JP2006081339A - 集積回路及びコンバータ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡単な回路構成で、複数の容量を充電する際の充電電流の最大値を低減する集積回路及びコンバータ回路を提供する。
【解決手段】
ＤＣＤＣコンバータ回路１は、入力端子２１と接地ＧＮＤとの間に並列又は直列に切り替え可能に接続された容量２〜４と、容量２〜４が並列接続された場合に、最後段の容量２を除く容量３，４に直列に接続されるスイッチＳＷ１，ＳＷ２と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を駆動するバッファ回路Ｂ１，Ｂ２とを有し、入力電圧ＶＩが昇圧され容量２の端子電圧ＶＯが出力電圧として出力される。バッファ回路Ｂ２は、前段の容量３の端子電圧Ｖ１を入力電圧とし、バッファ回路Ｂ１は、最後段の容量２の端子電圧ＶＯを入力電圧とすることで、初期充電の際、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンして各容量に充電電流を供給するタイミングを異ならせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、並列接続された複数の容量を充電する際の消費電流の抑制を図った集積回路及びこの集積回路を有するコンバータ回路に関する。

携帯電話等の携帯機器は、バッテリ、電池等を使用した電源装置により駆動される。また、携帯機器に搭載された中小型の液晶表示装置はゲートドライバ、ソースドライバ等の集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）により制御される。これらのＩＣは低電力を実現するため、最適化された各種電圧を、チャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路により生成する。

通常、ゲートドライバは約±１５Ｖの電圧が必要である。このため、バッテリ、電池等の電源装置により生成された入力電圧３〜５Ｖから、ソースドライバ等のＩＣに必要な複数の電圧を生成する。

特にゲートドライバは、±１５Ｖ程度の電圧にて動作し、これをバッテリ、電池等の電源装置の電圧を入力電圧とする３〜５Ｖ程度から生成するため、３〜６倍の昇圧率を有するチャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路が使用される。

チャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路は、複数の容量を有する。各容量の容量が同一である場合であって、入力電圧を例えば３倍に昇圧する場合には、３つの容量が設けられる。各容量を入力電圧が供給される入力端子と接地との間に並列接続して充電し、その後接続を切り替え、前段の容量の端子電圧を後段の容量の接地側端子に入力することで各容量の端子電圧が昇圧され、最終段の容量の端子電圧が、入力電圧が昇圧された出力電圧として出力される。

ここでは、ＤＣＤＣコンバータの起動時、各容量の初期充電を行う際について説明する。図１０は、一般的な従来のチャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路を示す回路図である。また、図１１は、従来のＤＣＤＣコンバータを充電する際の回路構成示す図、図１２は、従来のＤＣＤＣコンバータにおいて入力電圧を昇圧する際の回路構成を示す図である。また、図１３は、図１１の構成とした場合の各接点電位、並びに入力電圧及び入力電圧を説明する図である。

図１０に示すように、ＤＣＤＣコンバータ回路１０１は、入力電圧を供給する入力端子１２１と接地ＧＮＤとの間に３つの容量１０３、１０４、１０２を有する。このうち、入力端子１２１にダイオード１２２を介して一端が接続され、他端が接地ＧＮＤに接続される容量１０２の端子電圧ＶＯを、出力電圧として出力するものとする。このＤＣＤＣコンバータ回路１０１は、容量１０２〜１０４を入力端子１２１と接地ＧＮＤとの間で並列接続する（図１１参照）ためのスイッチＳＷ１１１〜ＳＷ１１４を有する。また、容量１０３、１０４、１０２を入力端子１２１と接地ＧＮＤとの間に直列に接続する（図１２参照）スイッチＳＷ１２１〜ＳＷ１２３を有する。

従来のＤＣＤＣコンバータ回路１０１においては、起動時における各容量１０２〜１０４は初期充電のため、図１１に示す回路構成、すなわち入力電圧と接地ＧＮＤとの間に並列接続される。この構成により、図１３に示すように入力電圧ＶＩが立ち上がったタイミングでｔ０において各容量１０２〜１０４への充電が同時に開始される。各容量１０２〜１０４への充電は、それぞれの端子電圧ＶＯ、Ｖ１、Ｖ２が入力電圧ＶＩとほぼ等しくなるまで継続される。

この充電期間に発生する充電電流Ｉの最大電流Ｉｍａｘは、使用する容量の個数に比例する。図１０の構成においては、３つの容量が設けられており、各容量に充電電流Ｉが流れるため、充電時の最大電流Ｉｍａｘは、Ｉ×３と大きい値となる。

携帯電話等の携帯機器に使用されるバッテリ、電池等を使用した電源装置は、電流負荷による電圧変動が大きく、通常、電流が任意の電流以上に増加した場合、電源装置を含む装置の破壊を防止するため動作を停止する保護回路を内蔵している。

しかし、上述のチャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路は、低電力である一方、昇圧率が大きいため起動時の容量への充電電流の最大電流Ｉｍａｘも大きくなるため、電源装置の保護回路の設計が非常に難しい。

そこで、例えば特許文献１に記載のチャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路においては、起動時の容量への充電期間が分散されるように、各容量の充電に対する動作順序を制御することにより充電電流の最大電流値の低減を実現させている。
特開２００３―２４４９４０号公報

しかしながら、特許文献１などの従来技術においては、チャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路には、起動時において、各容量への充電期間を分散するように充電動作の順序を制御するため、各容量に対して直列に抵抗を設けたり、複雑な制御信号を生成する回路を追加したりする必要がある。このため、チャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路の設計は、非常に難しく、かつ制御回路の追加によってＩＣのチップサイズが増加したり、または外付け部品の追加によってモジュールサイズが増加したりするという問題点がある。このチップサイズの増加又はモジュールサイズの増加は、携帯機器において重要な小型化の点において不利である。すなわち、複数の容量の充電時における充電電流の最大電流値の低減を図ろうとすると、回路構成が複雑になるという問題点がある。

本発明にかかる集積回路は、入力電圧が供給される入力端子と接地端子との間に並列接続される複数の容量と、前記複数の容量のうち少なくとも一の容量に対して直列に接続されるスイッチと、前記スイッチを駆動する駆動回路とを有し、一の容量に直列に接続される前記スイッチを駆動する前記駆動回路は、前記一の容量の前段の容量の端子電圧を入力とし前記スイッチをオンすることにより前記一の容量を前記入力端子と接続することを特徴とする。

本発明においては、前段の容量の端子電圧を入力とし、後段の容量の充電を開始させるスイッチをオンする駆動回路を設ける。このような簡単な構成により、前段の端子電圧に応じて駆動回路がスイッチをオンし、当該スイッチをオンすることで後段の容量の充電を開始させ、これにより、当該後段の容量の端子電圧が上昇し、この端子電圧を入力とする駆動回路が後段の容量の充電を開始させるスイッチをオンする。このことにより、各容量における充電開始のタイミングをずらすことができ、充電電流の最大値を低減することができる。

本発明にかかるコンバータ回路は、直列又は入力電圧が供給される入力端子と接地端子との間に並列に切り替え可能に接続された複数の容量と、前記複数の容量が並列接続された場合に、最後段の容量を除く容量に直列に接続される第１のスイッチと、前記第１のスイッチを駆動する駆動回路とを有し、前記駆動回路のうち最前段の容量を除く容量に直列に接続される前記第１のスイッチを駆動する駆動回路は、前段の容量の端子電圧を入力電圧とし前記第１のスイッチをオンすることにより前記容量を入力端子と接続し、前記最前段の容量に直列に接続される前記第１のスイッチを駆動する駆動回路は、前記最後段の容量の端子電圧を入力電圧とし前記第１のスイッチをオンすることにより前記容量を入力端子と接続し、前記最後段の容量の端子電圧を、前記入力電圧を昇圧した出力電圧として出力することを特徴とする。

本発明においては、複数の容量が並列接続された場合には駆動回路により順次充電が開始され、直列接続された場合には入力電圧が昇圧されることで、複数の容量の充電開始時間を分散させ充電電流の最大値を低減させたコンバータ回路を提供することができる。

本発明に係る集積回路及びコンバータ回路によれば、簡単な回路構成で、複数の容量を充電する際の充電電流の最大値を低減することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、電源投入時の充電電流の最大電流値を低減させることができるチャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路に適用したものである。

図１は、本実施の形態におけるチャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路を示す回路図である。また、図２及び図３は、それぞれＤＣＤＣコンバータ回路に含まれる容量の充電時及び昇圧時の回路構成を説明する図である。図１に示すように、ＤＣＤＣコンバータ回路１には、入力電圧ＶＩが供給される入力端子２１と接地ＧＮＤとの間に複数の容量が設けられている。これらの複数の容量は、後述するように、充電時には、入力端子２１と接地ＧＮＤとの間に並列接続されるよう切り替え制御される。ここで、並列接続された場合の最後段に配置される容量２の一方の端子１０は、入力端子２１に、ダイオード２２を介して接続され、他方の端子は接地ＧＮＤに接続される。そして、一方の端子１０の端子電圧ＶＯが、入力電圧ＶＩを昇圧した出力電圧として出力される。そして、この容量２を除く容量、すなわち容量３、４には、それぞれ例えばＭＯＳトランジスタからなるスイッチＳＷ１、ＳＷ２が直列に接続されている。本実施の形態においては、スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、入力端子２１と容量３、４との間にそれぞれ直列に接続される。

なお、本実施の形態においては、スイッチＳＷ１、ＳＷ２は入力端子２１と容量３、４との間に直列接続されたものとして説明するが、後述するように、容量３、４と接地ＧＮＤとの間に接続される構成としてもよい。また、ここでは、容量がいずれもいずれも同一であって、各３つの容量２〜４を有するものとして説明するが、２又は４以上の容量としてもよいことは勿論である。例えば入力電圧ＶＩを更に高い昇圧率で昇圧する場合は、容量を４以上とすればよい。

ＤＣＤＣコンバータ回路１は、更に、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を駆動する駆動回路として、バッファ回路Ｂ１、Ｂ２を有する。このバッファ回路のうち、最前段の容量３を除く容量、すなわち本実施の形態においては、容量４に直列接続されたスイッチＳＷ２を駆動するバッファ回路Ｂ２は、前段の容量３の端子電圧Ｖ１を入力とし、スイッチＳＷ２のオン・オフを制御する。また、バッファ回路のうち、最前段の容量３に直列接続されたスイッチＳＷ１を駆動するバッファ回路Ｂ１は、最後段の容量２の端子電圧ＶＯを入力として、スイッチＳＷ１のオン・オフを制御する。

そして、各バッファ回路Ｂ１、Ｂ２は、それぞれ入力される端子電圧ＶＯ、Ｖ１が所定の電圧より小さい場合に、各バッファ回路Ｂ１、Ｂ２が駆動すべきスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフ状態に固定する。一方、端子電圧ＶＯ、Ｖ１が所定電圧以上の場合、スイッチＳＷ１をオン状態に固定する。なお、上記所定電圧の値は、バッファＢ１、Ｂ２にそれぞれ個別に設定してもよく、同一であってもよい。

また、ＤＣＤＣコンバータ回路１は、容量２〜４を充電する際、図２に示すように、各容量２〜４を入力端子２１と接地ＧＮＤとの間に並列接続するスイッチ（第１のスイッチ）ＳＷ１１〜スイッチＳＷ１４を有する。スイッチＳＷ１１は、入力端子ＶＩとスイッチＳＷ１との間に設けられ、スイッチＳＷ１２は、容量３と接地ＧＮＤとの間に設けられ、スイッチＳＷ１３は、入力端子２１とスイッチＳＷ２との間に設けられ、スイッチＳＷ１４は、容量４と接地ＧＮＤとの間に設けられる。これらのスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４は、制御信号ＣＮＴによりそのオン・オフが制御され、例えば制御信号ＣＮＴがハイレベルのときオン状態となり、ロウレベルのときオフ状態となる。

更に、ＤＣＤＣコンバータ回路１は、入力電圧ＶＩを昇圧する際、図３に示すように、入力端子２１と接地ＧＮＤとの間にて容量４、３、２を直列に接続するスイッチＳＷ２１〜スイッチＳＷ２３を有する。すなわち、スイッチＳＷ２１〜スイッチＳＷ２３により、入力端子２１と最前段の容量３、容量４を直列に接続し、容量４の入力側端子１１及び最後段の容量２の入力側端子１０とを接続する。

スイッチＳＷ２１は、入力端子２１と容量３の接地側端子と間に設けられ、スイッチＳＷ２２は、容量３の入力側端子Ｃ１と容量４の接地側端子との間に設けられ、スイッチＳＷ２３は、容量４の入力側端子Ｃ２と容量２の入力側端子ＶＯとの間に設けられる。これらのスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２３は、制御信号ＣＮＴＢによりそのオン・オフが制御され、例えば制御信号ＣＮＴＢがハイレベルのときオン状態となり、ロウレベルのときオフ状態となる。なお、本実施の形態においては、容量４の入力側端子１２が容量２の入力側端子１０と接続されるものとするが、容量４の入力側端子１２と容量２の接地ＧＮＤ側端子とを接続するようにしてもよい。この場合、容量３、４、２は、入力端子２１と端子１０との間に直列に接続される構成となる。

制御信号ＣＮＴと制御信号ＣＮＴＢは、後述するように、逆相の信号であり、制御信号ＣＮＴがハイレベルとなりスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４がオン状態のとき、制御信号ＣＮＴＢがロウレベルとなりスイッチＳＷ２１〜２３がオフ状態となる。これにより、図２に示す回路構成となり、各容量２〜４が充電される。また、制御信号ＣＮＴがロウレベル、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４がオフ状態のとき、制御信号ＣＮＴＢがハイレベル、スイッチＳＷ２１〜２３がオン状態となり、図３に示す回路構成となり、入力電圧が昇圧される。このＤＣＤＣコンバータ回路１は、所定のタイミングでスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４、ＳＷ３１〜ＳＷ３３を切り替え制御する図示しない制御回路を有する。

ここで、ＤＣＤＣコンバータ回路１を起動した際の容量２〜４の容量は０であり、これらの容量２〜４を空の状態から一度に充電（初期充電）すると、上述したように、起動時の充電電流が大きくなってしまう。そこで、本実施の形態においては、各容量の充電期間を分散させることで、初期充電の際の充電電流を抑制するものである。

図４は、初期充電の際のＤＣＤＣコンバータ回路１の回路構成を示す図である。すなわち、図１において、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４がオン状態となった場合の回路構成を示す。容量２〜４は、電源端子ＶＩと接地ＧＮＤとの間に並列に接続され、電源端子ＶＩと昇圧のために使用される容量３、４との間にはそれぞれスイッチＳＷ１、ＳＷ２が接続されている。そして、スイッチＳＷ１は、出力電圧を出力する容量２の端子電圧ＶＯを入力とするバッファ回路Ｂ１によりオン・オフを制御され、スイッチＳＷ２は、容量３の端子電圧Ｖ１を入力とするバッファ回路Ｂ２によりオン・オフを制御される。

次に、このように構成されたＤＣＤＣコンバータ回路１の動作について説明する。図５は、ＤＣＤＣコンバータ回路１の昇圧動作時の各接点電位を示す図であり、図６は、充電電流ＩＩ、入力電圧ＶＩ、各容量２〜４の端子電圧ＶＯ、Ｖ１、Ｖ２を示す図である。

ＤＣＤＣコンバータ回路１には、図５に示すように、互いに逆相のＣＮＴ、ＣＮＴＢが供給され、基本的には、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２３をオン・オフすることで、図２の回路構成と図３の回路構成とを切り替え、所望の出力電圧になるまで充電、昇圧を繰り返す。ここで、ＤＣＤＣコンバータ回路１の電源投入時のタイミングＴ０〜Ｔ１に示す間の初期充電において、図４に示す本実施の形態における回路構成とし、各容量の充電開始タイミングをずらし、充電期間を分散させる。

なお、その他のタイミング、すなわちタイミングＴ１以降の動作については、本実施の形態におけるＤＣＤＣコンバータ回路１においても、一般的なチャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路と同様の動作を実行するものとする。すなわち、初期充電（Ｔ０〜Ｔ１）の後、スイッチＳＷ１１〜１４、スイッチＳＷ２１〜２３を切り替えることで、各容量２〜４は、入力端子２１から接地ＧＮＤにかけて図３のように直列に接続される。これにより、入力端子２１が容量３の接地側端子と接続され、当該接地側端子が入力電圧ＶＩとされる。そして、カップリングにより瞬間的に容量３の端子電圧Ｖ１が入力電圧ＶＩ分上昇する。この容量３の入力側端子１１と容量４の接地側端子とが接続され、容量４の端子電圧Ｖ２がカップリングにより容量３の入力側端子１１の端子電圧Ｖ１分上昇する。更に、容量４の入力側端子１２と容量２の端子電圧ＶＯとが接続される。

タイミングＴ１〜Ｔ２の間に、入力電圧ＶＩ分上昇した端子電圧Ｖ１、端子電圧Ｖ１文上昇した端子電圧Ｖ２は時定数に従って放電される。一方、容量４の入力側端子１２の端子電圧Ｖ２と、容量２の入力側端子１０の端子電圧ＶＯとが同一の電圧になるよう端子電圧ＶＯが上昇する。

そして、再び、スイッチＳＷ１１〜１４、スイッチＳＷ２１〜２３を切り替えることで、各容量２〜４は、図２のように接続され、容量３、４は接地ＧＮＤに接続されるため、切り替えのタイミングＴ２から放電され、Ｔ３までの間、容量３、４は同時に充電される。各容量３、４が充電された後、タイミングＴ３にて、再び図３の回路構成に切り替えられる。そして、上述と同様に、容量３、４の端子電圧Ｖ１、Ｖ２が上昇し、タイミングＴ３から次に図２の回路構成に切り替えられるタイミングＴ４までの間、端子電圧ＶＯが上昇する。このように、制御信号ＣＮＴ、ＣＮＴＢにより、図２と図３の回路構成を切り替えることで、各容量３、４、２が充電され、昇圧される動作が繰り返され、入力電圧ＶＩが所望の電圧まで昇圧される。本実施の形態においては、同一容量の容量を３つ使用したＤＣＤＣコンバータ回路であるため、最終的には出力電圧＝入力電圧ＶＩ×３まで昇圧され一定となる。こうして入力電圧ＶＩが昇圧された出力電圧（ＶＯ＝ＶＩ×３）を得ることができる。

ここで、タイミングＴ０〜Ｔ１の間の初期充電においては、上述したように、各容量２〜４は、空の状態で充電されていないためこれらを同時に充電するには大きな充電電流Ｉを必要とする。そこで、本実施の形態におけるＤＣＤＣコンバータ回路１は、初期充電の際は、図４の回路構成とし、各容量の充電期間の開始タイミングをずらしている。次に、この初期充電の動作について更に詳細に説明する。図６に示すタイミングｔ０〜ｔ３の間は、例えば図５に示すタイミングＴ０〜Ｔ１の間に相当するものとする。なお、タイミングＴ１をタイミングｔ３以降のタイミングとしてもよい。また、タイミングＴ０〜Ｔ１は、タイミングＴ１〜Ｔ２の例えば３倍としているが、容量の充電容量、充電期間等に合わせて適宜設定されるものとする。また、各容量３、４、２は、例えば入力電圧ＶＩと同レベルまで充電されるものとする。

図６に示すように、ＤＣＤＣコンバータ回路１の回路起動時ｔ０（＝Ｔ０）以前においては、各容量２〜４の端子電圧ＶＯ、Ｖ１、Ｖ２は接地ＧＮＤと等しく充電されていない状態である。このため、各容量３、４に直列に挿入されたスイッチＳＷ１、ＳＷ２をそれぞれ駆動するバッファ回路Ｂ１、Ｂ２には、接地電位が入力されるため、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフ状態に固定される。

そして、ＤＣＤＣコンバータ回路１が起動すると（タイミングｔ０＝Ｔ０）、入力端子２１には入力電圧ＶＩが供給される。これにより容量２の充電が開始され、端子電圧ＶＯが上昇していく。この端子電圧ＶＯを入力とするバッファ回路Ｂ１は、所定の入力電圧となるまでスイッチＳＷ１をオンしない。したがって、端子電圧ＶＯが所定の電圧に上昇するまでスイッチＳＷ１はオフのままとなっている。

次に、端子電圧ＶＯが上記所定電圧まで上昇する（タイミングｔ１）と、バッファ回路Ｂ１がスイッチＳＷ１をオンにする。これにより、容量３の充電が開始され、端子電圧Ｖ１が上昇していく。そして、端子電圧Ｖ１が所定の電圧まで上昇したタイミングｔ２にて、バッファ回路Ｂ２がスイッチＳＷをオンにする。これにより、容量４の充電が開始される。以上のような動作にて各容量の充電期間を分散させことができる。

ここで、例えばバッファ回路Ｂ１、Ｂ２がスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンする入力電圧を適当に選択すれば、ＤＣＤＣコンバータ回路１における各容量２〜４に供給される充電電流Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２の合計、すなわちＤＣＤＣコンバータ回路１に流れる充電電流ＩＩ＝Ｉ０＋Ｉ１+Ｉ２の最大電流は、例えば容量が１つのときの最大電流と同程度とすることができる。

すなわち、本発明の実施の形態おにいては、図５に示したように、各容量２〜４は、それぞれ異なる時点ｔ０〜ｔ２にて充電が開始され、各容量２〜４の充電期間の開始タイミングが分散している。すなわち、容量の充電を開始させるスイッチと、前段の容量の端子電圧を入力し、前段の容量の端子電圧が所定の電圧になると、スイッチをオンして次段の容量の充電を開始させる駆動回路を設け、各容量を順次充電するようにしたので、充電電流の最大電流値は例えば１個分の容量に流す充電電流と同程度とすることができる。また、チャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路１に設けられる各容量の充電動作順序を制御するための複雑な制御回路、又は外付け部品を追加することなく、スイッチ及び駆動回路を設けるという簡便な構成のみで充電電流の最大電流値を低減することが可能となる。このように簡便な回路構成にて充電電流の最大電流値を低減できるため、モジュールの設計が容易であり開発期間を短縮することができ、汎用性が極めて高いＤＣＤＣコンバータ回路１を提供することができる。

本実施の形態におけるチャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路１は、上述したように、その回路構成の単純であり、追加部品がない点において上記のＩＣチップサイズの小型化、外付け部品削減によるモジュールサイズの低減が可能となる。したがって、ＩＣチップサイズの小型化、外付け部品削減によるモジュールサイズの低減、開発期間の短縮のための汎用性が重要となる、携帯電話等の携帯機器に使用されるチャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路に好適に適用することができる。

また、本実施の形態においては、図１に示すように、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ１１、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ１２を設けているが、これらのスイッチを共用するようにしてもよいことは勿論である。この場合は、スイッチＳＷ１は、バッファ回路Ｂ１又は制御信号ＣＮＴに応じてそのオン・オフが制御されるものとする。また、図１を図２のように構成するためには、スイッチＳＷ１１、ＳＷ１２をオンすると同時に、ＳＷ１、ＳＷ２をオンする必要があるが、制御信号ＣＮＴ、ＣＮＴＢを出力する上述の制御回路又は別の制御回路により、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を制御すればよい。また、初期充電後（タイミングＴ１以降）において、上記制御回路等によりスイッチＳＷ１、ＳＷ２を駆動するバッファ回路Ｂ１、Ｂ２を制御するようにしてもよい。

次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、図１に示す実施の形態１において、容量３、４に直列に接続されたスイッチＳＷ１、ＳＷ２に並列に接続される抵抗Ｒ１、Ｒ２を設けたものである。その他の構成については、図１に示す実施の形態１と同様である。図７は、本発明の実施の形態２にかかるＤＣＤＣコンバータ回路の初期充電時の回路構成を示す図である。なお、図７に示す実施の形態２、後述する図９に示す実施の形態３において、図１に示す実施の形態１と同一構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図７に示すように、入力端子２１と容量３との間に直列に挿入されたＭＯＳスイッチＳＷ１に抵抗Ｒ１を並列接続し、入力端子２１と容量４の間に直列に挿入されたＭＯＳスイッチＳＷ２に抵抗Ｒ２を並列に接続する。この抵抗Ｒ１、Ｒ２は、例えばＭＯＳトランジスタからなる抵抗用ＭＯＳスイッチとすることができる。抵抗用ＭＯＳスイッチを常時オン状態に固定することにより、入力端子２１と容量３、４を接続する。抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値に応じて容量３、４の充電期間を所望の時間に設定することができる。例えば、抵抗用ＭＯＳスイッチのＯＮ抵抗は大きく、容量３、４を緩やかに充電することができる。実施の形態１におけるＤＣＤＣコンバータ回路１においては、バッファ回路Ｂ１、Ｂ２によりスイッチＳＷ１、ＳＷ２がオンされるまで容量３、４の充電が開始されなかったが、本実施の形態におけるＤＣＤＣコンバータ回路３１においては、抵抗Ｒ１、Ｒ２を付加することで、起動時から容量３、４の充電が開始される。

図８は、上述の図６に対応する図であって、ＤＣＤＣコンバータ３１の初期充電における充電電流ＩＩ、出力電圧ＶＯ、端子電圧Ｖ１、Ｖ２、入力電圧ＶＩを示す図である。タイミングｔ０〜ｔ１において、容量２は、実施の形態１と同様、入力電圧ＶＩにより充電電流Ｉ０が供給され充電が開始され、その端子電圧ＶＯが上昇する。又、容量３にも充電電流Ｉ１が供給され充電が開始される。この場合、抵抗Ｒ１により、充電電流Ｉ１は充電電流Ｉ０より小さい値となる。端子電圧ＶＯが所定電位まで上昇するタイミングｔ２にてバッファ回路Ｂ１がスイッチＳＷ１をオンすることで、スイッチＳＷ１からの充電電流が合流し、容量３に流れる充電電流Ｉ１が大きくなり充電速度が速まる。この容量３の端子電圧Ｖ１が所定の電圧まで上昇するタイミングｔ２にてバッファＢ２がオンし、スイッチＳＷ２からの充電電流が合流し、容量４の充電電流Ｉ２が合流し、容量４に流れる充電電流Ｉ２が大きくなる。

すなわち、容量３、４は、入力端子２１に入力電圧が供給されるタイミングｔ０にて充電が開始されるため、タイミングｔ１の時点ではある程度の充電がされている。したがって、バッファ回路Ｂ２を駆動する端子電圧Ｖ１が駆動電圧まで上昇する時間が実施の形態１に比して短くなる。また、容量３、４は、それぞれタイミングｔ１、ｔ２ではなく、タイミングｔ０から充電が開始されるので満充電になるまでの時間が短くてよい。なお、図８においては、簡単のため、図６のタイミングｔ０〜ｔ３と同様としているが、実施の形態１に比して各容量が満充電されるまでの期間は短くなる。

本実施の形態においては、抵抗Ｒ１、Ｒ２を設けているため、最大電流は、３つの容量を同時に充電する場合に比して小さく抑えることができる。また、起動時の充電電流の合計Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３の最大電流値が実施の形態１と比較すると若干増加するが、起動時のタイミングｔ０にて容量３、４の充電を開始するため、充電期間を短くすることができる。

次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、駆動回路として、バッファＢ１、Ｂ２の替わりにコンパレータＣＰ１、ＣＰ２を設ける点が実施の形態１と異なる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。図９は、本発明の実施の形態３のＤＣＤＣコンバータの初期充電時における回路構成を示す図である。

実施の形態１においては、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を駆動する駆動回路として、バッファ回路Ｂ１、Ｂ２が設けられていたのに対し、本実施の形態においては上記駆動回路として、コンパレータ回路ＣＰ１、ＣＰ２を設ける。コンパレータ回路ＣＰ１、ＣＰ２の一方の入力にバッファ回路Ｂ１、Ｂ２の入力と同様の前段の容量の端子電圧ＶＯ、Ｖ１を入力し、もう一方の入力に任意の基準電圧Ｖｒｅｆを入力する。このことにより、本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を奏すると共に、回路規模若干大きくなるものの、各容量３、４の充電期間を正確に制御することができる。

また、本実施の形態においても、実施の形態２と同様、スイッチＳＷ１、ＳＷ２に並列であって、入力端子２１と容量３、４とをそれぞれ直列に接続する、例えばＭＯＳスイッチ等からなる抵抗を設けてもよい。

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、本実施の形態においては、ＤＣＤＣコンバータ回路を例にとって説明したが、複数の容量を並列に接続し、それら複数の容量の充電が必要な場合に本発明を適用できることは勿論である。すなわち、上述のように容量の充電を開始するスイッチを設け、各スイッチに対し前段の端子電圧を入力とする駆動回路を設けることで、各容量の充電開始時間を分散させ、充電電流の最大値を小さくすることができる。これにより、回路の電圧変動を抑え、また、各容量を一度に充電するのに比べて充電電流を低減することができる。

本発明の実施の形態１にかかるチャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路を示す回路図である。 本発明の実施の形態１にかかるＤＣＤＣコンバータ回路に含まれる容量の充電時の回路構成を説明する図である。 本発明の実施の形態１にかかるＤＣＤＣコンバータ回路に含まれる容量の昇圧時の回路構成を説明する図である。 本発明の実施の形態１にかかるＤＣＤＣコンバータの初期充電の際の回路構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかるＤＣＤＣコンバータ回路の昇圧動作時の各接点電位を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかるＤＣＤＣコンバータの初期充電の際の充電電流ＩＩ、入力電圧ＶＩ、各容量２〜４の端子電圧ＶＯ、Ｖ１、Ｖ２を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかるＤＣＤＣコンバータ回路の初期充電時の回路構成を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかるＤＣＤＣコンバータの初期充電における充電電流ＩＩ、出力電圧ＶＯ、端子電圧Ｖ１、Ｖ２、入力電圧ＶＩを示す図である。 本発明の実施の形態３にかかるＤＣＤＣコンバータの初期充電時における回路構成を示す図である。 一般的な従来のチャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ回路を示す回路図である。 従来のＤＣＤＣコンバータを充電する際の回路構成示す図である。 従来のＤＣＤＣコンバータにおいて入力電圧を昇圧する際の回路構成を示す図である。 従来のＤＣＤＣコンバータの充電時の各接点電位、並びに入力電圧及び入力電圧を説明する図である。

符号の説明

１，３１，４１，１０１ ＤＣＤＣコンバータ回路
２１ 入力端子、 １０，１１，１２ 入力側端子
２２ ダイオード

Claims (11)

1. 入力電圧が供給される入力端子と接地端子との間に並列接続される複数の容量と、
   前記複数の容量のうち少なくとも一の容量に対して直列に接続されるスイッチと、
   前記スイッチを駆動する駆動回路とを有し、
   前記一の容量に直列に接続される前記スイッチを駆動する前記駆動回路は、前記一の容量の前段の容量の端子電圧を入力とし前記スイッチをオンすることにより前記一の容量を前記入力端子と接続する
   ことを特徴とする集積回路。
2. 前記スイッチは、前記容量と前記接地端子との間に設けられる
   ことを特徴とする請求項１記載の集積回路。
3. 前記スイッチは、前記入力端子と前記容量との間に設けられる
   ことを特徴とする請求項１記載の集積回路。
4. 前記駆動回路は、入力される前記端子電圧が所定電圧以上となると前記スイッチをオンするバッファ回路である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の集積回路。
5. 前記駆動回路は、基準電圧と入力される前記端子電圧との比較結果に応じて前記スイッチをオンする比較回路である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の集積回路。
6. 前記スイッチに並列に接続され前記入力端子と前記容量とを接続する抵抗を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の集積回路。
7. 前記複数の容量は、直列又は前記入力端子と接地端子との間に並列に切り替え可能に接続されたものであって、
   前記複数の容量のうち最前段の容量に接続されたスイッチを駆動する前記駆動回路は、前記最後段の容量の端子電圧を入力とし、
   前記最後段の容量の端子電圧を、入力電圧を昇圧した出力電圧として出力する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の集積回路。
8. 直列又は入力電圧が供給される入力端子と接地端子との間に並列に切り替え可能に接続された複数の容量と、
   前記複数の容量が並列接続された場合に、最後段の容量を除く容量に直列に接続される第１のスイッチと、
   前記第１のスイッチを駆動する駆動回路とを有し、
   前記駆動回路のうち最前段の容量を除く容量に直列に接続される前記第１のスイッチを駆動する駆動回路は、前段の容量の端子電圧を入力電圧とし当該端子電圧が所定電圧以上となると前記第１のスイッチをオンすることにより前記容量を入力端子と接続し、前記最前段の容量に直列に接続される前記第１のスイッチを駆動する駆動回路は、前記最後段の容量の端子電圧を入力電圧とし、当該端子電圧が所定の電圧以上となると前記第１のスイッチをオンすることにより前記容量を入力端子と接続し、
   前記最後段の容量の端子電圧を、前記入力電圧を昇圧した出力電圧として出力する
   ことを特徴とするコンバータ回路。
9. 前記複数の容量を前記入力端子と前記接地端子との間にて並列接続する第２のスイッチと、
   前記複数の容量を直列接続する第３のスイッチとを有し、
   前記第２のスイッチ及び第３のスイッチは、制御信号に応じて替え制御される
   ことを特徴とする請求項８記載のコンバータ回路。
10. 前記最後段の容量を除く容量は、前記入力端子との間及び前記接地端子との間にそれぞれ前記第２のスイッチを有し、当該第２のスイッチのうちいずれか一方を前記第１のスイッチと共有する
    ことを特徴とする請求項９記載のコンバータ回路。
11. 前記複数の容量の初期充電時にのみ前記駆動回路に端子電圧を供給する
    ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項記載のコンバータ回路。

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