JP2006345611A - チャージポンプ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷が大きい時に所望の出力電圧を確保できるとともに、負荷が小さい時、損失を少なくすることができるチャージポンプ回路を提供する。
【解決手段】各昇圧段におけるコンデンサＣ１、Ｃ２がドライバ１、２からの制御信号に応じて順次充放電することにより、チャージポンプ回路の出力端子から電源電圧＋Ｂ及び昇圧段数に応じた出力が得られる。このとき、ドライバ１、２が周波数分周回路１２の出力により駆動され、レギュレータのゲートドライバ回路１１に入力されるソフトスイッチング駆動信号の周波数に応じて変化するので、ソフトスイッチング周波数が高く、チャージポンプ回路の負荷が大きい場合には、回路の出力電圧が低くなることを防止することができ、ソフトスイッチング周波数が低く、チャージポンプ回路の負荷が小さい場合には、チャージポンプ回路の損失を少なくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、チャージポンプ回路、特に、ソフトスイッチング方式レギュレータのＭＯＳトランジスタ駆動用ゲートドライバ回路の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路に関する。

従来、電源電圧を昇圧して負荷に供給するため、スイッチングレギュレータが用いられているが、このスイッチングレギュレータの原理はコイルに大電流を流して逆起電力で一度に昇圧するものであり、高電圧、大電流を効率よく得ることができる。
このスイッチングレギュレータとして、最近、自然転流方式のソフトスイッチングのスイッチングレギュレータが使用されており、自然転流方式のソフトスイッチングのスイッチングレギュレータは、電流リップルが非常に大きくなるが、回路構成が簡単であり、大出力系に適している、という特徴を備えている。

図１５は自然転流方式のソフトスイッチングのスイッチングレギュレータの構成を示す図であり、コイルＬ、コンデンサＣ、Ｃｏ、ＬＭＯＳ（ＦＥＴ）、ＨＭＯＳ（ＦＥＴ）及びＬＭＯＳ、ＨＭＯＳのスイッチングを制御する制御回路により構成されており、制御回路にはコイルＬに流れる電流ＩＬ（Ａ）、ＬＭＯＳとＨＭＯＳの接続点の電圧Ｖｘ（ｖ）、及び出力電圧Ｖｏ（ｖ）の検出出力が制御信号として入力され、ＭＯＳ駆動用ゲートドライバ回路によりＬＭＯＳ及びＨＭＯＳのオン、オフを制御する。
なお、コンデンサＣｏは出力電圧平滑用のコンデンサであり、コンデンサＣはＬＭＯＳのオンからオフ時の電圧急変を防止するためのコンデンサである。

図１６は図１５のスイッチングレギュレータの動作波形を示す図であり、図に示すように、制御回路は電圧Ｖｘが０になったとき（１）、ＬＭＯＳをオンし、これによりコイルＬに電源＋Ｂの電圧が加わってコイルＬに流れる電流ＩＬが増加し始める。一方、制御回路は出力電圧Ｖｏに応じてＬＭＯＳのオン時間を決定し、オン時間が経過すると（２）、ＬＭＯＳをオフし、このＬＭＯＳのオフによりコイルＬに逆起電力が発生して電圧Ｖｘが上昇し、電圧Ｖｘが所定の電圧値になったとき（３）、制御回路はＨＭＯＳをオンする。これにより、コイルＬに流れる電流ＩＬが下降し始める。そして、電流ＩＬが０になると（４）、制御回路がＨＭＯＳをオフするので、電圧Ｖｘが下降し始める。以上の動作を繰り返すことにより、出力電圧Ｖｏとして昇圧された電圧を得ることができる。

このように、自然転流方式のソフトスイッチングのスイッチングレギュレータのＬＭＯＳ、ＨＭＯＳのオン、オフ時間は電源電圧、負荷の大きさによって変動するため、スイッチングレギュレータのスイッチング周波数は、電源条件、負荷条件によって大きく変化する。

一方、上記制御回路のＭＯＳ駆動用ゲートドライバ回路の駆動用電源としてチャージポンプ（ＣＰ）回路が使用されているが、このチャージポンプ回路は、通常、複数のダイオード、複数のコンデンサ及び発振回路の出力が入力されるドライバにより構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−１５０９４４号公報

図１７は従来のチャージポンプ回路の構成を示す図であり、図に示すように、このチャージポンプ回路は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、ツェナーダイオードＺＤ、ドライバ１、２及び発振回路５により構成されている。
ドライバ１、２は、例えば、インバータにより構成され、一定の周波数信号を発振する発振回路５の出力に応じてドライバ１、２の出力端子が交互にハイレベルとローレベルに保持される。

このチャージポンプ回路の昇圧動作は、発振回路５からの出力信号をドライバ１に入力し、ドライバ２の入力にはドライバ１の入力に対し、位相が１８０°異なる信号を入力することにより成立し、その時、チャージポンプ回路の出力電圧（ＣＰ出力）Ｖｃｐは、ドライバ１、２の出力振幅電圧を＋B、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３の順方向電圧をＶＦとすると、Ｖｃｐ＝３・＋B−３・ＶＦとなり、電源電圧＋Bに対して昇圧された電圧が出力として得られる。

従来のチャージポンプ回路は上記のように構成されているが、自然転流方式のソフトスイッチング動作の場合、上記したように、スイッチング周波数が電源条件、負荷条件によって変化するため、チャージポンプ回路の負荷も変化する。すなわち、レギュレータの出力負荷小時には、ソフトスイッチングの駆動周波数が高くなるため、ゲート損失が増加し、チャージポンプ出力の負荷が大きくなる。

この負荷大時にも一定以上のチャージポンプ電圧を確保するように、チャージポンプ回路を構成すると、負荷小時に必要以上のチャージポンプ電圧が発生し、チャージポンプ出力はツェナーダイオードＺＤによりクランプして使用しているため、図１８に示すように、余剰分がツェナーダイオードＺＤに吸収されてロスとなっていた。

また、チャージポンプ回路の電源電圧が変動するような場合、チャージポンプ回路の電源電圧が高くなると、チャージポンプ回路の出力電圧も大きくなるため、チャージポンプ回路の損失が大きくなるという問題もあった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、チャージポンプ回路の負荷が大きいときに所望の出力電圧を確保できるとともに、負荷が小さい時及び電源電圧が高い時でも、チャージポンプ回路の損失を少なくすることができるチャージポンプ回路を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係るチャージポンプ回路（１）は、
レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記駆動信号の周波数が可変されることを特徴とする。

また、本発明に係るチャージポンプ回路（２）は、
レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記ドライブ手段の段数が可変されることを特徴とする。

さらに、本発明に係るチャージポンプ回路（３）は、
レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記ドライブ手段の出力レベルが可変されることを特徴とする。

また、本発明に係るチャージポンプ回路（４）は、
レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記ドライブ手段の電流能力が可変されることを特徴とする。

さらに、本発明に係るチャージポンプ回路（５）は、
レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記複数のコンデンサの容量が可変されることを特徴とする。

また、本発明に係るチャージポンプ回路（６）は、
レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記ドライブ手段の出力抵抗値が可変されることを特徴とする。

さらに、本発明に係るチャージポンプ回路（７）は、
レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記ドライブ手段の立ち上がり応答速度が可変されることを特徴とする。

また、本発明に係るチャージポンプ回路（８）は、
レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記ドライブ手段の立ち下がり応答速度が可変されることを特徴とする。

さらに、本発明に係るチャージポンプ回路（９）は、
チャージポンプ回路（１）〜（８）のいずれかの可変機能の少なくとも二つ以上を組み合わせた可変機能を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るチャージポンプ回路（１０）は、チャージポンプ回路（１）〜（８）のいずれかにおいて、
前記レギュレータのスイッチング周波数に代えて、チャージポンプ回路の電源電圧に依存して各可変対象が可変されることを特徴とする。

さらに、本発明に係るチャージポンプ回路（１１）は、
レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
チャージポンプ回路の出力電圧に応じて前記駆動信号発生手段が間欠駆動されることを特徴とする。

本発明に係るチャージポンプ回路（１）〜（９）によれば、レギュレータのスイッチング周波数に依存して駆動信号の周波数、ドライブ手段の段数、ドライブ手段の出力レベル、ドライブ手段の電流能力、コンデンサの容量、ドライブ手段の出力抵抗値、ドライブ手段の立ち上がり応答速度あるいはドライブ手段の立ち下がり応答速度が可変されるので、ソフトスイッチングの駆動周波数が高く、チャージポンプ回路の負荷が大きい場合には、チャージポンプ回路の出力電圧が低くなることを防止することができるとともに、ソフトスイッチング周波数が低く、チャージポンプ回路の負荷が小さい場合には、チャージポンプ回路の出力電圧の上昇を抑えることができ、チャージポンプ回路の損失を少なくすることができる。

また、本発明に係るチャージポンプ回路（１０）によれば、電源電圧に依存して上記の各可変対象が可変されるので、電源電圧が大きいときに、必要以上のチャージポンプ電圧が発生しないようにすることができ、チャージポンプ回路の損失を少なくすることができる。
さらに、本発明に係るチャージポンプ回路（１１）によれば、チャージポンプ回路の出力電圧によってチャージポンプ発振回路が間欠駆動されるので、チャージポンプ回路の負荷が小さい時に、必要以上のチャージポンプ電圧が発生することはなく、チャージポンプ回路の損失を少なくすることができる。

以下、本発明のチャージポンプ回路の実施例について、図面を用いて説明する。図１は本発明のチャージポンプ回路の実施例を示す図であり、図に示すように、このチャージポンプ回路は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、ツェナーダイオードＺＤ、ドライバ１、２及び周波数分周回路１２により構成されている。
なお、１１はスイッチングレギュレータのＭＯＳ駆動用のゲートドライバ回路であり、このゲートドライバ回路１１にチャージポンプ回路の出力（ＣＰ出力）が電源電圧として供給される。

周波数分周回路１２には、ゲートドライバ回路１１に入力されるソフトスイッチング駆動信号が入力され、この周波数分周回路１２の出力がドライバ１に入力される。これにより、周波数分周回路１２の出力信号に応じてドライバ１、２の出力端子Ｔ１、Ｔ２が交互にハイレベルとローレベルに保持される。

一方、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は電源電圧＋Ｂの供給線とチャージポンプ回路の出力端子との間に直列に接続され、コンデンサＣ１、Ｃ２の一方の端子がダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３間の接続中点ＮＤ１、ＮＤ２に接続され、他方の端子はそれぞれドライバ１、２の出力端子Ｔ１、Ｔ２に接続されている。また、出力用のコンデンサＣ３は、ＭＯＳのゲート保護用のツェナーダイオードＺＤと並列に出力端子と接地間に接続されている。

図１に示すチャージポンプ回路の動作時、周波数分周回路１２の出力に応じてドライバ１、２によって交互にハイレベルとローレベルに保持される制御信号が出力端子Ｔ１、Ｔ２から出力される。これに応じて、例えば、出力端子Ｔ１がハイレベル、出力端子Ｔ２がローレベルのとき、コンデンサＣ１の容量結合によりノードＮＤ１も電位が持ち上げられ、これに応じて、コンデンサＣ２が充電される。一方、出力端子Ｔ１がローレベル、出力端子Ｔ２がハイレベルのとき、コンデンサＣ２の容量結合によりノードＮＤ２の電位が持ち上げられ、これに応じてコンデンサＣ３が充電される。なお、このとき、コンデンサＣ１は、ダイオードＤ１のアノード側に接続されている電源電圧＋Ｂにより充電され、電源電圧＋ＢよりダイオードＤ１の順方向電圧降下だけ低い電圧に充電される。

このように、各昇圧段におけるコンデンサがドライバ１、２からの制御信号に応じて順次充放電することにより、チャージポンプ回路の出力端子から電源電圧＋Ｂ及び昇圧段数に応じたチャージポンプ出力（ＣＰ出力）が出力される。このとき、チャージポンプ回路の駆動周波数がスイッチングレギュレータのゲートドライバ回路１１に入力されるソフトスイッチング駆動信号の周波数に応じて変化するので、ソフトスイッチング周波数が高く、チャージポンプ回路の負荷が大きい場合には、図２（ａ）に示すように、チャージポンプ回路の駆動信号の周波数が高くなるので、チャージポンプ回路の出力電圧が低くなることを防止することができる。

また、ソフトスイッチング周波数が低く、チャージポンプ回路の負荷が小さい場合には、図２（ｂ）に示すように、チャージポンプ回路の駆動信号の周波数が低くなるので、チャージポンプ回路の出力電圧の上昇を抑えることができ、チャージポンプ回路の損失を少なくすることができる。
これに対し、チャージポンプ回路の駆動信号の周波数を変えない場合、ソフトスイッチング周波数が低く、チャージポンプ回路の負荷が小さい場合には、図２（ｃ）に示すように、チャージポンプ回路の出力電圧が上昇し、ツェナーダイオードＺＤによる吸収が増加するので、チャージポンプ回路の損失が大きくなる。

上記の実施例では、チャージポンプ回路の駆動周波数をソフトスイッチング駆動信号の周波数に応じて変化させることにより、チャージポンプ回路の損失を少なくしたが、ソフトスイッチング駆動信号の周波数に依存してチャージポンプ回路のドライバの段数を変えることによりチャージポンプの損失を少なくすることもでき、以下、ソフトスイッチングの周波数に依存してチャージポンプ回路のドライバの段数を可変させる実施例について、図３の回路図により説明する。

図３に示すように、この実施例のチャージポンプ回路は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、ツェナーダイオードＺＤ、ドライバ１、２、３、４、発振回路５、スイッチＳＷ１、ＳＷ２及びスイッチ切替回路１３により構成されている。
ドライバ１には、一定周波数の信号を出力する発振回路５の出力が入力され、ＳＷ１、ＳＷ２はソフトスイッチング駆動信号が入力されるスイッチ切替回路１３により制御される。

スイッチ切替回路１３は、周波数電圧変換回路２１と、基準電圧Ｅ１、Ｅ２（Ｅ１＜Ｅ２）が入力される電圧比較器２２、２３により構成されている。
周波数電圧変換回路２１には、ソフトスイッチング駆動信号が入力されるので、ソフトスイッチング駆動信号の周波数が第一の所定周波数ｆ１を越えると、電圧比較器２２の出力がハイレベルとなってＳＷ１がオンする。また、ソフトスイッチング駆動信号の周波数がさらに高くなって第２の所定周波数ｆ２を越えると、電圧比較器２３の出力がハイレベルとなってＳＷ２もオンする。
なお、発振回路５の出力によるチャージポンプ回路の動作は上記と同様であるので、詳細な説明を省略する。

以上のように、ソフトスイッチング周波数が高く、チャージポンプ回路の負荷が大きい場合には、チャージポンプ回路のドライバの段数が多くなるので、チャージポンプ回路の出力電圧が低くなることを防止することができる。また、ソフトスイッチング周波数が低く、チャージポンプ回路の負荷が小さい場合には、チャージポンプ回路のドライバの段数が少なくなるので、チャージポンプ回路の出力電圧の上昇を抑えることができ、チャージポンプ回路の損失を少なくすることができる。

また、ソフトスイッチングの周波数に依存してチャージポンプ回路のドライバの出力ハイレベルを変化させることによりチャージポンプ回路の損失を少なくすることもでき、以下、ソフトスイッチングの周波数に依存してドライバの出力レベルを可変させる実施例について、図４の回路図により説明する。

図４に示すように、この実施例のチャージポンプ回路は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、ツェナーダイオードＺＤ、ドライバ１、２、発振回路５、ドライバ１、２の駆動電源Ｅ３、Ｅ４（Ｅ４＞Ｅ３）、ＳＷ３、ＳＷ４及びスイッチ切替回路１４により構成されている。
ドライバ１には、一定周波数の信号を出力する発振回路５の出力が入力され、各駆動電源Ｅ３、Ｅ４が接続されるＳＷ３、ＳＷ４はソフトスイッチング駆動信号が入力されるスイッチ切替回路１４により制御される。

このスイッチ切替回路１４は、ソフトスイッチング駆動信号の周波数が所定周波数より低いとき、ＳＷ３をオン、ＳＷ４をオフし、ソフトスイッチング駆動信号の周波数が所定周波数より高いとき、ＳＷ３をオフ、ＳＷ４をオンするスイッチ駆動信号を出力する。
したがって、ソフトスイッチング周波数が高く、チャージポンプ回路の負荷が大きい場合には、ＳＷ４がオンし、チャージポンプ回路のドライバの出力ハイレベルが高くなるので、チャージポンプ回路の出力電圧が低くなることを防止することができる。また、ソフトスイッチング周波数が低く、チャージポンプ回路の負荷が小さい場合には、ＳＷ３がオンし、チャージポンプ回路のドライバの出力ハイレベルが低くなるので、チャージポンプ回路の出力電圧の上昇を抑えることができ、チャージポンプ回路の損失を少なくすることができる。

さらに、ソフトスイッチングの周波数に依存してチャージポンプ回路のドライバの電流能力を変えることによりチャージポンプ回路の損失を少なくすることもでき、以下、ソフトスイッチングの周波数に依存してチャージポンプ回路のドライバの電流能力を可変させる実施例について、図５、図６の回路図により説明する。

図５に示すように、この実施例のチャージポンプ回路は、従来と同様に、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、ツェナーダイオードＺＤ、ドライバ１、２及び発振回路５により構成されているが、ドライバ１、２の電流能力を変えることができるようになっている。
すなわち、図６のドライバ回路の具体的構成に示すように、ドライバ回路の最終段トランジスタのベース電流をスイッチ切替回路１５によって変えることにより、ドライバの電流能力を変えることができる。

このスイッチ切替回路１５は、ソフトスイッチング駆動信号の周波数が所定周波数より低いとき、ＳＷ５をオフし、ソフトスイッチング駆動信号の周波数が所定周波数より高いとき、ＳＷ５をオンするスイッチ駆動信号を出力する。
したがって、ソフトスイッチング周波数が高く、チャージポンプ回路の負荷が大きい場合には、ＳＷ５がオンとなって定電流源Ｉ１、Ｉ２の電流がドライバ回路の最終段トランジスタのベースに流れ、図７（ａ）に示すように、電流能力が大きくなるので、チャージポンプ回路の出力電圧が低くなることを防止することができる。また、ソフトスイッチング周波数が低く、チャージポンプ回路の負荷が小さい場合には、ＳＷ５がオフとなって定電流源Ｉ２の電流のみがドライバの最終段トランジスタのベースに流れ、図７（ｂ）に示すように、電流能力が小さくなるので、チャージポンプ回路の出力電圧の上昇を抑えることができ、チャージポンプ回路の損失を少なくすることができる。

なお、上記の実施例では、ドライバ回路の最終段トランジスタのベース電流を変えることにより、ドライバの電流能力を変えたが、ＭＯＳトランジスタの場合には、ゲート印加電圧を可変することにより、ドライバの電流能力を変えることが可能である。

また、ソフトスイッチングの周波数に依存してチャージポンプ回路の駆動容量を変えることによりチャージポンプ回路の損失を少なくすることもでき、以下、ソフトスイッチングの周波数に依存してチャージポンプ回路の駆動容量を可変させる実施例について、図８の回路図により説明する。

図８に示すように、この実施例のチャージポンプ回路は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ６、Ｃ７、ツェナーダイオードＺＤ、ドライバ１、２、発振回路５、ＳＷ６、ＳＷ７及びスイッチ切替回路１５により構成されている。
ドライバ１には、一定周波数の信号を出力する発振回路５の出力が入力され、ＳＷ６、ＳＷ７はソフトスイッチング駆動信号が入力されるスイッチ切替回路１５により制御される。

このスイッチ切替回路１５は、上記と同様に、ソフトスイッチング駆動信号の周波数が所定周波数より低いとき、ＳＷ６、ＳＷ７をオフし、ソフトスイッチング駆動信号の周波数が所定周波数より高いとき、ＳＷ６、ＳＷ７をオンするスイッチ駆動信号を出力する。
したがって、ソフトスイッチング周波数が高く、チャージポンプ回路の負荷が大きい場合には、ＳＷ６、ＳＷ７がオンし、チャージポンプ回路の駆動容量が大きくなるので、チャージポンプ回路の出力電圧が低くなることを防止することができる。また、ソフトスイッチング周波数が低く、チャージポンプ回路の負荷が小さい場合には、ＳＷ６、ＳＷ７がオフし、チャージポンプ回路の駆動容量が小さくなるので、チャージポンプ回路の出力電圧の上昇を抑えることができ、チャージポンプ回路の損失を少なくすることができる。

さらに、ソフトスイッチングの周波数に依存してチャージポンプ回路のドライバの出力抵抗値を変えることによりチャージポンプ回路の損失を少なくすることもでき、以下、ソフトスイッチングの周波数に依存してチャージポンプ回路のドライバの出力抵抗値を可変させる実施例について、図９の回路図により説明する。

図９に示すように、この実施例のチャージポンプ回路は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、ツェナーダイオードＺＤ、ドライバ１、２、出力抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、発振回路５、ＳＷ８、ＳＷ９及びスイッチ切替回路１５により構成されている。
ドライバ１には一定周波数の信号を出力する発振回路１２の出力が入力され、ＳＷ８、ＳＷ９はソフトスイッチング駆動信号が入力されるスイッチ切替回路１５により制御される。

このスイッチ切替回路１５は、上記と同様に、ソフトスイッチング駆動信号の周波数が所定周波数より低いとき、ＳＷ８、ＳＷ９をオフし、ソフトスイッチング駆動信号の周波数が所定周波数より高いとき、ＳＷ８、ＳＷ９をオンするスイッチ駆動信号を出力する。
したがって、ソフトスイッチング周波数が高く、チャージポンプ回路の負荷が大きい場合には、ＳＷ８、ＳＷ９がオンし、チャージポンプ回路のドライバの出力抵抗値が小さくなるので、チャージポンプ回路の出力電圧が低くなることを防止することができる。また、ソフトスイッチング周波数が低く、チャージポンプ回路の負荷が小さい場合には、ＳＷ８、ＳＷ９がオフし、チャージポンプ回路のドライバの出力抵抗が大きくなるので、チャージポンプ回路の出力電圧の上昇を抑えることができ、チャージポンプ回路の損失を少なくすることができる。

さらに、ソフトスイッチングの周波数に依存してチャージポンプ回路のドライバの立ち上がり応答速度を変えることによりチャージポンプ回路の損失を少なくすることもでき、以下、ソフトスイッチングの周波数に依存してチャージポンプ回路のドライバの立ち上がり応答速度を可変させる実施例について、図１０の回路図により説明する。

図１０に示すように、この実施例のチャージポンプ回路は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ８、ツェナーダイオードＺＤ、ドライバ１、２、発振回路５、抵抗Ｒ５、Ｒ６、ＳＷ１０及びスイッチ切替回路１５により構成されている。
ドライバ１には一定周波数の信号を出力する発振回路５の出力が抵抗Ｒ５、Ｒ６、コンデンサＣ８よりなる時定数回路を介して入力され、ＳＷ１０はソフトスイッチング駆動信号が入力されるスイッチ切替回路１５により制御される。

このスイッチ切替回路１５は、上記と同様に、ソフトスイッチング駆動信号の周波数が所定周波数より低いとき、ＳＷ１０をオフし、ソフトスイッチング駆動信号の周波数が所定周波数より高いとき、ＳＷ１０をオンするスイッチ駆動信号を出力する。
したがって、ソフトスイッチング周波数が高く、チャージポンプ回路の負荷が大きい場合には、ＳＷ１０がオンとなって上記の時定数回路の時定数が小さくなり、図１１（ａ）に示すように、ドライバの立ち上がり応答速度が速くなるので、チャージポンプ回路の出力電圧が低くなることを防止することができる。また、ソフトスイッチング周波数が低く、チャージポンプ回路の負荷が小さい場合には、ＳＷ１０がオフとなって上記の時定数回路の時定数が大きくなり、図１１（ｂ）に示すように、ドライバの立ち上がり応答速度が遅くなるので、チャージポンプ回路の出力電圧の上昇を抑えることができ、チャージポンプ回路の損失を少なくすることができる。

なお、上記の実施例では、ソフトスイッチングの周波数に依存してチャージポンプ回路のドライバの立ち上がり応答速度を可変させたが、ソフトスイッチング周波数が大きく、チャージポンプ回路の負荷が大きい場合には、図１２（ａ）に示すように、ドライバの立ち下がり応答速度を速くし、ソフトスイッチング周波数が小さく、チャージポンプ回路の負荷が小さい場合には、図１２（ｂ）に示すように、ドライバの立ち下がり応答速度を遅くすることによりチャージポンプ回路の損失を少なくすることも可能である。

一方、チャージポンプ回路の電源電圧が変動し、電源電圧が高くなると、チャージポンプ回路の損失が大きくなるので、チャージポンプ回路の電源電圧に依存してチャージポンプ回路の駆動信号の周波数、ドライバの段数、ドライバの出力ハイレベル、ドライバの電流能力、コンデンサの容量、ドライバの出力抵抗値、ドライバの立ち上がり応答速度あるいはドライバの立ち下がり応答速度を変えることもでき、以下、チャージポンプ回路の電源電圧に依存してチャージポンプ回路の駆動信号の周波数を可変させる実施例について、図１３の回路図により説明する。

図１３に示すように、この実施例のチャージポンプ回路は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、ツェナーダイオードＺＤ、ドライバ１、２及び周波数可変発振回路１６により構成されている。
周波数可変発振回路１６にはチャージポンプ回路の電源電圧＋Ｂが入力され、電源電圧＋Ｂに反比例した周波数を有する駆動信号をドライバ１に入力する。

したがって、電源電圧＋Ｂが高い場合には、チャージポンプ回路の駆動信号の周波数が低くなるので、必要以上のチャージポンプ電圧が発生しないようにすることができ、また、電源電圧＋Ｂが低い場合には、チャージポンプ回路の駆動信号の周波数が高くなるので、チャージポンプ回路の出力電圧が低くなることを防止することができる。

なお、上記の実施例では、チャージポンプ回路の電源電圧に依存してチャージポンプ回路の駆動信号の周波数を可変させたが、チャージポンプ回路の電源電圧に依存してチャージポンプ回路のドライバの段数、ドライバの出力ハイレベル、ドライバの電流能力、コンデンサの容量、ドライバの出力抵抗値、ドライバの立ち上がり応答速度あるいはドライバの立ち下がり応答速度を可変することも可能である。

また、チャージポンプ回路の出力電圧に応じてチャージポンプ回路を間欠駆動することにより、チャージポンプ回路の損失を少なくすることもでき、以下、チャージポンプ回路の出力電圧に応じてチャージポンプ回路を間欠駆動する実施例について、図１４の回路図により説明する。

図１４に示すように、この実施例のチャージポンプ回路は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、ツェナーダイオードＺＤ、ドライバ１、２、発振回路５及び制御回路１７により構成されている。
制御回路１７には、チャージポンプ回路の出力（ＣＰ出力）電圧が入力され、ＣＰ出力電圧が小さい場合には、発振回路５を通常制御し、ＣＰ出力電圧が大きい場合には、発振回路５を間欠制御する。

したがって、ソフトスイッチング周波数が高く、チャージポンプ回路の負荷が大きい場合には、ＣＰ出力電圧が小さく、発振回路５は通常制御されるので、チャージポンプ回路の出力電圧が低くなることを防止することができる。また、ソフトスイッチング周波数が低く、チャージポンプ回路の負荷が小さい場合には、ＣＰ出力電圧が大きく、発振回路５が間欠制御されるので、チャージポンプ回路の出力電圧の上昇を抑えることができ、チャージポンプ回路の損失を少なくすることができる。

本発明のチャージポンプ回路の実施例を示す回路図である。 負荷変動時のチャージポンプ駆動信号とチャージポンプ電圧を示す図である。 チャージポンプ回路のドライバの段数を可変させる実施例を示す回路図である。 チャージポンプ回路のハイレベルを可変させる実施例を示す回路図である。 チャージポンプ回路のドライバの電流能力を可変させる実施例を示す回路図である。 ドライバ回路の具体的構成を示す図である。 電流能力を可変した場合のドライバの出力波形を示す図である。 チャージポンプ回路の駆動容量を可変させる実施例を示す回路図である。 チャージポンプ回路のドライバの出力抵抗値を可変させる実施例を示す回路図である。 チャージポンプ回路のドライバの立ち上がり応答速度を可変させる実施例を示す回路図である。 ドライバの立ち上がり応答速度を可変した場合のドライバの出力波形を示す図である。 ドライバの立ち下がり応答速度を可変した場合のドライバの出力波形を示す図である。 チャージポンプ回路の電源電圧に依存してチャージポンプ回路の駆動信号の周波数を可変させる実施例を示す回路図である。 チャージポンプ回路の出力電圧に応じてチャージポンプ回路を間欠駆動する実施例を示す回路図である。 自然転流方式のソフトスイッチングのスイッチングレギュレータの構成を示す図である。 図１５のスイッチングレギュレータの動作波形を示す図である。 従来のチャージポンプ回路の構成を示す図である。 従来のチャージポンプ回路の負荷による出力電圧変動を示す図である。

符号の説明

Ｄ１〜Ｄ５ ダイオード
Ｃ１〜Ｃ８ コンデンサ
ＺＤ ツェナーダイオード
ＳＷ１〜ＳＷ１０ スイッチ
Ｅ３、Ｅ４ 駆動電源
Ｉ１、Ｉ２ 電流源
Ｒ１〜Ｒ６ 抵抗
１〜４ ドライバ
５ 発振回路
１１ ゲートドライバ回路
１２ 周波数分周回路
１３〜１５ スイッチ切替回路
１６ 周波数可変発振回路
１７ 制御回路

Claims (11)

1. レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
   直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
   前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記駆動信号の周波数が可変されることを特徴とするチャージポンプ回路。
2. レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
   直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
   前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記ドライブ手段の段数が可変されることを特徴とするチャージポンプ回路。
3. レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
   直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
   前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記ドライブ手段の出力レベルが可変されることを特徴とするチャージポンプ回路。
4. レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
   直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
   前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記ドライブ手段の電流能力が可変されることを特徴とするチャージポンプ回路。
5. レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
   直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
   前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記複数のコンデンサの容量が可変されることを特徴とするチャージポンプ回路。
6. レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
   直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
   前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記ドライブ手段の出力抵抗値が可変されることを特徴とするチャージポンプ回路。
7. レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
   直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
   前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記ドライブ手段の立ち上がり応答速度が可変されることを特徴とするチャージポンプ回路。
8. レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
   直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
   前記レギュレータのスイッチング周波数に依存して、前記ドライブ手段の立ち下がり応答速度が可変されることを特徴とするチャージポンプ回路。
9. 請求項１〜請求項８のいずれかに記載されたチャージポンプ回路の可変機能の少なくとも二つ以上を組み合わせた可変機能を備えることを特徴とするチャージポンプ回路。
10. 請求項１〜請求項８のいずれかに記載されたチャージポンプ回路において、
    前記レギュレータのスイッチング周波数に代えて、チャージポンプ回路の電源電圧に依存して各可変対象が可変されることを特徴とするチャージポンプ回路。
11. レギュレータのスイッチング手段の駆動用電源として使用されるチャージポンプ回路であって、
    直列に接続された複数のダイオードと、前記複数のダイオードの接続点に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子に接続された複数のドライブ手段と、前記コンデンサに前記ドライブ手段を介して駆動信号を供給する駆動信号発生手段とを備え、
    チャージポンプ回路の出力電圧に応じて前記駆動信号発生手段が間欠駆動されることを特徴とするチャージポンプ回路。

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