JP2006320194A - Power-supply circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power-supply circuit with a high efficiency using charge pump circuit as in the case that a DC power source is a battery, even if a supply voltage decreases gradually as it is consumed, capable of obtaining a substantially constant output voltage, and eliminating loss caused by a forward voltage of a blocking diode, and capable of preventing a reactive current caused by a parasitic diode of a MOS transistor, even if ICs are increasingly adopted, and preventing the generation of latch-up. <P>SOLUTION: A power-supply circuit includes a charge pump circuit 3 for performing three modes of boosting operations, i.e. a first operation mode for performing one-fold boosting, a second operation mode for performing 1.5 times boosting and a third operation mode for performing twice boosting, in relation to an output voltage Vo from a constant voltage circuit 2. The charge pump circuit 3 is designed to perform operation, in one of the first operation mode, the second operation mode, or the third operation mode, depending on the voltage value of a supply voltage VDD. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、チャージポンプ回路を使用した電源供給回路に関し、特に、電源電圧より僅かに高い電圧を必要とする負荷に、高効率に電力供給することができる電源供給回路に関するものである。   The present invention relates to a power supply circuit using a charge pump circuit, and more particularly to a power supply circuit that can supply power efficiently to a load that requires a voltage slightly higher than a power supply voltage.

従来、電源電圧より高い電圧を必要とする場合は、電源回路として、主にインダクタンスを利用したDC−DCコンバータが使用されている。DC−DCコンバータは、任意の電圧を発生させることができ、しかも消費電流の大きい負荷に効率よく電力を供給できるため、多くの用途に使用されている。しかし、DC−DCコンバータは、トランスやコイル等の部品が必要なため、小型化を図ることが困難であり、DC−DCコンバータのすべてを半導体集積回路に集積することができなかった。   Conventionally, when a voltage higher than the power supply voltage is required, a DC-DC converter mainly using an inductance is used as a power supply circuit. The DC-DC converter can generate an arbitrary voltage, and can efficiently supply power to a load with large current consumption, and thus is used in many applications. However, since the DC-DC converter requires components such as a transformer and a coil, it is difficult to reduce the size, and the DC-DC converter cannot be integrated in a semiconductor integrated circuit.

そのため、比較的消費電流の小さい負荷に電源を供給する場合には、小型化が可能で高効率なチャージポンプ回路が電源回路に使用されていた。しかし、チャージポンプ回路は、直流電源からの電源電圧で充電したコンデンサの電圧を加算して昇圧するため、出力電圧が電源電圧の整数倍の電圧しか得られず、電源電圧と負荷が必要とする電圧の関係によっては、負荷に必要以上の電圧が供給されて負荷の電力消費が大きくなり、著しく効率を低下させる場合があった。   Therefore, when power is supplied to a load having a relatively small current consumption, a charge pump circuit that can be reduced in size and is highly efficient is used for the power supply circuit. However, since the charge pump circuit adds and boosts the voltage of the capacitor charged with the power supply voltage from the DC power supply, the output voltage can only be obtained as an integer multiple of the power supply voltage, and the power supply voltage and load are required. Depending on the voltage relationship, an unnecessarily high voltage may be supplied to the load, resulting in an increase in power consumption of the load and a significant reduction in efficiency.

そこで、このようなチャージポンプ回路の欠点である、電源電圧の整数倍の出力電圧しか得られない点を改善したチャージポンプ回路が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。該チャージポンプ回路では、電源に一番近いコンデンサに同容量の物を2個使用し、該2個のコンデンサを直列に接続して電源電圧で充電することにより、該各コンデンサは電源電圧の1/2の電圧に充電される。   In view of this, a charge pump circuit has been disclosed in which the disadvantage of such a charge pump circuit, in which only an output voltage that is an integral multiple of the power supply voltage is obtained, has been improved (see, for example, Patent Document 1). In the charge pump circuit, two capacitors having the same capacity are used as capacitors closest to the power supply, and the two capacitors are connected in series and charged with the power supply voltage. Charged to a voltage of / 2.

このように充電された2個のコンデンサを並列に接続して得られる電圧を、電源電圧と同じ電圧に充電されている他のコンデンサの電圧又は電源電圧に加算することで、電源電圧の(N+0.5)倍の電圧を得るようにしている。なお、Nは、N>0の整数である。更に、電源に一番近いコンデンサを4個にして、前記と同様に4個を並列に接続したものを電圧加算することで、電源電圧の1/4ステップごとに出力電圧を設定できる回路が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2001−169537号公報
The voltage obtained by connecting the two capacitors charged in parallel in this way is added to the voltage of the other capacitor or the power supply voltage charged to the same voltage as the power supply voltage, so that (N + 0 .5) A double voltage is obtained. N is an integer of N> 0. Furthermore, a circuit is disclosed in which the output voltage can be set for each 1/4 step of the power supply voltage by adding four capacitors that are closest to the power supply and adding the voltages of the four capacitors connected in parallel as described above. (For example, refer to Patent Document 1).
JP 2001-169537 A

しかし、出力電圧が電源電圧の1/4ステップという細かさで昇圧できるようになったが、昇圧倍率を電源電圧に対して変更することができない。このため、例えば電源電圧が大きく変動するよう場合は、最低電源電圧に対して昇圧倍率を設定しなければならず、最高電源電圧時では効率が悪いという問題が考えられる。また、高電圧側からの逆流防止にはダイオードを使用しているため、ダイオードの順方向電圧によるロスが発生するという問題が考えられる。   However, although the output voltage can be boosted with a fineness of 1/4 step of the power supply voltage, the boosting ratio cannot be changed with respect to the power supply voltage. For this reason, for example, when the power supply voltage fluctuates greatly, it is necessary to set the boosting ratio with respect to the lowest power supply voltage, and there is a problem that the efficiency is low at the highest power supply voltage. In addition, since a diode is used to prevent backflow from the high voltage side, there is a problem that a loss due to the forward voltage of the diode occurs.

更に、フライバックコンデンサを直列に接続しているスイッチ素子に、バックゲートをソースに接続したNチャネル形MOSトランジスタを使用している。このため、これらの回路をIC化した場合に、チャージポンプ回路による昇圧動作の途中で、前記Nチャネル形MOSトランジスタのソース電圧がドレイン電圧より高くなると、Nチャネル形MOSトランジスタの寄生ダイオードに順方向電流が流れる。この結果、電源電圧と接地電圧との間に無効電流が流れ、最悪の場合、ラッチアップ現象を起こしてICが発熱し、ICに不具合が発生する可能性があった。   Further, an N-channel MOS transistor having a back gate connected to the source is used as a switching element in which flyback capacitors are connected in series. Therefore, when these circuits are integrated, if the source voltage of the N-channel MOS transistor becomes higher than the drain voltage during the boosting operation by the charge pump circuit, the forward direction is applied to the parasitic diode of the N-channel MOS transistor. Current flows. As a result, a reactive current flows between the power supply voltage and the ground voltage, and in the worst case, a latch-up phenomenon occurs and the IC generates heat, which may cause a malfunction.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、直流電源が電池である場合のように、使用するにしたがって電源電圧が次第に低下するようなときにおいても、ほぼ一定の出力電圧が得られ、逆流防止用のダイオードの順方向電圧によるロスをなくし、IC化を行ってもMOSトランジスタの寄生ダイオードによる無効電流の発生を防止できると共にラッチアップの発生を防止することができる、チャージポンプ回路を使用した高効率の電源供給回路を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem. Even when the power supply voltage gradually decreases with use, as in the case where the DC power supply is a battery, the output is almost constant. A voltage is obtained, loss due to the forward voltage of the diode for preventing backflow is eliminated, and generation of reactive current due to the parasitic diode of the MOS transistor can be prevented and latch-up can be prevented even if it is made into an IC. An object is to obtain a highly efficient power supply circuit using a charge pump circuit.

この発明に係る電源供給回路は、直流電源から供給される電源電圧から所定の定電圧Vaを生成して出力する定電圧回路と、該電源電圧の電圧値に応じた倍率で該定電圧回路の出力電圧を昇圧し、負荷の電源として供給するチャージポンプ回路とを備え、前記チャージポンプ回路は、前記電源電圧の電圧検出を行い、該電源電圧値の低下に応じて昇圧倍率を大きくして前記定電圧回路の出力電圧を昇圧するものである。   The power supply circuit according to the present invention includes a constant voltage circuit that generates and outputs a predetermined constant voltage Va from a power supply voltage supplied from a DC power supply, and a constant corresponding to the voltage value of the power supply voltage. A charge pump circuit that boosts the output voltage and supplies it as a power source for a load, wherein the charge pump circuit performs voltage detection of the power supply voltage and increases the boosting factor in response to a decrease in the power supply voltage value. It boosts the output voltage of the constant voltage circuit.

この場合、前記チャージポンプ回路は、前記定電圧回路の出力電圧をそのまま出力する第1動作モードと、前記定電圧回路の出力電圧を所定値α倍に昇圧して出力する第2動作モードと、前記定電圧回路の出力電圧を該α倍よりも大きい所定値β倍に昇圧して出力する第3動作モードとを有し、前記電源電圧の電圧に応じて前記第1動作モード、第2動作モード及び第3動作モードのいずれかの動作モードで作動するようにしてもよい。   In this case, the charge pump circuit outputs a first operation mode for outputting the output voltage of the constant voltage circuit as it is, a second operation mode for boosting and outputting the output voltage of the constant voltage circuit by a predetermined value α, And a third operation mode for boosting and outputting the output voltage of the constant voltage circuit to a predetermined value β times larger than the α times, and the first operation mode and the second operation according to the voltage of the power supply voltage. The operation may be performed in any one of the mode and the third operation mode.

具体的には、前記チャージポンプ回路は、前記電源電圧が所定値V1を超えている場合は第1動作モードで作動し、前記電源電圧が該所定値V1よりも小さい所定値V2を超えている場合は第2動作モードで作動し、前記電源電圧が該所定値V2以下の場合は第3動作モードで作動するようにした。   Specifically, the charge pump circuit operates in the first operation mode when the power supply voltage exceeds a predetermined value V1, and the power supply voltage exceeds a predetermined value V2 smaller than the predetermined value V1. When the power supply voltage is less than or equal to the predetermined value V2, the operation is performed in the third operation mode.

また、前記チャージポンプ回路は、前記電源電圧が所定値V1を超えている場合は第1動作モードで作動し、前記電源電圧が該所定値V1以下の場合は第3動作モードで作動するようにしてもよい。   The charge pump circuit operates in a first operation mode when the power supply voltage exceeds a predetermined value V1, and operates in a third operation mode when the power supply voltage is less than the predetermined value V1. May be.

また、前記チャージポンプ回路は、前記電源電圧が所定値V1を超えている場合は第1動作モードで作動し、前記電源電圧が該所定値V1以下の場合は第2動作モードで作動するようにしてもよい。   The charge pump circuit operates in a first operation mode when the power supply voltage exceeds a predetermined value V1, and operates in a second operation mode when the power supply voltage is less than the predetermined value V1. May be.

また、前記チャージポンプ回路は、前記電源電圧が所定値V3を超えている場合は第2動作モードで作動し、前記電源電圧が該所定値V3以下の場合は第3動作モードで作動するようにしてもよい。   The charge pump circuit operates in the second operation mode when the power supply voltage exceeds the predetermined value V3, and operates in the third operation mode when the power supply voltage is less than the predetermined value V3. May be.

具体的には、前記チャージポンプ回路は、第1動作モードで作動する場合、前記定電圧回路に対して電源電圧を出力電圧として出力させるようにした。   Specifically, when the charge pump circuit operates in the first operation mode, the constant voltage circuit outputs a power supply voltage as an output voltage.

本発明の電源供給回路によれば、チャージポンプ回路は、電源電圧の低下に応じて昇圧倍率を大きくし定電圧回路の出力電圧を昇圧するようにした。具体的には、電源電圧に応じてチャージポンプ回路の昇圧倍率を、入力電圧に対して、1倍、α倍又はβ倍のいずれかに選択するようにした。このことから、電池のように電圧が次第に低下する直流電源を使用した場合においても、ほぼ一定の電圧を負荷の電源として供給することができ、電力効率の向上を図ることができる。   According to the power supply circuit of the present invention, the charge pump circuit increases the step-up factor in response to a decrease in the power supply voltage to boost the output voltage of the constant voltage circuit. Specifically, the boosting factor of the charge pump circuit is selected from one, α, or β times with respect to the input voltage in accordance with the power supply voltage. Therefore, even when a DC power supply whose voltage gradually decreases like a battery is used, a substantially constant voltage can be supplied as a load power supply, and power efficiency can be improved.

また、電源電圧をそのまま出力するモードを備えた定電圧回路を、チャージポンプ回路の前段に設けたため、広範囲な電源電圧に対し、チャージポンプ回路からの出力電圧を安定させることができると共に、電力効率を更に向上させることができる。   In addition, a constant voltage circuit with a mode for outputting the power supply voltage as it is is provided in the front stage of the charge pump circuit, so that the output voltage from the charge pump circuit can be stabilized with respect to a wide range of power supply voltages, and power efficiency Can be further improved.

また、従来使用されていた逆流防止用ダイオードの代わりに、スイッチ素子をなすMOSトランジスタを使用したため、該ダイオードの順方向電圧によるロスを低減させることができ、電力効率を更に一層向上させることができる。   In addition, since a MOS transistor forming a switching element is used in place of the conventionally used backflow prevention diode, loss due to the forward voltage of the diode can be reduced, and power efficiency can be further improved. .

また、チャージポンプ回路の各スイッチ素子のスイッチングタイミングを細かく制御することにより、貫通電流や、定電圧回路への電流の逆流を防止することができる。   Further, by finely controlling the switching timing of each switch element of the charge pump circuit, it is possible to prevent the through current and the back flow of the current to the constant voltage circuit.

更に、MOSトランジスタのサブストレートゲートをドレイン側又はソース側のいずれかに適切に接続すると共に、切り換えスイッチによって、昇圧動作時にスイッチ素子のサブストレートゲートをドレイン側又はソース側のいずれかに適切に切り換えることにより、スイッチ素子の寄生ダイオードを通して流れる無効電流をなくすことができ、電力効率の向上を図ることができると共に、ICの不具合を発生させるラッチアップを防ぐことができる。   Further, the substrate gate of the MOS transistor is appropriately connected to either the drain side or the source side, and the substrate gate of the switch element is appropriately switched to either the drain side or the source side during the boosting operation by the changeover switch. Accordingly, the reactive current flowing through the parasitic diode of the switch element can be eliminated, the power efficiency can be improved, and the latch-up that causes the malfunction of the IC can be prevented.

次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態における電源供給回路の例を示した回路図である。なお、図1では、3種類の倍率で昇圧を行うことができる3モードのチャージポンプ回路を例にして示している。
図1における電源供給回路1は、電池等の直流電源(図示せず)から入力された電源電圧VDDから所定の定電圧Vaを生成して出力電圧Voとして出力する定電圧回路2と、該定電圧回路2から入力端CPINに入力された電圧Voを昇圧して出力端CPOUTから出力するチャージポンプ回路3とで構成されている。チャージポンプ回路3の出力端CPOUTには、負荷回路11が接続されている。
Next, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
First embodiment.
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a power supply circuit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an example of a three-mode charge pump circuit capable of boosting at three different magnifications.
A power supply circuit 1 in FIG. 1 includes a constant voltage circuit 2 that generates a predetermined constant voltage Va from a power supply voltage VDD input from a DC power supply (not shown) such as a battery, and outputs the constant voltage Va as an output voltage Vo. The charge pump circuit 3 boosts the voltage Vo input to the input terminal CPIN from the voltage circuit 2 and outputs it from the output terminal CPOUT. A load circuit 11 is connected to the output terminal CPOUT of the charge pump circuit 3.

定電圧回路2は、ゲート電圧に応じて出力端から出力される電流を制御するPチャネル形MOSトランジスタ(以下、PMOSトランジスタと呼ぶ)からなる出力制御用トランジスタ21と、ゲートに入力される制御信号に応じて該出力制御用トランジスタ21のゲート電圧を制御するNチャネル形MOSトランジスタ(以下、NMOSトランジスタと呼ぶ)22と、該出力制御用トランジスタ21の動作制御を行う誤差増幅器23とを備えている。   The constant voltage circuit 2 includes an output control transistor 21 including a P-channel MOS transistor (hereinafter referred to as a PMOS transistor) that controls a current output from an output terminal according to a gate voltage, and a control signal input to a gate. And an error amplifier 23 for controlling the operation of the output control transistor 21. The N-channel MOS transistor (hereinafter referred to as NMOS transistor) 22 controls the gate voltage of the output control transistor 21 according to the above. .

更に、定電圧回路2は、所定の基準電圧Vrを生成して出力する基準電圧発生回路24と、出力電圧Voを分圧する抵抗25及び抵抗26の直列回路と、コンデンサ27とを備えている。誤差増幅器23は、出力電圧Voが抵抗25と抵抗26で分圧された電圧の基準電圧Vrに対する誤差を増幅し出力して出力制御用トランジスタ21の動作制御を行う。出力制御用トランジスタ21のドレイン電圧はコンデンサ27で安定化され、出力端から定電圧Vaの出力電圧Voが出力される。   Furthermore, the constant voltage circuit 2 includes a reference voltage generation circuit 24 that generates and outputs a predetermined reference voltage Vr, a series circuit of a resistor 25 and a resistor 26 that divides the output voltage Vo, and a capacitor 27. The error amplifier 23 amplifies and outputs an error with respect to the reference voltage Vr of the voltage obtained by dividing the output voltage Vo by the resistors 25 and 26 to control the operation of the output control transistor 21. The drain voltage of the output control transistor 21 is stabilized by the capacitor 27, and the output voltage Vo of the constant voltage Va is output from the output terminal.

チャージポンプ回路3は、定電圧回路2から入力された電圧Voを1倍、1.5倍又は2倍に昇圧して出力する3モードのチャージポンプ回路部31と、所定の周波数(100kHz〜1MHz)のクロック信号CLKを生成して出力するクロック信号発生回路部32と、該クロック信号発生回路部32から入力されたクロック信号CLKを基にしてチャージポンプ回路部31の昇圧動作の制御を行う制御回路部33とを備えている。更に、チャージポンプ回路3は、電源電圧VDDの検出を行い、該検出結果を制御回路部33に出力する電圧検出回路部34を備えている。なお、前記1.5倍はα倍を、前記2倍はβ倍をそれぞれなしている。   The charge pump circuit 3 includes a three-mode charge pump circuit unit 31 that boosts and outputs the voltage Vo input from the constant voltage circuit 2 by 1, 1.5, or 2 times, and a predetermined frequency (100 kHz to 1 MHz). ) And a control for controlling the boosting operation of the charge pump circuit unit 31 based on the clock signal CLK input from the clock signal generation circuit 32. And a circuit unit 33. Further, the charge pump circuit 3 includes a voltage detection circuit unit 34 that detects the power supply voltage VDD and outputs the detection result to the control circuit unit 33. Note that 1.5 times is α times and 2 times is β times.

チャージポンプ回路部31は、同じ容量の2個のコンデンサ(以下、フライバックコンデンサと呼ぶ)FC1,FC2と、チャージポンプ回路部31の出力電圧を安定化させるコンデンサ(以下、キャッチアップコンデンサと呼ぶ)C1と、PMOSトランジスタからなる第1スイッチ素子SW1、第2スイッチ素子SW2、第3スイッチ素子SW3、第4スイッチ素子SW4、第5スイッチ素子SW5、第6スイッチ素子SW6及び第7スイッチ素子SW7とを備えている。更に、チャージポンプ回路部31は、NMOSトランジスタからなる第8スイッチ素子SW8及び第9スイッチ素子SW9と、入力された制御信号に応じて切り換わる切り換えスイッチSW10及びSW11とを備えている。   The charge pump circuit unit 31 includes two capacitors (hereinafter referred to as flyback capacitors) FC1 and FC2 having the same capacity, and capacitors (hereinafter referred to as catch-up capacitors) that stabilize the output voltage of the charge pump circuit unit 31. C1, and a first switch element SW1, a second switch element SW2, a third switch element SW3, a fourth switch element SW4, a fifth switch element SW5, a sixth switch element SW6, and a seventh switch element SW7 made of PMOS transistors. I have. Further, the charge pump circuit unit 31 includes an eighth switch element SW8 and a ninth switch element SW9 made of NMOS transistors, and changeover switches SW10 and SW11 that are switched according to the input control signal.

なお、第1スイッチ素子SW1と第6スイッチ素子SW6はそれぞれ第1のスイッチ素子をなし、第2スイッチ素子SW2と第5スイッチ素子SW5はそれぞれ第2のスイッチ素子をなし、第3スイッチ素子SW3は第3のスイッチ素子をなす。また、第4スイッチ素子SW4は第4のスイッチ素子を、第7スイッチ素子SW7は第6のスイッチ素子を、第8スイッチ素子SW8は第5のスイッチ素子を、第9スイッチ素子SW9は第7のスイッチ素子をそれぞれなしている。また、切り換えスイッチSW10は第1の切り換えスイッチを、切り換えスイッチSW11は第2の切り換えスイッチをそれぞれなし、フライバックコンデンサFC1及びFC2はそれぞれ第1のコンデンサを、キャッチアップコンデンサC1は第2のコンデンサをそれぞれなす。   The first switch element SW1 and the sixth switch element SW6 each constitute a first switch element, the second switch element SW2 and the fifth switch element SW5 each constitute a second switch element, and the third switch element SW3 It constitutes a third switch element. The fourth switch element SW4 is the fourth switch element, the seventh switch element SW7 is the sixth switch element, the eighth switch element SW8 is the fifth switch element, and the ninth switch element SW9 is the seventh switch element. Each switch element is formed. The changeover switch SW10 is a first changeover switch, the changeover switch SW11 is a second changeover switch, the flyback capacitors FC1 and FC2 are first capacitors, and the catch-up capacitor C1 is a second capacitor. Make each.

第1スイッチ素子から第9スイッチ素子SW1〜SW9の各ゲートには、制御回路部33からの制御信号S1〜S9が対応して入力されている。また、切り換えスイッチSW10及びSW11には、制御回路部33からの制御信号S10及びS11が対応して入力されている。また、定電圧回路2におけるNMOSトランジスタ22のゲート及び誤差増幅器23のイネーブル信号入力端には、制御回路部33からの制御信号S0がそれぞれ入力されている。   Control signals S1 to S9 from the control circuit unit 33 are input to the gates of the first to ninth switch elements SW1 to SW9 correspondingly. In addition, control signals S10 and S11 from the control circuit unit 33 are input to the changeover switches SW10 and SW11, correspondingly. Further, the control signal S0 from the control circuit unit 33 is input to the gate of the NMOS transistor 22 and the enable signal input terminal of the error amplifier 23 in the constant voltage circuit 2, respectively.

チャージポンプ回路部31は、制御回路部33から入力される制御信号S0〜S11に応じて、入力された電圧Voを1倍、1.5倍又は2倍のいずれかに昇圧して出力端CPOUTから出力する。なお、チャージポンプ回路3において、入力された電圧Voに対して、1倍に昇圧する、すなわち定電圧回路2の出力電圧をそのまま出力する動作を第1動作モードとし、1.5倍に昇圧する動作を第2動作モードとし、2倍に昇圧する動作を第3動作モードとする。   The charge pump circuit unit 31 boosts the input voltage Vo to 1 time, 1.5 times, or 2 times according to the control signals S0 to S11 input from the control circuit unit 33, and outputs the output terminal CPOUT. Output from. In the charge pump circuit 3, the operation of boosting the input voltage Vo by 1 time, that is, the operation of outputting the output voltage of the constant voltage circuit 2 as it is is set as the first operation mode and boosted by 1.5 times. The operation is the second operation mode, and the operation of boosting twice is the third operation mode.

チャージポンプ回路部31において、定電圧回路2の出力電圧Voが入力される入力端CPINと負側電源電圧をなす接地電圧との間には、第4スイッチ素子SW4、フライバックコンデンサFC1、第3スイッチ素子SW3、フライバックコンデンサFC2及び第8スイッチ素子SW8が直列に接続されている。ここで、第4スイッチ素子SW4とフライバックコンデンサFC1との接続部をP1とし、フライバックコンデンサFC1と第3スイッチ素子SW3との接続部をP2とする。更に、第3スイッチ素子SW3とフライバックコンデンサFC2との接続部をP3とし、フライバックコンデンサFC2と第8スイッチ素子SW8との接続部をP4とする。   In the charge pump circuit unit 31, the fourth switch element SW4, the flyback capacitor FC1, the third voltage are connected between the input terminal CPIN to which the output voltage Vo of the constant voltage circuit 2 is input and the ground voltage forming the negative power supply voltage. The switch element SW3, the flyback capacitor FC2, and the eighth switch element SW8 are connected in series. Here, a connection portion between the fourth switch element SW4 and the flyback capacitor FC1 is P1, and a connection portion between the flyback capacitor FC1 and the third switch element SW3 is P2. Further, a connection portion between the third switch element SW3 and the flyback capacitor FC2 is P3, and a connection portion between the flyback capacitor FC2 and the eighth switch element SW8 is P4.

入力端CPINと接続部P2との間には第1スイッチ素子SW1が、入力端CPINと接続部P3との間には第7スイッチ素子SW7が、入力端CPINと接続部P4との間には第6スイッチ素子SW6がそれぞれ接続されている。また、接続部P1と出力端CPOUTとの間には第2スイッチ素子SW2が、接続部P3と出力端CPOUTとの間には第5スイッチ素子SW5がそれぞれ接続され、接続部P2と接地電圧との間には第9スイッチ素子SW9が接続されている。   The first switch element SW1 is between the input terminal CPIN and the connection part P2, the seventh switch element SW7 is between the input terminal CPIN and the connection part P3, and between the input terminal CPIN and the connection part P4. The sixth switch element SW6 is connected to each other. The second switch element SW2 is connected between the connection part P1 and the output terminal CPOUT, and the fifth switch element SW5 is connected between the connection part P3 and the output terminal CPOUT. The ninth switch element SW9 is connected between the two.

切り換えスイッチSW10は、第3スイッチ素子SW3に対応して設けられており、入力される制御信号S10に応じて第3スイッチ素子SW3のサブストレートゲート(バックゲート)に対するソース又はドレインへの接続の切り換えを行う。同様に、切り換えスイッチSW11は、第7スイッチ素子SW7に対応して設けられており、入力される制御信号S11に応じて第7スイッチ素子SW7のサブストレートゲートに対するソース又はドレインへの接続の切り換えを行う。   The changeover switch SW10 is provided corresponding to the third switch element SW3, and switches the connection of the source or drain to the substrate gate (back gate) of the third switch element SW3 in accordance with the input control signal S10. I do. Similarly, the changeover switch SW11 is provided corresponding to the seventh switch element SW7, and switches the connection of the seventh switch element SW7 to the source or drain with respect to the substrate gate in accordance with the input control signal S11. Do.

出力端CPOUTには、接地電圧との間にキャッチアップコンデンサC1と負荷回路11が並列に接続されている。負荷回路11は、例えばLED12、定電流回路13及び抵抗14の直列回路で形成されている。なお、図1では、負荷回路11として1つのLED12を有する場合を例にして示したが、複数のLEDを有する場合においても同様であり、この場合、図1において、出力端CPOUTと接地電圧との間に、複数の負荷回路11が並列に接続される。   A catch-up capacitor C1 and a load circuit 11 are connected in parallel with the output terminal CPOUT between the ground voltage. The load circuit 11 is formed by a series circuit of an LED 12, a constant current circuit 13, and a resistor 14, for example. In FIG. 1, the case where one LED 12 is provided as the load circuit 11 is shown as an example. However, the same applies to the case where a plurality of LEDs are provided. In this case, in FIG. In between, a plurality of load circuits 11 are connected in parallel.

また、図1において、定電圧回路2における出力制御用トランジスタ21、NMOSトランジスタ22、誤差増幅器23、基準電圧発生回路24及び抵抗25,26、並びにチャージポンプ回路3におけるクロック信号発生回路部32、制御回路部33、電圧検出回路部34及びチャージポンプ回路部31の各スイッチ素子SW1〜SW11を1つのICに集積するようにしてもよく、更に負荷回路11の定電流回路13も含めて1つのICに集積するようにしてもよい。これらのように集積する場合、切り換えスイッチSW10及びSW11は、機械的な接点を有するスイッチではなく、電子回路で構成されたスイッチをなす。   In FIG. 1, the output control transistor 21, the NMOS transistor 22, the error amplifier 23, the reference voltage generation circuit 24 and the resistors 25 and 26 in the constant voltage circuit 2, and the clock signal generation circuit unit 32 in the charge pump circuit 3 are controlled. The switch elements SW1 to SW11 of the circuit unit 33, the voltage detection circuit unit 34, and the charge pump circuit unit 31 may be integrated in one IC, and further, one IC including the constant current circuit 13 of the load circuit 11 is included. You may make it accumulate in. In the case of integration as described above, the changeover switches SW10 and SW11 are not switches having mechanical contacts, but are switches composed of electronic circuits.

ここで、制御回路部33によるチャージポンプ回路部31の動作制御例について、図2のフローチャートを用いて説明する。
図2において、制御回路部33は、まず最初に、電圧検出回路部34で検出された電源電圧VDDが所定値V1、例えば4.0Vを超えているか否かを調べ(ステップST1)、4.0Vを超えている場合(YES)は、制御信号S0をハイレベルにして定電圧回路2におけるNMOSトランジスタ22をオンさせると共に誤差増幅器23の動作を停止させ、定電圧回路2から出力電圧Voとして電源電圧VDDが出力されるようにすると同時に、チャージポンプ回路部31に対して第1動作モードで動作させた(ステップST2)後、ステップST1に戻る。
Here, an example of operation control of the charge pump circuit unit 31 by the control circuit unit 33 will be described with reference to the flowchart of FIG.
In FIG. 2, the control circuit unit 33 first checks whether or not the power supply voltage VDD detected by the voltage detection circuit unit 34 exceeds a predetermined value V1, for example, 4.0V (step ST1). When the voltage exceeds 0 V (YES), the control signal S0 is set to the high level to turn on the NMOS transistor 22 in the constant voltage circuit 2 and stop the operation of the error amplifier 23, and the constant voltage circuit 2 supplies the power as the output voltage Vo. At the same time that the voltage VDD is output, the charge pump circuit unit 31 is operated in the first operation mode (step ST2), and then the process returns to step ST1.

ステップST1で、4.0V以下である場合(NO)、制御回路部33は、電圧検出回路部34で検出された電源電圧VDDが所定値V1よりも小さい所定値V2、例えば3.2Vを超えているか否かを調べる(ステップST3)。ステップST3で、3.2Vを超えている場合(YES)、制御回路部33は、制御信号S0をローレベルにして定電圧回路2におけるNMOSトランジスタ22をオフさせると共に誤差増幅器23を作動させると同時に、チャージポンプ回路部31に対して第2動作モードで動作させ(ステップST4)、電圧検出回路部34で検出された電源電圧VDDが4.1Vを超えているか否かを調べる(ステップST5)。ステップST5で、4.1Vを超えている場合(YES)は、ステップST2に進み、4.1V以下である場合(NO)は、ステップST3に戻る。   In step ST1, when it is 4.0 V or less (NO), the control circuit unit 33 causes the power supply voltage VDD detected by the voltage detection circuit unit 34 to exceed a predetermined value V2, for example, 3.2 V, which is smaller than the predetermined value V1. It is checked whether or not (step ST3). When the voltage exceeds 3.2 V in step ST3 (YES), the control circuit unit 33 sets the control signal S0 to a low level to turn off the NMOS transistor 22 in the constant voltage circuit 2 and simultaneously operate the error amplifier 23. Then, the charge pump circuit unit 31 is operated in the second operation mode (step ST4), and it is checked whether or not the power supply voltage VDD detected by the voltage detection circuit unit 34 exceeds 4.1V (step ST5). In step ST5, when it exceeds 4.1V (YES), the process proceeds to step ST2, and when it is 4.1V or less (NO), the process returns to step ST3.

次に、ステップST3で、3.2V以下である場合(NO)、制御回路部33は、制御信号S0をローレベルにして定電圧回路2におけるNMOSトランジスタ22をオフさせると共に誤差増幅器23を作動させると同時に、チャージポンプ回路部31に対して第3動作モードで動作させ(ステップST6)、この後、電圧検出回路部34で検出された電源電圧VDDが3.3Vを超えているか否かを調べる(ステップST7)。ステップST7で、3.3Vを超えている場合(YES)は、ステップST4に進み、3.3V以下である場合(NO)は、ステップST6に戻る。このようにして、制御回路部33は、チャージポンプ回路部31に対して、電圧検出回路部34からの検出結果に応じて3モードでの動作を行わせる。   Next, in step ST3, when it is 3.2 V or less (NO), the control circuit unit 33 sets the control signal S0 to a low level to turn off the NMOS transistor 22 in the constant voltage circuit 2 and to operate the error amplifier 23. At the same time, the charge pump circuit unit 31 is operated in the third operation mode (step ST6), and thereafter, it is checked whether or not the power supply voltage VDD detected by the voltage detection circuit unit 34 exceeds 3.3V. (Step ST7). In step ST7, when it exceeds 3.3V (YES), it progresses to step ST4, and when it is 3.3V or less (NO), it returns to step ST6. In this way, the control circuit unit 33 causes the charge pump circuit unit 31 to perform the operation in the three modes according to the detection result from the voltage detection circuit unit 34.

次に、図2では、電圧検出回路部34からの検出結果に応じて、制御回路部33がチャージポンプ回路部31に対して3モードでの動作を行わせる場合について説明したが、制御回路部33は、電圧検出回路部34からの検出結果に応じて2モードでの動作を行わせるようにしてもよく、このようにした場合の、制御回路部33によるチャージポンプ回路部31の動作制御例について、図3のフローチャートを用いて説明する。なお、図3では、第1動作モードと第3動作モードの2モードでの動作を行わせる場合を示し、図2と同じ処理を行うフローは同じ符号で示し、ここではその説明を省略する。   Next, FIG. 2 illustrates the case where the control circuit unit 33 causes the charge pump circuit unit 31 to operate in the three modes according to the detection result from the voltage detection circuit unit 34. 33 may be configured to perform the operation in the two modes according to the detection result from the voltage detection circuit unit 34, and an operation control example of the charge pump circuit unit 31 by the control circuit unit 33 in such a case. Will be described with reference to the flowchart of FIG. Note that FIG. 3 shows a case where the operation is performed in two modes of the first operation mode and the third operation mode, and the flow for performing the same processing as in FIG. 2 is denoted by the same reference numeral, and the description thereof is omitted here.

図3において、制御回路部33は、まず最初に図2のステップST1の処理を行い、ステップST1で4.0Vを超えている場合(YES)は、図2のステップST2の動作を行った後、ステップST1に戻る。また、制御回路部33は、ステップST1で4.0Vを超えていない場合(NO)は、図2のステップST6の動作を行った後、図2のステップST5の処理を行う。ステップST5で、4.1Vを超えている場合(YES)は、ステップST2に進み、4.1V以下である場合(NO)は、ステップST6に戻る。   In FIG. 3, the control circuit unit 33 first performs the process of step ST1 of FIG. 2, and if it exceeds 4.0 V in step ST1 (YES), after performing the operation of step ST2 of FIG. Return to step ST1. Further, when the voltage does not exceed 4.0 V in step ST1 (NO), the control circuit unit 33 performs the process of step ST5 of FIG. 2 after performing the operation of step ST6 of FIG. In step ST5, if it exceeds 4.1V (YES), the process proceeds to step ST2, and if it is 4.1V or less (NO), the process returns to step ST6.

次に、図4は、第1動作モードと第2動作モードの2モードでの動作を行わせる場合の制御回路部33の動作例を示し、図4では、図2と同じ処理を行うフローは同じ符号で示し、ここではその説明を省略する。
図4において、制御回路部33は、まず最初に図2のステップST1の処理を行い、ステップST1で4.0Vを超えている場合(YES)は、図2のステップST2の動作を行った後、ステップST1に戻る。また、制御回路部33は、ステップST1で4.0V以下である場合(NO)は、図2のステップST4の動作を行った後、図2のステップST5の処理を行う。ステップST5で、4.1Vを超えている場合(YES)は、ステップST2に進み、4.1V以下である場合(NO)は、ステップST4に戻る。
Next, FIG. 4 shows an operation example of the control circuit unit 33 in the case where the operation in the first operation mode and the second operation mode is performed. In FIG. 4, the flow for performing the same processing as FIG. The same reference numerals are used, and the description thereof is omitted here.
In FIG. 4, the control circuit unit 33 first performs the process of step ST1 of FIG. 2, and if it exceeds 4.0 V in step ST1 (YES), after performing the operation of step ST2 of FIG. Return to step ST1. Further, when the voltage is 4.0 V or less in step ST1 (NO), the control circuit unit 33 performs the process of step ST5 of FIG. 2 after performing the operation of step ST4 of FIG. In step ST5, if it exceeds 4.1V (YES), the process proceeds to step ST2, and if it is 4.1V or less (NO), the process returns to step ST4.

図5は、第2動作モードと第3動作モードの2モードでの動作を行わせる場合の制御回路部33の動作例を示し、図5では、図2と同じ処理を行うフローは同じ符号で示し、ここではその説明を省略する。
図5において、制御回路部33は、まず最初に、電圧検出回路部34で検出された電源電圧VDDが所定値V3、例えば3.5Vを超えているか否かを調べ(ステップST11)、3.5Vを超えている場合(YES)は、図2のステップST4の動作を行った後、ステップST11に戻る。
FIG. 5 shows an operation example of the control circuit unit 33 in the case where the operation in the second operation mode and the third operation mode is performed. In FIG. 5, the flow for performing the same processing as in FIG. The description is omitted here.
In FIG. 5, the control circuit unit 33 first checks whether or not the power supply voltage VDD detected by the voltage detection circuit unit 34 exceeds a predetermined value V3, for example, 3.5 V (step ST11). If the voltage exceeds 5 V (YES), the operation returns to step ST11 after performing the operation of step ST4 in FIG.

また、制御回路部33は、ステップST11で3.5V以下である場合(NO)は、図2のステップST6の動作を行った後、電圧検出回路部34で検出された電源電圧VDDが3.7Vを超えているか否かを調べる(ステップST12)。ステップST12で、3.7Vを超えている場合(YES)は、ステップST4に進み、3.7V以下である場合(NO)は、ステップST6に戻る。   Further, when the control circuit section 33 is 3.5 V or less in step ST11 (NO), the power supply voltage VDD detected by the voltage detection circuit section 34 after the operation of step ST6 in FIG. It is checked whether or not it exceeds 7V (step ST12). In step ST12, when it is over 3.7V (YES), it progresses to step ST4, and when it is 3.7V or less (NO), it returns to step ST6.

次に、各動作モードでの制御回路部33及びチャージポンプ回路部31の動作についてもう少し詳細に説明する。
図6は、第1動作モードにおけるチャージポンプ回路部31の各スイッチ素子の状態を示した等価回路図である。図6を用いて、チャージポンプ回路3における第1動作モードの動作について説明する。
Next, operations of the control circuit unit 33 and the charge pump circuit unit 31 in each operation mode will be described in a little more detail.
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram showing the state of each switch element of the charge pump circuit unit 31 in the first operation mode. The operation in the first operation mode in the charge pump circuit 3 will be described with reference to FIG.

図6から分かるように、第1動作モードでは、第1スイッチ素子SW1、第2スイッチ素子SW2、第3スイッチ素子SW3、第4スイッチ素子SW4、第5スイッチ素子SW5及び第7スイッチ素子SW7がそれぞれオンして導通状態になり、第6スイッチ素子SW6、第8スイッチ素子SW8及び第9スイッチ素子SW9がそれぞれオフして遮断状態になっている。更に、切り換えスイッチSW10は、第3スイッチ素子SW3のサブストレートゲートをソースに接続し、切り換えスイッチSW11は、第7スイッチ素子SW7のサブストレートゲートをソースに接続している。   As can be seen from FIG. 6, in the first operation mode, the first switch element SW1, the second switch element SW2, the third switch element SW3, the fourth switch element SW4, the fifth switch element SW5 and the seventh switch element SW7 are respectively The sixth switch element SW6, the eighth switch element SW8, and the ninth switch element SW9 are turned off and are in a cut-off state. Further, the changeover switch SW10 connects the substrate gate of the third switch element SW3 to the source, and the changeover switch SW11 connects the substrate gate of the seventh switch element SW7 to the source.

このように、第1動作モードでは、定電圧回路2の出力電圧Voがそのままチャージポンプ回路3の出力端CPOUTから出力される。第3スイッチ素子SW3と第7スイッチ素子SW7において、ソース−ドレイン間の電圧差はそれぞれ0Vであるから、各サブストレートゲートの接続はドレイン側又はソース側のどちらでもよいが、電流が流れている方向がソースからドレインに流れているため、図6では各サブストレートゲートをそれぞれソースに接続している。   Thus, in the first operation mode, the output voltage Vo of the constant voltage circuit 2 is output as it is from the output terminal CPOUT of the charge pump circuit 3. In the third switch element SW3 and the seventh switch element SW7, since the voltage difference between the source and the drain is 0V, each substrate gate may be connected on either the drain side or the source side, but current flows. Since the direction is flowing from the source to the drain, in FIG. 6, each substrate gate is connected to the source.

次に、第2動作モードについて説明する。図7は、第2動作モードにおける各制御信号S1〜S11の例を示したタイミングチャートであり、図8〜図13は、図7の各制御信号の状態に対するチャージポンプ回路部31の動作例を示した等価回路図である。図7〜図13を用いて、チャージポンプ回路3における第2動作モードの動作について説明する。
制御回路部33は、クロック信号CLKがハイ(High)レベルである状態aでは、制御信号S1,S2,S5〜S8,S10,S11をそれぞれハイレベルにし、制御信号S3,S4,S9をそれぞれロー(Low)レベルにしている。
Next, the second operation mode will be described. FIG. 7 is a timing chart showing an example of each control signal S1 to S11 in the second operation mode, and FIGS. 8 to 13 show an operation example of the charge pump circuit unit 31 with respect to the state of each control signal in FIG. It is the equivalent circuit diagram shown. The operation of the second operation mode in the charge pump circuit 3 will be described with reference to FIGS.
The control circuit unit 33 sets the control signals S1, S2, S5 to S8, S10, and S11 to the high level and sets the control signals S3, S4, and S9 to the low level in the state a where the clock signal CLK is at the high level. (Low) level.

このような状態aでは、図8で示すように、第1スイッチ素子SW1、第2スイッチ素子SW2、第5スイッチ素子SW5、第6スイッチ素子SW6、第7スイッチ素子SW7及び第9スイッチ素子SW9がそれぞれオフして遮断状態であり、第3スイッチ素子SW3、第4スイッチ素子SW4及び第8スイッチ素子SW8がそれぞれオンして導通状態である。更に、切り換えスイッチSW10及びSW11は、対応する第3スイッチ素子SW3及び第7スイッチ素子SW7においてサブストレートゲートをソースにそれぞれ接続している。状態aでは、直列に接続された各フライバックコンデンサFC1及びFC2が入力された電圧Voで充電されるため、各フライバックコンデンサFC1及びFC2は電圧Voの1/2の電圧にそれぞれ充電される。   In such a state a, as shown in FIG. 8, the first switch element SW1, the second switch element SW2, the fifth switch element SW5, the sixth switch element SW6, the seventh switch element SW7, and the ninth switch element SW9 are Each of the third switch element SW3, the fourth switch element SW4, and the eighth switch element SW8 is turned on to be in a conductive state. Furthermore, the changeover switches SW10 and SW11 connect the substrate gates to the sources in the corresponding third switch element SW3 and seventh switch element SW7, respectively. In the state a, the flyback capacitors FC1 and FC2 connected in series are charged with the input voltage Vo, so that each flyback capacitor FC1 and FC2 is charged to a voltage half of the voltage Vo.

次に、制御回路部33は、クロック信号CLKがローレベルに立ち下がると、直ちに、制御信号S3及びS4をハイレベルに立ち上げると共に制御信号S8及びS10をローレベルに立ち下げて、図7の状態bに遷移させる。状態aから状態bに遷移すると、図9で示すように、第3スイッチ素子SW3、第4スイッチ素子SW4及び第8スイッチ素子SW8がそれぞれオフして遮断状態になる。同時に、切り換えスイッチSW10は、第3スイッチ素子SW3のサブストレートゲートをドレインに接続する。状態bでは、すべてのスイッチ素子はオフして遮断状態になることから、フライバックコンデンサFC1及びFC2は、それぞれ電圧Voの1/2の電圧に充電されたままである。   Next, as soon as the clock signal CLK falls to the low level, the control circuit unit 33 raises the control signals S3 and S4 to the high level and lowers the control signals S8 and S10 to the low level. Transition to state b. When the state a transitions to the state b, as shown in FIG. 9, the third switch element SW3, the fourth switch element SW4, and the eighth switch element SW8 are turned off to be in a cut-off state. At the same time, the changeover switch SW10 connects the substrate gate of the third switch element SW3 to the drain. In the state b, since all the switch elements are turned off and are in the cut-off state, the flyback capacitors FC1 and FC2 remain charged to a voltage that is ½ of the voltage Vo.

次に、制御回路部33は、クロック信号CLKがローレベルに立ち下がってから、所定時間t1後に制御信号S2、S5及びS11をそれぞれローレベルに立ち下げて、図7の状態cに遷移させる。状態bから状態cに遷移すると、図10で示すように、第2スイッチ素子SW2及び第5スイッチ素子SW5がそれぞれオンして導通状態になる。状態cでは、第2スイッチ素子SW2及び第5スイッチ素子SW5がそれぞれオンし、他のスイッチ素子はそれぞれオフとなり、フライバックコンデンサFC1及びFC2の各高電位側がそれぞれ出力端CPOUTに接続される。   Next, after a predetermined time t1 after the clock signal CLK falls to the low level, the control circuit unit 33 causes the control signals S2, S5, and S11 to fall to the low level and transition to the state c in FIG. When the state b is changed to the state c, as shown in FIG. 10, the second switch element SW2 and the fifth switch element SW5 are turned on and become conductive. In the state c, the second switch element SW2 and the fifth switch element SW5 are turned on, the other switch elements are turned off, and the high potential sides of the flyback capacitors FC1 and FC2 are connected to the output terminal CPOUT.

このとき、キャッチアップコンデンサC1の電圧が電圧Voよりも大きい場合、第4スイッチ素子SW4のドレイン電圧はソース電圧よりも大きくなるが、第4スイッチ素子SW4のサブストレートゲートはドレイン側に接続されているため、第4スイッチ素子SW4の寄生ダイオードを介して電流が流れることはない。同様に、第7スイッチ素子SW7のドレイン電圧はソース電圧よりも大きくなるが、第7スイッチ素子SW7のサブストレートゲートは切り換えスイッチSW11によってドレイン側に接続されているため、第7スイッチ素子SW7の寄生ダイオードを介して電流が流れることはない。   At this time, when the voltage of the catch-up capacitor C1 is higher than the voltage Vo, the drain voltage of the fourth switch element SW4 is higher than the source voltage, but the substrate gate of the fourth switch element SW4 is connected to the drain side. Therefore, no current flows through the parasitic diode of the fourth switch element SW4. Similarly, although the drain voltage of the seventh switch element SW7 is larger than the source voltage, the substrate gate of the seventh switch element SW7 is connected to the drain side by the changeover switch SW11. No current flows through the diode.

また、第3スイッチ素子SW3において、ドレイン電圧はキャッチアップコンデンサC1の電圧と等しくなり、ソース電圧はキャッチアップコンデンサC1の電圧よりもVo/2低下した電圧になる。このため、第3スイッチ素子SW3において、ドレイン電圧がソース電圧よりも大きくなるが、切り換えスイッチSW10によって、第3スイッチ素子SW3のサブストレートゲートをドレイン側に接続しているため、第3スイッチ素子SW3の寄生ダイオードを介して電流が流れることはない。   In the third switch element SW3, the drain voltage is equal to the voltage of the catch-up capacitor C1, and the source voltage is a voltage that is Vo / 2 lower than the voltage of the catch-up capacitor C1. Therefore, in the third switch element SW3, the drain voltage is larger than the source voltage. However, since the substrate gate of the third switch element SW3 is connected to the drain side by the changeover switch SW10, the third switch element SW3. No current flows through the parasitic diode.

次に、制御回路部33は、状態cに遷移してから所定時間t2後に制御信号S1及びS6をそれぞれローレベルに立ち下げて、図7の状態dに遷移させる。状態cから状態dに遷移すると、図11で示すように、第1スイッチ素子SW1及び第6スイッチ素子SW6がそれぞれオンして導通状態になる。状態dでは、第1スイッチ素子SW1、第2スイッチ素子SW2、第5スイッチ素子SW5及び第6スイッチ素子SW6がそれぞれオンし、第3スイッチ素子SW3、第4スイッチ素子SW4、第7スイッチ素子SW7、第8スイッチ素子SW8及び第9スイッチ素子SW9がそれぞれオフしている。   Next, the control circuit unit 33 lowers the control signals S1 and S6 to a low level after a predetermined time t2 from the transition to the state c, and transitions to the state d in FIG. When transitioning from the state c to the state d, as shown in FIG. 11, the first switch element SW1 and the sixth switch element SW6 are turned on and become conductive. In the state d, the first switch element SW1, the second switch element SW2, the fifth switch element SW5, and the sixth switch element SW6 are turned on, and the third switch element SW3, the fourth switch element SW4, the seventh switch element SW7, The eighth switch element SW8 and the ninth switch element SW9 are each turned off.

このため、各フライバックコンデンサFC1及びFC2の低電位側が入力端CPINに接続される。このことから、各フライバックコンデンサFC1及びFC2の高電位側の電圧は、それぞれ電圧Voの1.5倍の電圧になる。該電圧でキャッチアップコンデンサC1は充電され、キャッチアップコンデンサC1の電圧も電圧Voの1.5倍の電圧まで上昇する。   For this reason, the low potential side of each flyback capacitor FC1 and FC2 is connected to the input terminal CPIN. From this, the voltages on the high potential side of the flyback capacitors FC1 and FC2 are 1.5 times the voltage Vo, respectively. The catch-up capacitor C1 is charged with the voltage, and the voltage of the catch-up capacitor C1 also rises to 1.5 times the voltage Vo.

次に、制御回路部33は、クロック信号CLKがハイレベルに立ち上がると、直ちに、制御信号S1,S2,S5,S6をハイレベルに立ち上げて、図7の状態eに遷移させる。状態dから状態eに遷移すると、図12で示すように、第1スイッチ素子SW1、第2スイッチ素子SW2、第5スイッチ素子SW5及び第6スイッチ素子SW6がそれぞれオフして遮断状態になる。状態eでは、すべてのスイッチ素子はオフし、フライバックコンデンサFC1及びFC2は、キャッチアップコンデンサC1に電荷を供給したため、充電電圧が電圧Vo/2よりも低下している。   Next, when the clock signal CLK rises to a high level, the control circuit unit 33 immediately raises the control signals S1, S2, S5, and S6 to a high level and makes a transition to the state e in FIG. When the state d is changed to the state e, as shown in FIG. 12, the first switch element SW1, the second switch element SW2, the fifth switch element SW5, and the sixth switch element SW6 are turned off to be in a cut-off state. In the state e, all the switch elements are turned off, and the flyback capacitors FC1 and FC2 supply charges to the catch-up capacitor C1, so that the charging voltage is lower than the voltage Vo / 2.

次に、制御回路部33は、クロック信号CLKがハイレベルに立ち上がってから、所定時間t3後に制御信号S4をローレベルに立ち下げると共に制御信号S8,S10,S11をそれぞれハイレベルに立ち上げて、図7の状態fに遷移させる。状態eから状態fに遷移すると、図13で示すように、第4スイッチ素子SW4及び第8スイッチ素子SW8がそれぞれオンして導通状態になる。また、切り換えスイッチSW10及びSW11は、対応する第3スイッチ素子SW3及び第7スイッチ素子SW7の各サブストレートゲートをそれぞれソース側に接続する。   Next, the control circuit unit 33 lowers the control signal S4 to the low level after a predetermined time t3 after the clock signal CLK rises to the high level, and raises the control signals S8, S10, and S11 to the high level, respectively. Transition to the state f in FIG. When the state e changes to the state f, as shown in FIG. 13, the fourth switch element SW4 and the eighth switch element SW8 are turned on and become conductive. The changeover switches SW10 and SW11 connect the substrate gates of the corresponding third switch element SW3 and seventh switch element SW7 to the source side.

状態fでは、第4スイッチ素子SW4及び第8スイッチ素子SW8がそれぞれオンすることで、フライバックコンデンサFC1の高電圧側は電圧Voと同電圧になるため、逆にフライバックコンデンサFC1の低電圧側はVo/2よりも少し高い電圧になる。また、フライバックコンデンサFC2は、低電圧側は接地電圧になるため、逆に高電圧側はVo/2よりも少し低い電圧になる。このことから、第3スイッチ素子SW3のソース電圧はドレイン電圧より高くなる。このため、第3スイッチ素子SW3のサブストレートゲートは、対応する切り換えスイッチSW10によってドレイン側からソース側に切り換えて接続され、第3スイッチ素子SW3の寄生ダイオードによる無効電流の発生を防止すると同時に、サブストレートゲートをベースとする寄生トランジスタを介して流れる無効電流の発生を防止する。   In the state f, when the fourth switch element SW4 and the eighth switch element SW8 are turned on, the high voltage side of the flyback capacitor FC1 becomes the same voltage as the voltage Vo, and conversely, the low voltage side of the flyback capacitor FC1. Becomes a voltage slightly higher than Vo / 2. Further, since the flyback capacitor FC2 has a ground voltage on the low voltage side, the voltage on the high voltage side is slightly lower than Vo / 2. For this reason, the source voltage of the third switch element SW3 is higher than the drain voltage. For this reason, the substrate gate of the third switch element SW3 is switched and connected from the drain side to the source side by the corresponding changeover switch SW10 to prevent the generation of reactive current due to the parasitic diode of the third switch element SW3. Generation of reactive current flowing through a parasitic transistor based on a straight gate is prevented.

同様に、第7スイッチ素子SW7のソース電圧はドレイン電圧より高くなる。このため、第7スイッチ素子SW7のサブストレートゲートは、対応する切り換えスイッチSW11によってドレイン側からソース側に切り換えて接続され、第7スイッチ素子SW7の寄生ダイオードによる無効電流の発生を防止すると同時に、サブストレートゲートをベースとする寄生トランジスタを介して流れる無効電流の発生を防止する。   Similarly, the source voltage of the seventh switch element SW7 is higher than the drain voltage. For this reason, the substrate gate of the seventh switch element SW7 is switched and connected from the drain side to the source side by the corresponding changeover switch SW11 to prevent generation of reactive current due to the parasitic diode of the seventh switch element SW7. Generation of reactive current flowing through a parasitic transistor based on a straight gate is prevented.

また、制御回路部33は、状態fに遷移してから所定時間t4後に制御信号S3をローレベルに立ち下げて、図7の状態aに遷移させる。状態fから状態aに遷移すると、図8で示すように、第3スイッチ素子SW3がオンして導通状態になる。このように、第2動作モードでは、第7スイッチ素子SW7及び第9スイッチ素子SW9は、それぞれ使用されることはなく、オフして遮断状態のままである。   Further, the control circuit unit 33 lowers the control signal S3 to a low level after a predetermined time t4 from the transition to the state f, and transitions to the state a in FIG. When the state f is changed to the state a, the third switch element SW3 is turned on and becomes conductive as shown in FIG. In this way, in the second operation mode, the seventh switch element SW7 and the ninth switch element SW9 are not used, but are turned off and remain in the cutoff state.

ここで、クロック信号CLKがローレベルに立ち下がってから、第1スイッチ素子SW1及び第6スイッチ素子SW6をそれぞれオンさせるタイミングと、第2スイッチ素子SW2及び第5スイッチ素子SW5をそれぞれオンさせるタイミングをずらしている理由について説明する。
キャッチアップコンデンサC1の高電圧側の電圧は、通常、電圧Voよりも大きいことから、状態aで各フライバックコンデンサFC1及びFC2を充電するときに、第2スイッチ素子SW2及び第5スイッチ素子SW5のドレイン電圧がソース電圧より大きくなる。
Here, after the clock signal CLK falls to the low level, the timing for turning on the first switch element SW1 and the sixth switch element SW6 and the timing for turning on the second switch element SW2 and the fifth switch element SW5, respectively. The reason for shifting will be described.
Since the voltage on the high voltage side of the catch-up capacitor C1 is usually larger than the voltage Vo, when the flyback capacitors FC1 and FC2 are charged in the state a, the second switch element SW2 and the fifth switch element SW5 The drain voltage becomes larger than the source voltage.

このため、第2スイッチ素子SW2及び第5スイッチ素子SW5において、サブストレートゲートをソース側に接続しておくと、MOSトランジスタの寄生ダイオードに順方向の電流が流れ、無効電流が発生する。そこで、第2スイッチ素子SW2及び第5スイッチ素子SW5において、サブストレートゲートをそれぞれドレイン側に接続して、フライバックコンデンサFC1及びFC2を充電するときには、MOSトランジスタの寄生ダイオードが逆方向になるようにすることで無効電流が流れることを防止している。   For this reason, when the substrate gate is connected to the source side in the second switch element SW2 and the fifth switch element SW5, a forward current flows through the parasitic diode of the MOS transistor, and a reactive current is generated. Therefore, in the second switch element SW2 and the fifth switch element SW5, when the substrate gate is connected to the drain side and the flyback capacitors FC1 and FC2 are charged, the parasitic diode of the MOS transistor is in the reverse direction. This prevents a reactive current from flowing.

状態bから状態cに遷移する際に、第1スイッチ素子SW1及び第6スイッチ素子SW6が第2スイッチ素子SW2及び第5スイッチ素子SW5よりも先にオンすると、フライバックコンデンサFC1及びFC2の各高電位側の電圧が電圧Voの1.5倍の電圧に上昇する。すると、第2スイッチ素子SW2及び第5スイッチ素子SW5において、サブストレートゲートがそれぞれドレイン側に接続されていることから、ソース側の電圧がドレイン側の電圧よりも大きくなるためサブストレートゲートを介してそれぞれ無効電流が流れる。そこで、状態bから状態cに遷移する際に、第2スイッチ素子SW2及び第5スイッチ素子SW5を第1スイッチ素子SW1及び第6スイッチ素子SW6よりも先にオンさせることで、このような無効電流の発生を防止することができる。   When the first switch element SW1 and the sixth switch element SW6 are turned on before the second switch element SW2 and the fifth switch element SW5 during the transition from the state b to the state c, the heights of the flyback capacitors FC1 and FC2 are increased. The voltage on the potential side increases to 1.5 times the voltage Vo. Then, in the second switch element SW2 and the fifth switch element SW5, since the substrate gate is connected to the drain side, the source side voltage becomes larger than the drain side voltage. Each reactive current flows. Therefore, when the transition from the state b to the state c is performed, the second switch element SW2 and the fifth switch element SW5 are turned on before the first switch element SW1 and the sixth switch element SW6, thereby enabling such a reactive current. Can be prevented.

次に、第4スイッチ素子SW4及び第8スイッチ素子SW8がオンするタイミングと第3スイッチ素子SW3がオンするタイミングを、状態eから状態fに遷移するときと状態fから状態aに遷移するときとでずらしている理由について説明する。
状態dでは、第3スイッチ素子SW3において、ゲート電圧はほぼ電圧Voであり、ドレイン電圧は電圧Voの約1.5倍の電圧になっているため、ゲート−ドレイン間の接合容量には、電圧Voの1/2の電圧で充電されており、極性はドレインを基準にするとゲート側がマイナスになる。このような状態は状態eでも同じである。
Next, the timing at which the fourth switch element SW4 and the eighth switch element SW8 are turned on and the timing at which the third switch element SW3 is turned on are when transitioning from the state e to the state f and when transitioning from the state f to the state a. The reason for the shift is explained.
In the state d, in the third switch element SW3, the gate voltage is substantially the voltage Vo and the drain voltage is approximately 1.5 times the voltage Vo. It is charged with a voltage that is ½ of Vo, and the polarity is negative on the gate side with respect to the drain. Such a state is the same in state e.

状態eから状態fに遷移するときに、第8スイッチ素子SW8と第3スイッチ素子SW3がオンするタイミングを同じにすると、第8スイッチ素子SW8がオンすることによって、フライバックコンデンサFC2と第3スイッチ素子SW3のドレインとの接続部の電圧が電圧Voの約1/2に低下する。このため、第3スイッチ素子SW3において、ゲート−ドレイン間の接合容量に充電されている電荷の影響でゲート電圧が低下しようとする。   If the timing at which the eighth switch element SW8 and the third switch element SW3 are turned on at the time of transition from the state e to the state f is the same, the flyback capacitor FC2 and the third switch are turned on by turning on the eighth switch element SW8. The voltage at the connection with the drain of the element SW3 is reduced to about ½ of the voltage Vo. For this reason, in the third switch element SW3, the gate voltage tends to decrease due to the influence of the electric charge charged in the junction capacitance between the gate and the drain.

このとき、第3スイッチ素子SW3をオンさせるために、第3スイッチ素子SW3のゲートにハイレベルからローレベルに変化する制御信号S3を入力すると、前述したゲート−ドレイン間の接合容量に充電されている電荷の影響でオーバドライブとなり、第3スイッチ素子SW3のゲート電圧は瞬間的にマイナス電圧になる。   At this time, when the control signal S3 changing from the high level to the low level is input to the gate of the third switch element SW3 in order to turn on the third switch element SW3, the junction capacitance between the gate and the drain is charged. Overdrive occurs due to the influence of the charged electric charge, and the gate voltage of the third switch element SW3 instantaneously becomes a negative voltage.

すると、第3スイッチ素子SW3のゲートを駆動する制御回路部33の出力回路は、通常CMOS構成になっているため、出力回路を構成しているNMOSトランジスタのベース基板に無効電流が流れ、該NMOSトランジスタの寄生トランジスタがオンしてラッチアップの発生要因となる。該ラッチアップの発生を防ぐために、制御回路部33は、第8スイッチ素子SW8がオンしてから所定時間t4が経過した後、第3スイッチ素子SW3をオンさせるようにする。   Then, since the output circuit of the control circuit unit 33 that drives the gate of the third switch element SW3 has a normal CMOS configuration, a reactive current flows through the base substrate of the NMOS transistor that constitutes the output circuit, and the NMOS circuit The parasitic transistor of the transistor is turned on, causing a latch-up. In order to prevent the occurrence of the latch-up, the control circuit unit 33 turns on the third switch element SW3 after a predetermined time t4 has elapsed after the eighth switch element SW8 is turned on.

次に、第3動作モードについて説明する。図14は、第3動作モードにおける各制御信号S1〜S11の例を示したタイミングチャートであり、図15〜図19は、図14の各制御信号の状態に対するチャージポンプ回路部31の動作例を示した等価回路図である。図14〜図19を用いて、チャージポンプ回路3における第3動作モードの動作について説明する。
制御回路部33は、クロック信号CLKがハイレベルである状態aでは、制御信号S1,S2,S5,S6,S8,S9,S11をそれぞれハイレベルにし、制御信号S3,S4,S7,S10をそれぞれローレベルにしている。
Next, the third operation mode will be described. FIG. 14 is a timing chart showing an example of each control signal S1 to S11 in the third operation mode. FIGS. 15 to 19 show an operation example of the charge pump circuit unit 31 with respect to the state of each control signal in FIG. It is the equivalent circuit diagram shown. The operation in the third operation mode in the charge pump circuit 3 will be described with reference to FIGS.
In the state a in which the clock signal CLK is at the high level, the control circuit unit 33 sets the control signals S1, S2, S5, S6, S8, S9, and S11 to the high level, and sets the control signals S3, S4, S7, and S10, respectively. Low level.

このような状態aでは、図15で示すように、第1スイッチ素子SW1、第2スイッチ素子SW2、第3スイッチ素子SW3、第5スイッチ素子SW5及び第6スイッチ素子SW6がそれぞれオフして遮断状態であり、第4スイッチ素子SW4、第7スイッチ素子SW7、第8スイッチ素子SW8及び第9スイッチ素子SW9がそれぞれオンして導通状態である。更に、切り換えスイッチSW10は、第3スイッチ素子SW3においてサブストレートゲートをドレインに接続し、切り換えスイッチSW11は、第7スイッチ素子SW7においてサブストレートゲートをソースに接続する。状態aでは、2つのフライバックコンデンサFC1及びFC2は、それぞれ定電圧回路2の出力電圧Voで充電される。   In such a state a, as shown in FIG. 15, the first switch element SW1, the second switch element SW2, the third switch element SW3, the fifth switch element SW5 and the sixth switch element SW6 are turned off and cut off. The fourth switch element SW4, the seventh switch element SW7, the eighth switch element SW8, and the ninth switch element SW9 are turned on and are in a conductive state. Further, the changeover switch SW10 connects the substrate gate to the drain in the third switch element SW3, and the changeover switch SW11 connects the substrate gate to the source in the seventh switch element SW7. In the state a, the two flyback capacitors FC1 and FC2 are charged with the output voltage Vo of the constant voltage circuit 2, respectively.

次に、制御回路部33は、クロック信号CLKがローレベルに立ち下がると、直ちに、制御信号S4及びS7をハイレベルに立ち上げると共に制御信号S8及びS10をローレベルに立ち下げて、図14の状態bに遷移させる。状態aから状態bに遷移すると、図16で示すように、第4スイッチ素子SW4、第7スイッチ素子SW7、第8スイッチ素子SW8及び第9スイッチ素子SW9がそれぞれオフして遮断状態になる。状態bでは、すべてのスイッチ素子はオフして遮断状態になり、切り換えスイッチSW10は、第3スイッチ素子SW3においてサブストレートゲートをドレインに接続し、切り換えスイッチSW11は、第7スイッチ素子SW7においてサブストレートゲートをソースに接続したままである。これらのことから、フライバックコンデンサFC1及びFC2は、それぞれ電圧Voに充電されたままである。   Next, when the clock signal CLK falls to the low level, the control circuit unit 33 immediately raises the control signals S4 and S7 to the high level and lowers the control signals S8 and S10 to the low level, as shown in FIG. Transition to state b. When the state a changes to the state b, as shown in FIG. 16, the fourth switch element SW4, the seventh switch element SW7, the eighth switch element SW8, and the ninth switch element SW9 are turned off to be in the cut-off state. In the state b, all the switch elements are turned off to be in the cut-off state, the changeover switch SW10 connects the substrate gate to the drain in the third switch element SW3, and the changeover switch SW11 is in the seventh switch element SW7. The gate remains connected to the source. For these reasons, the flyback capacitors FC1 and FC2 are still charged to the voltage Vo.

次に、制御回路部33は、クロック信号CLKがローレベルに立ち下がってから、所定時間t5後に制御信号S2、S5及びS11をそれぞれローレベルに立ち下げて、図14の状態cに遷移させる。状態bから状態cに遷移すると、図17で示すように、第2スイッチ素子SW2及び第5スイッチ素子SW5がそれぞれオンして導通状態になると共に、切り換えスイッチSW11は、第7スイッチ素子SW7においてサブストレートゲートをドレインに接続する。状態cでは、第2スイッチ素子SW2及び第5スイッチ素子SW5がそれぞれオンし、他のスイッチ素子はそれぞれオフとなり、フライバックコンデンサFC1及びFC2の各高電位側がそれぞれ出力端CPOUTに接続される。   Next, after a predetermined time t5 after the clock signal CLK falls to the low level, the control circuit unit 33 causes the control signals S2, S5, and S11 to fall to the low level and transition to the state c in FIG. When the state b transitions to the state c, as shown in FIG. 17, the second switch element SW2 and the fifth switch element SW5 are turned on and become conductive, and the changeover switch SW11 is connected to the sub-switch in the seventh switch element SW7. Connect the straight gate to the drain. In the state c, the second switch element SW2 and the fifth switch element SW5 are turned on, the other switch elements are turned off, and the high potential sides of the flyback capacitors FC1 and FC2 are connected to the output terminal CPOUT.

このとき、第3スイッチ素子SW3において、ドレイン電圧はキャッチアップコンデンサC1の電圧と等しくなり、ソース電圧はキャッチアップコンデンサC1の電圧よりも電圧Vo低下した電圧になる。このため、第3スイッチ素子SW3において、ドレイン電圧がソース電圧よりも大きくなるが、切り換えスイッチSW10によって、第3スイッチ素子SW3のサブストレートゲートがドレイン側に接続されているため、第3スイッチ素子SW3の寄生ダイオードを介して電流が流れることはない。   At this time, in the third switch element SW3, the drain voltage becomes equal to the voltage of the catch-up capacitor C1, and the source voltage becomes a voltage lower than the voltage of the catch-up capacitor C1 by the voltage Vo. Therefore, in the third switch element SW3, the drain voltage becomes larger than the source voltage. However, since the substrate gate of the third switch element SW3 is connected to the drain side by the changeover switch SW10, the third switch element SW3. No current flows through the parasitic diode.

同様に、第7スイッチ素子SW7において、ドレイン電圧はキャッチアップコンデンサC1の電圧と等しくなり、ソース電圧は電圧Voになる。このため、第7スイッチ素子SW7において、ドレイン電圧がソース電圧よりも大きくなるが、切り換えスイッチSW10によって、第7スイッチ素子SW7のサブストレートゲートがドレイン側に接続されることから、第7スイッチ素子SW7の寄生ダイオードを介して電流が流れることはない。   Similarly, in the seventh switch element SW7, the drain voltage becomes equal to the voltage of the catch-up capacitor C1, and the source voltage becomes the voltage Vo. Therefore, in the seventh switch element SW7, the drain voltage becomes larger than the source voltage. However, since the substrate gate of the seventh switch element SW7 is connected to the drain side by the changeover switch SW10, the seventh switch element SW7. No current flows through the parasitic diode.

次に、制御回路部33は、状態cに遷移してから所定時間t6後に制御信号S1及びS6をそれぞれローレベルに立ち下げて、図14の状態dに遷移させる。状態cから状態dに遷移すると、図18で示すように、第1スイッチ素子SW1及び第6スイッチ素子SW6がそれぞれオンして導通状態になる。状態dでは、第1スイッチ素子SW1、第2スイッチ素子SW2、第5スイッチ素子SW5及び第6スイッチ素子SW6がそれぞれオンし、第3スイッチ素子SW3、第4スイッチ素子SW4、第7スイッチ素子SW7、第8スイッチ素子SW8及び第9スイッチ素子SW9がそれぞれオフしている。   Next, after a predetermined time t6 from the transition to the state c, the control circuit unit 33 causes the control signals S1 and S6 to fall to the low level and transition to the state d in FIG. When transitioning from the state c to the state d, as shown in FIG. 18, the first switch element SW1 and the sixth switch element SW6 are turned on and become conductive. In the state d, the first switch element SW1, the second switch element SW2, the fifth switch element SW5, and the sixth switch element SW6 are turned on, and the third switch element SW3, the fourth switch element SW4, the seventh switch element SW7, The eighth switch element SW8 and the ninth switch element SW9 are each turned off.

このため、各フライバックコンデンサFC1及びFC2の低電位側が入力端CPINに接続される。このことから、各フライバックコンデンサFC1及びFC2の高電位側の電圧は、それぞれ電圧Voの2倍の電圧になる。該電圧でキャッチアップコンデンサC1は充電され、キャッチアップコンデンサC1の電圧も電圧Voの2倍の電圧まで上昇する。   For this reason, the low potential side of each flyback capacitor FC1 and FC2 is connected to the input terminal CPIN. From this, the voltage on the high potential side of each of the flyback capacitors FC1 and FC2 is twice the voltage Vo. The catch-up capacitor C1 is charged with the voltage, and the voltage of the catch-up capacitor C1 also rises to a voltage twice the voltage Vo.

次に、制御回路部33は、クロック信号CLKがハイレベルに立ち上がると、直ちに、制御信号S1,S2,S5,S6をそれぞれハイレベルに立ち上げて、図14の状態eに遷移させる。状態dから状態eに遷移すると、図19で示すように、第1スイッチ素子SW1、第2スイッチ素子SW2、第5スイッチ素子SW5及び第6スイッチ素子SW6がそれぞれオフして遮断状態になる。状態eでは、すべてのスイッチ素子はオフし、フライバックコンデンサFC1及びFC2は、キャッチアップコンデンサC1に電荷を供給したため、それぞれ充電電圧が電圧Voよりも低下している。   Next, when the clock signal CLK rises to a high level, the control circuit unit 33 immediately raises the control signals S1, S2, S5, and S6 to a high level and makes a transition to the state e in FIG. When the state d changes to the state e, as shown in FIG. 19, the first switch element SW1, the second switch element SW2, the fifth switch element SW5, and the sixth switch element SW6 are turned off to be in a cut-off state. In the state e, all the switch elements are turned off, and the flyback capacitors FC1 and FC2 supply charges to the catch-up capacitor C1, so that the charging voltage is lower than the voltage Vo.

また、制御回路部33は、状態eに遷移してから所定時間t7後に制御信号S4及びS7をそれぞれローレベルに立ち下げると共に制御信号S8及びS9をそれぞれハイレベルに立ち上げて、図14の状態aに遷移させる。状態eから状態aに遷移すると、図15で示すように、第4スイッチ素子SW4、第7スイッチ素子SW7、第8スイッチ素子SW8及び第9スイッチ素子SW9がそれぞれオンして導通状態になる。   Further, the control circuit unit 33 lowers the control signals S4 and S7 to a low level and raises the control signals S8 and S9 to a high level after a predetermined time t7 from the transition to the state e, respectively. Transition to a. When the state e transitions to the state a, as shown in FIG. 15, the fourth switch element SW4, the seventh switch element SW7, the eighth switch element SW8, and the ninth switch element SW9 are turned on and become conductive.

このように、第3動作モードでは、第3スイッチ素子SW3はオフして遮断状態のままであり、これに伴って第10スイッチ素子SW10は、第3スイッチ素子SW3のサブストレートゲートをソース側に接続した状態から変化することはない。なお、クロック信号CLKがローレベルに立ち下がってから、第1スイッチ素子SW1及び第6スイッチ素子SW6をそれぞれオンさせるタイミングと、第2スイッチ素子SW2及び第5スイッチ素子SW5をそれぞれオンさせるタイミングをずらしている理由は、第2動作モードの場合と同様である。   As described above, in the third operation mode, the third switch element SW3 is turned off and remains in the cut-off state. Accordingly, the tenth switch element SW10 brings the substrate gate of the third switch element SW3 to the source side. There is no change from the connected state. In addition, after the clock signal CLK falls to the low level, the timing for turning on the first switch element SW1 and the sixth switch element SW6 is shifted from the timing for turning on the second switch element SW2 and the fifth switch element SW5, respectively. The reason for this is the same as in the second operation mode.

このように、本第1の実施の形態における電源供給回路は、定電圧回路2からの出力電圧Voを入力電圧とし、該電圧Voに対して、1倍昇圧を行う第1動作モード、1.5倍昇圧を行う第2動作モード及び2倍昇圧を行う第3動作モードの3モードの昇圧動作を行うチャージポンプ回路3を備え、該チャージポンプ回路3は、電源電圧VDDの電圧値に応じて第1動作モード、第2動作モード又は第3動作モードのいずれかの動作を行うようにした。このことから、電池のように電圧が次第に低下する直流電源を用いた場合においても、概略一定の電圧を負荷回路に出力することができ、広範囲な入力電圧に対してチャージポンプ回路からの出力電圧を安定させることができ、電力効率を高めることができる。   As described above, the power supply circuit according to the first embodiment uses the output voltage Vo from the constant voltage circuit 2 as the input voltage, and the first operation mode in which the voltage Vo is boosted by 1 time. The charge pump circuit 3 is configured to perform a three-mode boost operation of a second operation mode in which the voltage is boosted five times and a third operation mode in which the voltage is boosted twice. The charge pump circuit 3 corresponds to the voltage value of the power supply voltage VDD. Any one of the first operation mode, the second operation mode, and the third operation mode is performed. Therefore, even when a DC power supply whose voltage gradually decreases, such as a battery, an approximately constant voltage can be output to the load circuit, and the output voltage from the charge pump circuit over a wide range of input voltages. Can be stabilized and the power efficiency can be improved.

また、直列に接続されたフライバックコンデンサFC1及びFC2の高電圧側から入力端CPINに電流が逆流しないように、サブストレートゲートがドレインに接続された第4スイッチ素子SW4を設けると共に、キャッチアップコンデンサC1の高電圧側から、直列に接続されたフライバックコンデンサFC1及びFC2に電流が逆流しないように、サブストレートゲートがドレインに接続された第2スイッチ素子SW2を設けるようにした。このことから、ダイオードを使用することなくコンデンサの高電圧側から電流が逆流しないようにすることができ、ダイオードを使用した場合における該ダイオードの順方向電圧による電圧降下をなくすことができる。   In addition, a fourth switch element SW4 having a substrate gate connected to the drain is provided so that current does not flow backward from the high voltage side of the flyback capacitors FC1 and FC2 connected in series to the input terminal CPIN, and a catch-up capacitor is provided. A second switch element SW2 having a substrate gate connected to the drain is provided so that current does not flow backward from the high voltage side of C1 to the flyback capacitors FC1 and FC2 connected in series. From this, it is possible to prevent the current from flowing backward from the high voltage side of the capacitor without using a diode, and it is possible to eliminate a voltage drop due to the forward voltage of the diode when the diode is used.

また、フライバックコンデンサFC1及びFC2の直列回路を電圧Voで充電する場合、第4スイッチ素子SW4及び第8スイッチ素子SW8をオンさせた後、第3スイッチ素子SW3をオンさせるようにした。このことから、第3スイッチ素子SW3のゲートを駆動する制御回路部33の出力回路を構成しているNMOSトランジスタのベース基板に無効電流が流れることを防止することができ、該NMOSトランジスタの寄生トランジスタがオンしてラッチアップが発生することを防止できる。   Further, when the series circuit of the flyback capacitors FC1 and FC2 is charged with the voltage Vo, the third switch element SW3 is turned on after the fourth switch element SW4 and the eighth switch element SW8 are turned on. Therefore, it is possible to prevent the reactive current from flowing through the base substrate of the NMOS transistor that constitutes the output circuit of the control circuit unit 33 that drives the gate of the third switch element SW3, and the parasitic transistor of the NMOS transistor. Can be turned on and latch-up can be prevented from occurring.

また、フライバックコンデンサFC1及びFC2に充電された電圧を出力端CPOUTに出力する場合、切り換えスイッチSW10によって第3スイッチ素子SW3のサブストレートゲートをドレイン側に接続させた後、第2スイッチ素子SW2及び第5スイッチ素子SW5をオンさせてから第1スイッチ素子SW1及び第6スイッチ素子SW6をオンさせるようにした。このことから、第3スイッチ素子SW3において、寄生ダイオードを介して無効電流が流れることを防止できると共に、第2スイッチ素子SW2及び第5スイッチ素子SW5において、ソース側の電圧がドレイン側の電圧よりも高くなるようにすることができ、サブストレートゲートを介して無効電流が流れることを防止できる。   When the voltages charged in the flyback capacitors FC1 and FC2 are output to the output terminal CPOUT, the substrate switch of the third switch element SW3 is connected to the drain side by the changeover switch SW10, and then the second switch element SW2 and The first switch element SW1 and the sixth switch element SW6 are turned on after the fifth switch element SW5 is turned on. Thus, the reactive current can be prevented from flowing through the parasitic diode in the third switch element SW3, and the source side voltage is higher than the drain side voltage in the second switch element SW2 and the fifth switch element SW5. The reactive current can be prevented from flowing through the substrate gate.

本発明の第1の実施の形態における電源供給回路の例を示した回路図である。It is a circuit diagram showing an example of a power supply circuit in a 1st embodiment of the present invention. 制御回路部33によるチャージポンプ回路部31の動作制御例を示したフローチャートである。5 is a flowchart showing an example of operation control of the charge pump circuit unit 31 by the control circuit unit 33. 制御回路部33によるチャージポンプ回路部31の他の動作制御例を示したフローチャートである。5 is a flowchart showing another example of operation control of the charge pump circuit unit 31 by the control circuit unit 33. 制御回路部33によるチャージポンプ回路部31の他の動作制御例を示したフローチャートである。5 is a flowchart showing another example of operation control of the charge pump circuit unit 31 by the control circuit unit 33. 制御回路部33によるチャージポンプ回路部31の他の動作制御例を示したフローチャートである。5 is a flowchart showing another example of operation control of the charge pump circuit unit 31 by the control circuit unit 33. 第1動作モードにおけるチャージポンプ回路部31の各スイッチ素子の状態を示した等価回路図である。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram illustrating a state of each switch element of the charge pump circuit unit 31 in the first operation mode. 第2動作モードにおける図1の各制御信号S1〜S11の例を示したタイミングチャートである。It is the timing chart which showed the example of each control signal S1-S11 of Figure 1 in 2nd operation mode. 図7の状態aに対するチャージポンプ回路部31の動作例を示した等価回路図である。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram illustrating an operation example of the charge pump circuit unit 31 with respect to the state a in FIG. 7. 図7の状態bに対するチャージポンプ回路部31の動作例を示した等価回路図である。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram illustrating an operation example of the charge pump circuit unit 31 with respect to the state b in FIG. 7. 図7の状態cに対するチャージポンプ回路部31の動作例を示した等価回路図である。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram illustrating an operation example of the charge pump circuit unit 31 with respect to the state c in FIG. 7. 図7の状態dに対するチャージポンプ回路部31の動作例を示した等価回路図である。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram illustrating an operation example of the charge pump circuit unit 31 with respect to the state d in FIG. 7. 図7の状態eに対するチャージポンプ回路部31の動作例を示した等価回路図である。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram illustrating an operation example of the charge pump circuit unit 31 for the state e in FIG. 7. 図7の状態fに対するチャージポンプ回路部31の動作例を示した等価回路図である。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram illustrating an operation example of the charge pump circuit unit 31 with respect to the state f in FIG. 7. 第3動作モードにおける図1の各制御信号S1〜S11の例を示したタイミングチャートである。6 is a timing chart showing an example of each control signal S1 to S11 of FIG. 1 in a third operation mode. 図14の状態aに対するチャージポンプ回路部31の動作例を示した等価回路図である。FIG. 15 is an equivalent circuit diagram illustrating an operation example of the charge pump circuit unit 31 with respect to the state a in FIG. 14. 図14の状態bに対するチャージポンプ回路部31の動作例を示した等価回路図である。FIG. 15 is an equivalent circuit diagram illustrating an operation example of the charge pump circuit unit 31 with respect to the state b in FIG. 14. 図14の状態cに対するチャージポンプ回路部31の動作例を示した等価回路図である。FIG. 15 is an equivalent circuit diagram illustrating an operation example of the charge pump circuit unit 31 with respect to the state c in FIG. 14. 図14の状態dに対するチャージポンプ回路部31の動作例を示した等価回路図である。FIG. 15 is an equivalent circuit diagram illustrating an operation example of the charge pump circuit unit 31 with respect to the state d in FIG. 14. 図14の状態eに対するチャージポンプ回路部31の動作例を示した等価回路図である。FIG. 15 is an equivalent circuit diagram illustrating an operation example of the charge pump circuit unit 31 with respect to the state e in FIG. 14.

符号の説明Explanation of symbols

1 電源供給回路
2 定電圧回路
3 チャージポンプ回路
11 負荷回路
31 チャージポンプ回路部
32 クロック信号発生回路部
33 制御回路部
34 電圧検出回路部
SW1 第1スイッチ素子
SW2 第2スイッチ素子
SW3 第3スイッチ素子
SW4 第4スイッチ素子
SW5 第5スイッチ素子
SW6 第6スイッチ素子
SW7 第7スイッチ素子
SW8 第8スイッチ素子
SW9 第9スイッチ素子
SW10,SW11 切り換えスイッチ
FC1,FC2 フライバックコンデンサ
C1 キャッチアップコンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply circuit 2 Constant voltage circuit 3 Charge pump circuit 11 Load circuit 31 Charge pump circuit part 32 Clock signal generation circuit part 33 Control circuit part 34 Voltage detection circuit part SW1 1st switch element SW2 2nd switch element SW3 3rd switch element SW4 4th switch element SW5 5th switch element SW6 6th switch element SW7 7th switch element SW8 8th switch element SW9 9th switch element SW10, SW11 changeover switch FC1, FC2 Flyback capacitor C1 Catch-up capacitor

Claims (7)

直流電源から供給される電源電圧から所定の定電圧Vaを生成して出力する定電圧回路と、
該電源電圧の電圧値に応じた倍率で該定電圧回路の出力電圧を昇圧し、負荷の電源として供給するチャージポンプ回路と、
を備え、
前記チャージポンプ回路は、前記電源電圧の電圧検出を行い、該電源電圧値の低下に応じて昇圧倍率を大きくして前記定電圧回路の出力電圧を昇圧することを特徴とする電源供給回路。
A constant voltage circuit that generates and outputs a predetermined constant voltage Va from a power supply voltage supplied from a DC power supply;
A charge pump circuit that boosts the output voltage of the constant voltage circuit at a magnification according to the voltage value of the power supply voltage and supplies the boosted voltage as a load power supply;
With
The power supply circuit, wherein the charge pump circuit detects a voltage of the power supply voltage, and boosts the output voltage of the constant voltage circuit by increasing a boosting factor in response to a decrease in the power supply voltage value.
前記チャージポンプ回路は、前記定電圧回路の出力電圧をそのまま出力する第1動作モードと、前記定電圧回路の出力電圧を所定値α倍に昇圧して出力する第2動作モードと、前記定電圧回路の出力電圧を該α倍よりも大きいβ倍に昇圧して出力する第3動作モードとを有し、前記電源電圧の電圧に応じて前記第1動作モード、第2動作モード及び第3動作モードのいずれかの動作モードで作動することを特徴とする請求項1記載の電源供給回路。   The charge pump circuit includes a first operation mode for outputting the output voltage of the constant voltage circuit as it is, a second operation mode for boosting and outputting the output voltage of the constant voltage circuit by a predetermined value α, and the constant voltage And a third operation mode in which the output voltage of the circuit is boosted to β times larger than the α times and output, and the first operation mode, the second operation mode, and the third operation according to the voltage of the power supply voltage. 2. The power supply circuit according to claim 1, wherein the power supply circuit operates in any one of the operation modes. 前記チャージポンプ回路は、前記電源電圧が所定値V1を超えている場合は第1動作モードで作動し、前記電源電圧が該所定値V1よりも小さい所定値V2を超えている場合は第2動作モードで作動し、前記電源電圧が該所定値V2以下の場合は第3動作モードで作動することを特徴とする請求項2記載の電源供給回路。   The charge pump circuit operates in a first operation mode when the power supply voltage exceeds a predetermined value V1, and operates in a second operation when the power supply voltage exceeds a predetermined value V2 smaller than the predetermined value V1. 3. The power supply circuit according to claim 2, wherein the power supply circuit operates in a third operation mode when the power supply voltage is less than or equal to the predetermined value V2. 前記チャージポンプ回路は、前記電源電圧が所定値V1を超えている場合は第1動作モードで作動し、前記電源電圧が該所定値V1以下の場合は第3動作モードで作動することを特徴とする請求項2記載の電源供給回路。   The charge pump circuit operates in a first operation mode when the power supply voltage exceeds a predetermined value V1, and operates in a third operation mode when the power supply voltage is lower than the predetermined value V1. The power supply circuit according to claim 2. 前記チャージポンプ回路は、前記電源電圧が所定値V1を超えている場合は第1動作モードで作動し、前記電源電圧が該所定値V1以下の場合は第2動作モードで作動することを特徴とする請求項2記載の電源供給回路。   The charge pump circuit operates in a first operation mode when the power supply voltage exceeds a predetermined value V1, and operates in a second operation mode when the power supply voltage is equal to or lower than the predetermined value V1. The power supply circuit according to claim 2. 前記チャージポンプ回路は、前記電源電圧が所定値V3を超えている場合は第2動作モードで作動し、前記電源電圧が該所定値V3以下の場合は第3動作モードで作動することを特徴とする請求項2記載の電源供給回路。   The charge pump circuit operates in a second operation mode when the power supply voltage exceeds a predetermined value V3, and operates in a third operation mode when the power supply voltage is less than or equal to the predetermined value V3. The power supply circuit according to claim 2. 前記チャージポンプ回路は、第1動作モードで作動する場合、前記定電圧回路に対して電源電圧を出力電圧として出力させることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載の電源供給回路。   7. The charge pump circuit according to claim 1, wherein when the charge pump circuit operates in the first operation mode, the power supply voltage is output as an output voltage to the constant voltage circuit. Power supply circuit.
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