。FET7のゲートは、後述するFET4,5,6のドレインと接続されている。FET5のゲートはインバータInv1を介して信号入力部21に接続されている。
【0017】
次に、このチャージポンプ回路の各部の機能及び動作について説明する。
【0018】
信号入力部19には、制御信号(クロック信号)が入力される。このクロック信号は、コンデンサC1とグランド又は入力部11との接続状態を切り替えるために、FET8,9を周期的に交互にオン、オフさせるための信号であり、周期的にハイ、ローに切り替えられる。
【0019】
信号入力部21は、ミラー回路15を含む定電流充放電回路17をオン、オフするための制御信号(オン、オフ信号)を入力するためのものである。このオン、オフ信号は、ハイ又はローの信号が入力され、信号がローのときに定電流充放電回路17がオンし、信号がハイのときに定電流充放電回路17がオフするようになっている。
【0020】
信号入力部19から入力されるクロック信号に応じて、FET8,9が周期的に交互にオンし、これによって、コンデンサC1のグランド又は入力部11に対する接続状態が、正逆交互に切り替えられるようになっている。すなわち、入力されるクロック信号がハイレベルであるときには、FET9がオンしてコンデンサC1の一方側の接続部がFET9,10(FET10がオンの場合)を介してグランドと導通する一方、FET8がオフして、コンデンサC1の一方側の接続部と入力部11との間が遮断され、これに伴って入力部11からの電流が経路P1に沿って流れ、これによってコンデンサC1が充電される。一方、入力されるクロック信号がローレベルであるときには、FET9がオフしてコンデンサC1の一方側の接続部とグランドとの間が遮断される一方、FET8がオンして、コンデンサC1の一方側の接続部と入力部11との間がFET8,7(FET7がオンの場合)を介して導通し、これに伴ってコンデンサC1に充電されていた電流が放電されるとともに、入力部11からの電流が経路P2に沿って流れ、これによって昇圧された電流が出力部13に与えられる。
【0021】
そして、各経路P1,P2を電流が流れる際に、その経路P1,P2に介装されたFET7,10を流れる電流通流量をカレントミラー回路15及びそれに連動するFET7により安定化(特に、通流電流量の急峻な増大を抑制)するようになっている。
【0022】
図2は、昇圧用のコンデンサC1に流れる電流の変化状況を示す図であり、定電流充放電回路5によって電流制限が図られ、電流の急峻な変化が抑制されているのが分かる。
【0023】
ここで、図2上における期間Ta,Tbは、前述の図4の期間Ta,Tbと対応している。
【0024】
信号入力部21から入力されるオン、オフ信号がローレベルである場合には、FET1がオンし、これに伴って入力部11の電源電圧がFET1及び抵抗R1を介してFET3,4,10のゲートに印加されてFET3,4,10がオンし、これに伴ってFET6がオンし、これによって、カレントミラー回路15に入力電流I1及び出力電流I2が流れるとともに、FET10に出力電流I3が通流可能な状態となる。なお、このとき、FET7は、そのゲートがFET4を介してグランドに導通してオンしている。FET2は、そのゲートにローレベルの信号が入力されてオフしている。FET5は、そのゲートにインバータInv1を介してハイレベルの信号が入力されてオフしている。
【0025】
そして、このようにカレントミラー回路15がオンしている状態では、FET10は、入力電流I1に対するミラー比に応じた出力電流I3分の電流を通流させようとするため、仮にFET10を流れる電流が瞬間的に増大しようとしても、FET10によってその電流の増大変化が抑制される。これによって、経路P1に沿って流れる電流(コンデンサC1の充電時の電流)が、FET10の作用によって安定化される。
【0026】
また、FET4は、入力電流I1に対するミラー比に応じた出力電流I2分の電流を通流させようとするため、入力電流I1の安定度に応じて出力電流I3が安定化され、これによって、FET7のゲート、ソース間電圧も安定化される。このため、FET7は、そのゲート、ソース間電圧の安定度に応じて、一定の電流を通流させようとするため、仮にFET7を流れる電流が瞬間的に増大しようとしても、FET7によってその電流の増大変化が抑制される。これによって、経路P2に沿って流れる電流(コンデンサC1の放電時の電流)が、FET7の作用によって安定化される。
【0027】
オン、オフ信号がローレベルからハイレベルに切り替えられると、FET1がそのゲートにハイレベルの信号が入力されてオフして、FET3,4,10のゲートへの電圧印加が解除されるとともに、FET2がそのゲートにハイレベルの信号が入力されてオンして、FET3,4のドレイン、ソース間電圧がゼロになり、これによってFET3,4,10がオフする。また、FET5がそのゲートにインバータInv1を介してローレベルの信号が入力されてオンして、FET6,7のゲート、ソース間電圧がゼロになり、FET6,7がオフする。
【0028】
以上のように、本実施形態によれば、カレントミラー回路15を用いた定電流充放電回路17を、昇圧用のコンデンサC1の充電時及び放電時の電流経路P1,P2に介装する構成であるため、コスト、寸法及び重量を抑制しつつ、ノイズ低減が図れる。
【0029】
また、チャージポンプ回路の動作により電源ラインに発生するノイズを抑制することができるため、本実施形態のように、チャージポンプ回路とラジオ等の他の車載機器(負荷)との電源ラインが共通となっている場合であっても、チャージポンプ回路が他の車載機器に与える影響を抑制することができる。
【0030】
【発明の効果】
請求項1及び2に記載の発明によれば、カレントミラー回路を用いた定電流充放電回路を、昇圧用のコンデンサの充電時及び放電時の電流経路に介装する構成であるため、コスト、寸法及び重量を抑制しつつ、ノイズ低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るチャージポンプ回路の回路図である。
【図2】図1の昇圧用のコンデンサに流れる電流の変化状況を示す図である。
【図3】図2は従来のチャージポンプ回路の回路図である。
【図4】図2の昇圧用のコンデンサに流れる電流の変化状況を示す図である。
【符号の説明】
1〜10 FET
11 入力部
13 出力部
15 カレントミラー回路
17 定電流充放電回路
19,21 信号入力部
C1,C2 コンデンサ
D1,D2 ダイオード
Inv1 インバータ
R1 抵抗
Claims (2)
- 昇圧対象の電源入力を受け付ける入力部と昇圧後の電圧出力を行う出力部との間に、前記出力部側に向けて順方向となるように直列に介装された第1及び第2のダイオードと、
前記第1のダイオード及び前記第2のダイオードのうちの前記入力部側に位置する第1のダイオードの前記出力部側接続部とグランドとの間の接続路上に介装されたコンデンサと、
前記コンデンサの2つの接続部のうちの一方側の接続部とグランドとの間の前記接続路を導通、遮断する第1のスイッチ手段と、
前記コンデンサの前記一方側の接続部と前記入力部との間を導通、遮断する第2のスイッチ手段と、
前記第1のスイッチ手段と前記2のスイッチ手段とを、交互に逆位相で導通させる駆動手段と、
を備えるチャージポンプ回路であって、
前記第1のスイッチ手段によって前記コンデンサの前記一方側の接続部とグランドとの間が導通されて前記入力部からの電流が前記コンデンサに充電される際に電流が流れる経路上のいずれかの位置、及び、前記第2のスイッチ手段によって前記コンデンサの前記一方側の接続部と前記入力部との間が導通されて前記コンデンサから放電が行われる際に電流が流れる経路上のいずれかの位置に、カレントミラー回路を用いた定電流充放電回路を設ける、チャージポンプ回路。 - 請求項1に記載のチャージポンプ回路において、
前記チャージポンプ回路はIC内に内蔵されている、チャージポンプ回路。
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