JP2007202267A - Power supply device and electrical apparatus using the same - Google Patents

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JP2007202267A JP2006016315A JP2006016315A JP2007202267A JP 2007202267 A JP2007202267 A JP 2007202267A JP 2006016315 A JP2006016315 A JP 2006016315A JP 2006016315 A JP2006016315 A JP 2006016315A JP 2007202267 A JP2007202267 A JP 2007202267A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply device that makes it possible to enhance the voltage increasing efficiency, and an electrical apparatus using this power supply device. <P>SOLUTION: The power supply device is so constructed that it includes: a direct-current voltage source 1 for generating a supply voltage Vbat; a regulator circuit 2 for generating a predetermined steady voltage Vi from the supply voltage Vbat; and a charge pump circuit 3 that charges and discharges capacitors C1 and C2 using switches SW1 to SW7, thereby increases an input voltage to generate an output voltage Vo. The charge pump circuit 3 is configured to charge the capacitors C1 and C2 using the steady voltage Vi in charging operation, and discharges the capacitors C1 and C2 using the supply voltage Vbat in pumping operation. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、チャージポンプ回路を備えた電源装置、及び、これを用いた電気機器に関するものである。   The present invention relates to a power supply device provided with a charge pump circuit, and an electric apparatus using the same.

図6は、チャージポンプ回路を備えた電源装置の一従来例を示すブロック図(一部に回路要素を含む)である。   FIG. 6 is a block diagram (partly including circuit elements) showing a conventional example of a power supply device including a charge pump circuit.

図6(a)に示すように、バッテリ電圧Vbatを生成するバッテリ10と、バッテリ電圧Vbatから所定の定常電圧Viを生成するレギュレータ回路20と、定常電圧Viを所定の倍率(本図では1.5倍)で昇圧して出力電圧Voを生成するチャージポンプ回路30と、を有して成る従来の電源装置では、一般に、チャージ動作時(図6(b))とポンプ動作時(図6(c))のいずれにおいても、チャージポンプ回路30にて、レギュレータ回路20の出力(すなわち定常電圧Vi)を使用する構成とされていた(例えば、特許文献1を参照)。   As shown in FIG. 6A, the battery 10 that generates the battery voltage Vbat, the regulator circuit 20 that generates a predetermined steady voltage Vi from the battery voltage Vbat, and the constant voltage Vi at a predetermined magnification (1. In the conventional power supply device having the charge pump circuit 30 that generates the output voltage Vo by boosting the voltage by 5 times, generally, the charge operation (FIG. 6B) and the pump operation (FIG. 6 (FIG. 6)). In any of c)), the charge pump circuit 30 uses the output of the regulator circuit 20 (that is, the steady voltage Vi) (see, for example, Patent Document 1).

特開2003−348821号公報JP 2003-348821 A

確かに、上記従来の電源装置であれば、チャージポンプ回路30にて、レギュレータ回路20の定常電圧Viを使用することにより、バッテリ電圧Vbatの変動に依ることなく、常に所望の出力電圧Voを生成することが可能である。   Certainly, in the case of the above-described conventional power supply device, the charge pump circuit 30 always generates the desired output voltage Vo by using the steady voltage Vi of the regulator circuit 20 without depending on the fluctuation of the battery voltage Vbat. Is possible.

しかしながら、上記従来の電源装置は、先述した通り、チャージ動作時(図6(b))とポンプ動作時(図6(c))のいずれにおいても、チャージポンプ回路30にて、レギュレータ回路20の定常電圧Viを使用する構成とされていたため、ポンプ動作時における系全体のオン抵抗がレギュレータ回路20を挿入した分だけ高くなり、その昇圧効率が低下していた。その結果、上記従来の電源装置では、バッテリ10の残量を最大限に活用することができなかった。   However, as described above, the conventional power supply apparatus has the charge pump circuit 30 that controls the regulator circuit 20 in both the charge operation (FIG. 6B) and the pump operation (FIG. 6C). Since the steady voltage Vi is used, the on-resistance of the entire system during the pump operation is increased by the amount of insertion of the regulator circuit 20, and the boosting efficiency is reduced. As a result, in the conventional power supply device, the remaining amount of the battery 10 cannot be utilized to the maximum extent.

本発明は、上記の問題点に鑑み、昇圧効率を高めることが可能な電源装置及びこれを用いた電気機器を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the power supply device which can raise pressure | voltage rise efficiency in view of said problem, and an electric equipment using the same.

上記の目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、電源電圧を生成する直流電圧源と、前記電源電圧から所定の定常電圧を生成するレギュレータ回路と、複数のスイッチを用いてキャパシタの充放電を行うことにより入力電圧を昇圧して出力電圧を生成するチャージポンプ回路と、を有して成る電源装置であって、前記チャージポンプ回路は、チャージ動作時には前記定常電圧を用いて前記キャパシタの充電を行う一方、ポンプ動作時には前記電源電圧を用いてポンプ動作を行い、前記キャパシタの放電を行う構成(第1の構成)とされている。   In order to achieve the above object, a power supply device according to the present invention includes a DC voltage source that generates a power supply voltage, a regulator circuit that generates a predetermined steady voltage from the power supply voltage, and a capacitor using a plurality of switches. A charge pump circuit that boosts an input voltage by charging and discharging to generate an output voltage, wherein the charge pump circuit uses the steady voltage to perform the capacitor operation during a charge operation. In the pump operation, the power supply voltage is used to perform the pump operation to discharge the capacitor (first configuration).

なお、上記第1の構成から成る電源装置において、前記レギュレータ回路は、その出力電流を所定の上限値に抑制する過電流リミッタ手段を有して成る構成(第2の構成)にするとよい。   In the power supply device having the first configuration, the regulator circuit may have a configuration (second configuration) including overcurrent limiter means for suppressing the output current to a predetermined upper limit value.

また、上記第2の構成から成る電源装置は、前記出力電圧が所定の閾値電圧よりも低いか否かを検出する検出部と、その検出結果に応じて前記チャージポンプ回路のスイッチング制御を行う制御部と、を有して成り、前記制御部は、前記出力電圧が所定の閾値電圧よりも低いときに、前記チャージポンプ回路の昇圧動作を停止させ、かつ、前記レギュレータ回路の出力端と前記出力電圧の引出端とを短絡させるように、前記チャージポンプ回路のスイッチング制御を行う構成(第3の構成)にするとよい。   The power supply device having the second configuration includes a detection unit that detects whether or not the output voltage is lower than a predetermined threshold voltage, and a control that performs switching control of the charge pump circuit according to the detection result. The control unit stops the boosting operation of the charge pump circuit when the output voltage is lower than a predetermined threshold voltage, and the output terminal of the regulator circuit and the output A configuration (third configuration) for performing switching control of the charge pump circuit so as to short-circuit the voltage extraction terminal is preferable.

また、上記第3の構成から成る電源装置において、前記チャージポンプ回路は、電荷蓄積用の第1キャパシタ及び第2キャパシタと;一端が前記レギュレータ回路の出力端に接続され、他端が第1キャパシタの一端に接続された第1スイッチと;一端が第1キャパシタの一端に接続され、他端が前記出力電圧の引出端に接続された第2スイッチと;一端が第1キャパシタの他端に接続され、他端が第2キャパシタの一端に接続された第3スイッチと;一端が前記直流電圧源の正極端に接続され、他端が第1キャパシタの他端に接続された第4スイッチと;一端が第2キャパシタの他端に接続され、他端が接地端に接続された第5スイッチと;一端が前記直流電圧源の正極端に接続され、他端が第2キャパシタの他端に接続された第6スイッチと;一端が第2キャパシタの一端に接続され、他端が前記出力電圧の引出端に接続された第7スイッチと;を有して成り、チャージ動作時には、第1スイッチ、第3スイッチ、及び第5スイッチがそれぞれオンとされ、その余のスイッチがそれぞれオフとされるものであり、ポンプ動作時には、第2スイッチ、第4スイッチ、第6スイッチ、及び、第7スイッチがそれぞれオンとされ、その余のスイッチがそれぞれオフとされるものであり、かつ、前記出力電圧が所定の閾値電圧よりも低いときには、第1スイッチ及び第2スイッチがそれぞれオンとされ、その余のスイッチについては、前記直流電圧源の正極端から前記出力電圧の引出端への直接的な電流経路を遮断するように、それぞれスイッチング制御されるものである構成(第4の構成)にするとよい。   In the power supply device having the third configuration, the charge pump circuit includes a first capacitor and a second capacitor for storing charge; one end is connected to the output terminal of the regulator circuit and the other end is the first capacitor. A first switch connected to one end of the first capacitor; one end connected to one end of the first capacitor and the other end connected to the output voltage extraction end; and one end connected to the other end of the first capacitor A third switch having the other end connected to one end of the second capacitor; a fourth switch having one end connected to the positive end of the DC voltage source and the other end connected to the other end of the first capacitor; A fifth switch having one end connected to the other end of the second capacitor and the other end connected to the ground end; one end connected to the positive end of the DC voltage source and the other end connected to the other end of the second capacitor Sixth switch A seventh switch having one end connected to one end of the second capacitor and the other end connected to the output voltage extracting terminal; and during the charge operation, the first switch, the third switch, and the 5 switches are turned on, and the other switches are turned off. During the pump operation, the second switch, the fourth switch, the sixth switch, and the seventh switch are turned on. When the other switches are turned off, and the output voltage is lower than a predetermined threshold voltage, the first switch and the second switch are turned on. A configuration (fourth configuration) in which switching control is performed so as to cut off a direct current path from the positive terminal of the voltage source to the output terminal of the output voltage. Better to).

また、本発明に係る電気機器は、負荷への電力供給手段として、上記第1〜第4いずれかの構成から成る電源装置を備えた構成(第5の構成)とされている。   Moreover, the electric device according to the present invention has a configuration (fifth configuration) including a power supply device having any one of the first to fourth configurations as power supply means to the load.

上記したように、本発明に係る電源装置であれば、ポンプ動作時にレギュレータ回路を系から切り離すことで系全体のオン抵抗を低減し、その昇圧効率を高めることができる。従って、直流電圧源としてバッテリを用いた場合には、その残量を最大限に活用することが可能となる。   As described above, with the power supply device according to the present invention, the on-resistance of the entire system can be reduced and the boosting efficiency can be increased by disconnecting the regulator circuit from the system during pump operation. Therefore, when a battery is used as the DC voltage source, the remaining amount can be utilized to the maximum.

以下では、液晶表示パネルを背面から照射するバックライト装置において、その光源である発光ダイオードへの電力供給手段として、本発明に係る電源装置を適用した場合を例に挙げて説明を行う。   Hereinafter, in the backlight device that irradiates the liquid crystal display panel from the back side, the case where the power supply device according to the present invention is applied as a power supply means to the light emitting diode that is the light source will be described as an example.

図1は、本発明に係るバックライト装置の一実施形態を示すブロック図(一部に回路要素を含む)である。本図に示すように、本実施形態のバックライト装置は、負荷(複数の発光ダイオードを並列接続して成る発光ダイオード列、以下では、単にLED、或いは、LED列と呼ぶ)への電力供給手段として、直流電圧源1と、レギュレータ回路2と、チャージポンプ回路3と、検出部4と、制御部5と、電流源61〜6nと、を集積化して成る電源ICを有して成る。   FIG. 1 is a block diagram (partly including circuit elements) showing an embodiment of a backlight device according to the present invention. As shown in the figure, the backlight device of the present embodiment includes power supply means for a load (a light emitting diode array formed by connecting a plurality of light emitting diodes in parallel, hereinafter simply referred to as an LED or an LED array). As shown, the power supply IC is formed by integrating a DC voltage source 1, a regulator circuit 2, a charge pump circuit 3, a detection unit 4, a control unit 5, and current sources 61 to 6n.

このようなLED列をバックライトとして用いる液晶表示装置であれば、蛍光管等を用いる構成に比べて、省電力、長寿命、低発熱、省スペースといった効果を得ることが可能となる。また、LEDを用いた他のバックライトよりも、さらに省電力、低発熱になる。   A liquid crystal display device using such an LED array as a backlight can achieve effects such as power saving, long life, low heat generation, and space saving as compared with a configuration using a fluorescent tube or the like. In addition, the power consumption and heat generation are lower than those of other backlights using LEDs.

また、LED列を構成する各LEDは、赤、緑、青の発光色を有する3つのLED素子を一群として成るものであり、各LED素子の出射光を混合することによって、所望の発光色(本実施形態では白色)を有する照明光を生成するものである。このような白色LEDをバックライトとして用いる液晶表示装置であれば、蛍光管等を用いる構成に比べて、液晶表示パネルの色再現範囲を広げることが可能となる。   Moreover, each LED which comprises LED row | line | column consists of three LED elements which have red, green, and blue luminescent color as a group, By mixing the emitted light of each LED element, desired luminescent color ( In this embodiment, illumination light having a white color is generated. If the liquid crystal display device uses such a white LED as a backlight, the color reproduction range of the liquid crystal display panel can be expanded as compared with a configuration using a fluorescent tube or the like.

直流電圧源1は、直流電圧を生成する手段であり、本実施形態では、バッテリ電圧Vbatを生成するバッテリ(リチウムイオン電池などの二次電池)を用いている。なお、直流電圧源1としては、商用交流電圧を直流電圧に変換する交流/直流コンバータを用いても構わない。   The DC voltage source 1 is a means for generating a DC voltage. In this embodiment, a battery (secondary battery such as a lithium ion battery) that generates a battery voltage Vbat is used. The DC voltage source 1 may be an AC / DC converter that converts a commercial AC voltage into a DC voltage.

レギュレータ回路2は、後述する帰還電圧Vfb1〜Vfbnのうち、最低の電圧値を有する帰還電圧が所定の参照電圧Vrefと一致するように、バッテリ電圧Vbatから所定の定常電圧Viを生成する手段であり、例えば、直流電圧源1とチャージポンプ回路3との電流経路に直列接続されたパワートランジスタのオン抵抗制御を行うシリーズレギュレータ等を用いればよい。   The regulator circuit 2 is means for generating a predetermined steady voltage Vi from the battery voltage Vbat so that the feedback voltage having the lowest voltage value among the feedback voltages Vfb1 to Vfbn described later matches the predetermined reference voltage Vref. For example, a series regulator that performs on-resistance control of a power transistor connected in series in the current path between the DC voltage source 1 and the charge pump circuit 3 may be used.

なお、本実施形態のレギュレータ回路2は、その出力電流を所定の上限値に抑制する過電流リミッタ手段(不図示)を備えて成る。より具体的に述べると、本実施形態のレギュレータ回路2は、上記の過電流リミッタ手段として、定常時の電流制限を行う電流帰還回路と、起動時の電流制限を行うソフトスタート回路と、を備えて成る。このような過電流リミッタ機能を備えたレギュレータ回路2であれば、装置の起動直後などにおいて、チャージポンプ回路3に流れ込む過大な電流を抑制することが可能となる。   Note that the regulator circuit 2 of the present embodiment includes overcurrent limiter means (not shown) that suppresses the output current to a predetermined upper limit value. More specifically, the regulator circuit 2 according to the present embodiment includes, as the overcurrent limiter means, a current feedback circuit that performs current limit during steady state and a soft start circuit that performs current limit during startup. It consists of With the regulator circuit 2 having such an overcurrent limiter function, it is possible to suppress an excessive current flowing into the charge pump circuit 3 immediately after the device is started.

また、レギュレータ回路2の過電流リミッタ機能は、出力ショート時における過電流抑制にも活用されるが、これについては、後ほど詳細な説明を行うことにする。   The overcurrent limiter function of the regulator circuit 2 is also used to suppress overcurrent when the output is short-circuited. This will be described in detail later.

チャージポンプ回路3は、複数のスイッチSW1〜SW7を用いてキャパシタC1〜C2(互いに同一容量)の充放電を行うことにより、入力電圧を所定の倍率(本実施形態では1.5倍昇圧動作)で昇圧して出力電圧Voを生成する手段である。   The charge pump circuit 3 uses a plurality of switches SW1 to SW7 to charge and discharge the capacitors C1 to C2 (the same capacity as each other), thereby increasing the input voltage by a predetermined magnification (1.5 times boosting operation in this embodiment). The output voltage Vo is generated by boosting the output voltage Vo.

なお、スイッチSW1は、一端が前記レギュレータ回路の出力端に接続され、他端が第1キャパシタの一端に接続されている。スイッチSW2は、一端がキャパシタC1の一端に接続され、他端が出力電圧引出端Toに接続されている。スイッチSW3は、一端がキャパシタC1の他端に接続され、他端がキャパシタC2の一端に接続されている。スイッチSW4は、一端が直流電圧源1の正極端に接続され、他端がキャパシタC1の他端に接続されている。スイッチSW5は、一端がキャパシタC2の他端に接続され、他端が接地端に接続されている。スイッチSW6は、一端が直流電圧源1の正極端に接続され、他端がキャパシタC2の他端に接続されている。スイッチSW7は、一端がキャパシタC2の一端に接続され、他端が出力電圧引出端Toに接続されている。   The switch SW1 has one end connected to the output end of the regulator circuit and the other end connected to one end of the first capacitor. The switch SW2 has one end connected to one end of the capacitor C1 and the other end connected to the output voltage extraction terminal To. The switch SW3 has one end connected to the other end of the capacitor C1 and the other end connected to one end of the capacitor C2. The switch SW4 has one end connected to the positive terminal of the DC voltage source 1 and the other end connected to the other end of the capacitor C1. The switch SW5 has one end connected to the other end of the capacitor C2 and the other end connected to the ground terminal. The switch SW6 has one end connected to the positive terminal of the DC voltage source 1 and the other end connected to the other end of the capacitor C2. The switch SW7 has one end connected to one end of the capacitor C2, and the other end connected to the output voltage extraction terminal To.

検出部4は、出力電圧Vo(或いはその分圧電圧)が所定の閾値電圧Vthよりも低いか否かを検出する手段であり、比較回路や抵抗分割回路を用いて構成されるものである。なお、上記の閾値電圧Vthとしては、出力ショート(地絡)を検出するための低電圧値が設定されている。   The detection unit 4 is means for detecting whether or not the output voltage Vo (or a divided voltage thereof) is lower than a predetermined threshold voltage Vth, and is configured using a comparison circuit or a resistance divider circuit. As the threshold voltage Vth, a low voltage value for detecting an output short circuit (ground fault) is set.

制御部5は、検出部4での検出結果に応じて、チャージポンプ回路3のスイッチング制御(スイッチSW1〜SW7に対するクロック信号のゲート制御)、並びに、レギュレータ回路2の過電流リミッタ増強制御を行う手段である。なお、当該制御については、後ほど詳細な説明を行うことにする。   The control unit 5 performs switching control of the charge pump circuit 3 (gate control of the clock signal for the switches SW1 to SW7) and overcurrent limiter enhancement control of the regulator circuit 2 in accordance with the detection result of the detection unit 4. It is. The control will be described in detail later.

電流源61〜6nは、LED列の駆動電流を制御する手段、並びに、帰還電圧Vfb1〜Vfbnを生成する手段として、LED列と接地端との間に接続されている。   The current sources 61 to 6n are connected between the LED string and the ground terminal as means for controlling the drive current of the LED string and as means for generating the feedback voltages Vfb1 to Vfbn.

以下では、上記構成から成る電源ICの動作について詳細な説明を行う。   Hereinafter, the operation of the power supply IC configured as described above will be described in detail.

まず、チャージポンプ回路3の通常動作(昇圧動作)について詳細に説明する。   First, the normal operation (boost operation) of the charge pump circuit 3 will be described in detail.

上記構成から成るチャージポンプ回路3において、そのチャージ動作時には、スイッチSW1、スイッチSW3、及び、スイッチSW5がそれぞれオンとされ、その余のスイッチがそれぞれオフとされる。このようなスイッチング制御によって、チャージポンプ回路3の等価回路は、図2(a)に示すように、レギュレータ回路2の出力端と接地端との間に、キャパシタC1〜C2が直列接続された形となる。従って、キャパシタC1〜C2はその両端電位差が各々1/2Viになるまで充電される。   In the charge pump circuit 3 configured as described above, during the charging operation, the switch SW1, the switch SW3, and the switch SW5 are turned on, and the other switches are turned off. By such switching control, the equivalent circuit of the charge pump circuit 3 has a configuration in which capacitors C1 to C2 are connected in series between the output terminal of the regulator circuit 2 and the ground terminal, as shown in FIG. It becomes. Therefore, the capacitors C1 and C2 are charged until the potential difference between both ends becomes 1 / 2Vi.

一方、ポンプ動作時には、スイッチSW2、スイッチSW4、スイッチSW6、及び、スイッチSW7がそれぞれオンとされ、その余のスイッチがそれぞれオフとされる。このようなスイッチング制御によって、チャージポンプ回路3の等価回路は、図2(b)に示すように、直流電圧源1の正極端と出力電圧引出端Toとの間に、キャパシタC1〜C2が並列接続された形となる。従って、キャパシタC1〜C2の他端は、接地電圧GNDからバッテリ電圧Vbatまで引き上げられるので、出力電圧Voとしては、バッテリ電圧Vbatに上記の充電電圧1/2Viを加えた電圧が引き出される。   On the other hand, during the pump operation, the switch SW2, the switch SW4, the switch SW6, and the switch SW7 are turned on, and the other switches are turned off. By such switching control, the equivalent circuit of the charge pump circuit 3 has capacitors C1 to C2 in parallel between the positive terminal of the DC voltage source 1 and the output voltage extraction terminal To, as shown in FIG. It becomes a connected form. Accordingly, the other ends of the capacitors C1 and C2 are pulled up from the ground voltage GND to the battery voltage Vbat. Therefore, as the output voltage Vo, a voltage obtained by adding the charging voltage 1 / 2Vi to the battery voltage Vbat is drawn.

上記したように、本実施形態のチャージポンプ回路3は、チャージ動作時には定常電圧Viを用いてキャパシタC1〜C2の充電を行う一方、ポンプ動作時には電源電圧Vbatを用いてポンプ動作を行い、キャパシタC1〜C2の放電を行う構成とされている。このような構成とすることにより、ポンプ動作時にレギュレータ回路2を系から切り離すことで、系全体のオン抵抗を低減することができるので、その昇圧効率を高めることができる。従って、直流電圧源1としてバッテリを用いた場合には、その残量を最大限に活用することが可能となる。   As described above, the charge pump circuit 3 of the present embodiment charges the capacitors C1 and C2 using the steady voltage Vi during the charge operation, while performing the pump operation using the power supply voltage Vbat during the pump operation, and the capacitor C1. It is set as the structure which discharges -C2. By adopting such a configuration, the on-resistance of the entire system can be reduced by separating the regulator circuit 2 from the system during the pump operation, so that the boosting efficiency can be increased. Therefore, when a battery is used as the DC voltage source 1, the remaining amount can be utilized to the maximum.

次に、出力ショート時におけるチャージポンプ回路3の保護動作について、図1、図2とともに、図3を参照しながら、詳細に説明する。   Next, the protection operation of the charge pump circuit 3 when the output is short-circuited will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2 and FIG.

図3は、出力ショート時におけるチャージポンプ回路3の保護動作を説明するためのフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart for explaining the protection operation of the charge pump circuit 3 when the output is short-circuited.

ステップS1にて、チャージポンプ回路3の通常動作(先述の1.5倍昇圧動作)が行われている間、検出部4では、出力電圧Voが閾値電圧Vthよりも低いか否かの検出が行われる(ステップS2)。ここで、出力電圧Voが閾値電圧Vthよりも低いと判定された場合には、フローがステップS3に進められる。一方、出力電圧Voが閾値電圧Vthよりも低くないと判定された場合には、フローがステップS1に戻され、チャージポンプ回路3の通常動作が継続される。   In step S1, while the normal operation of the charge pump circuit 3 (the 1.5-fold voltage boosting operation described above) is being performed, the detection unit 4 detects whether or not the output voltage Vo is lower than the threshold voltage Vth. Performed (step S2). Here, if it is determined that the output voltage Vo is lower than the threshold voltage Vth, the flow proceeds to step S3. On the other hand, when it is determined that the output voltage Vo is not lower than the threshold voltage Vth, the flow is returned to step S1, and the normal operation of the charge pump circuit 3 is continued.

ステップS2にて、出力電圧Voが閾値電圧Vthよりも低いと判定された場合、制御部5は、出力ショートが生じたという認識の下、チャージポンプ回路3の昇圧動作を停止させ、かつ、レギュレータ回路2の出力端と出力電圧引出端Toとを短絡させるように、言い換えれば、定常電圧Viを出力電圧Voとして直接出力するように、チャージポンプ回路3のスイッチング制御を行う(ステップS3、S4)。   When it is determined in step S2 that the output voltage Vo is lower than the threshold voltage Vth, the control unit 5 stops the boosting operation of the charge pump circuit 3 with the recognition that the output short circuit has occurred, and the regulator Switching control of the charge pump circuit 3 is performed so that the output terminal of the circuit 2 and the output voltage extraction terminal To are short-circuited, in other words, the steady voltage Vi is directly output as the output voltage Vo (steps S3 and S4). .

より具体的に述べると、出力電圧Voが閾値電圧Vthよりも低いと判定された場合、チャージポンプ回路3では、スイッチSW1及びスイッチSW2がそれぞれオンとされ、その余のスイッチについては、直流電圧源1の正極端から出力電圧引出端Toへの直接的な電流経路を遮断するように、それぞれスイッチング制御される。なお、最も単純には、スイッチSW1〜SW2をオンとし、その余のスイッチを全てオフとすればよい。   More specifically, when it is determined that the output voltage Vo is lower than the threshold voltage Vth, the switch SW1 and the switch SW2 are turned on in the charge pump circuit 3, and the other switches are connected to the DC voltage source. Switching control is performed so that a direct current path from the positive electrode terminal 1 to the output voltage extraction terminal To is cut off. In the simplest case, the switches SW1 and SW2 are turned on, and all the other switches are turned off.

このような構成とすることにより、出力ショート時には、図2(c)に示すように、直流電圧源1から出力電圧引出端Toへの電流経路が、レギュレータ回路2を経由するルートのみとなるので、レギュレータ回路2に過大な電流が流れることになり、その過電流リミッタ手段が必ず動作することになる(ステップS5)。   With such a configuration, when the output is short-circuited, the current path from the DC voltage source 1 to the output voltage extraction end To is only the route via the regulator circuit 2 as shown in FIG. Then, an excessive current flows in the regulator circuit 2, and the overcurrent limiter means always operates (step S5).

従って、本実施形態の電源ICであれば、ポンプ動作時にレギュレータ回路2を系から切り離すことで系全体のオン抵抗を低減しつつ、出力ショート時には、レギュレータ回路2に具備された過電流リミッタ機能を有効に活用することができるので、出力ショート時に過大な電流が流れることを防止し、電源ICを破壊から保護することも可能となる。   Therefore, the power supply IC of the present embodiment reduces the on-resistance of the entire system by disconnecting the regulator circuit 2 from the system during pump operation, and the overcurrent limiter function provided in the regulator circuit 2 when the output is short-circuited. Since it can be used effectively, it is possible to prevent an excessive current from flowing when the output is short-circuited and to protect the power supply IC from destruction.

また、本実施形態の電源ICは、上記のステップS5における過電流リミッタ機能の発動に先立ち、制御部5を用いて、レギュレータ回路2の過電流リミッタ増強制御を行う構成とされている。より具体的に述べると、本実施形態の電源ICは、レギュレータ回路2が定常状態に至り、既にその役目を終えているソフトスタート回路の再起動(ソフトスタートコンデンサの放電)を行うことで、レギュレータ回路2に起動時と同様の厳しい電流制限を行わせる構成とされている。このような構成とすることにより、出力ショート時の過大電流を効果的に抑制し、電源ICを破壊から保護することが可能となる。   In addition, the power supply IC of the present embodiment is configured to perform overcurrent limiter enhancement control of the regulator circuit 2 using the control unit 5 prior to the activation of the overcurrent limiter function in step S5. More specifically, the power supply IC according to the present embodiment includes a regulator circuit 2 that reaches a steady state and restarts the soft start circuit that has already finished its function (discharge of the soft start capacitor). The circuit 2 is configured to perform the strict current limitation similar to that at the time of startup. With such a configuration, it is possible to effectively suppress an excessive current when the output is short-circuited and to protect the power supply IC from destruction.

なお、ステップS4にて、チャージポンプ回路3の保護動作(1倍昇圧動作)が行われている間も、検出部4では、出力電圧Voが閾値電圧Vthよりも低いか否かの検出が行われる(ステップS6)。ここで、出力電圧Voが閾値電圧Vthよりも低いと判定された場合には、フローがステップS4に戻され、引き続いてチャージポンプ回路3の保護動作が継続される。一方、出力電圧Voが閾値電圧Vthよりも低くないと判定された場合には、フローがステップS1に戻され、チャージポンプ回路3が通常動作に復帰される。   In step S4, the detection unit 4 detects whether or not the output voltage Vo is lower than the threshold voltage Vth while the protection operation (single boosting operation) of the charge pump circuit 3 is being performed. (Step S6). If it is determined that the output voltage Vo is lower than the threshold voltage Vth, the flow is returned to step S4, and the protection operation of the charge pump circuit 3 is continued. On the other hand, if it is determined that the output voltage Vo is not lower than the threshold voltage Vth, the flow is returned to step S1, and the charge pump circuit 3 is returned to the normal operation.

従って、電源ICの通常起動時には、レギュレータ回路2の過電流リミッタ手段が動作しながら出力電圧Voの立上げが行われ、出力電圧Voが閾値電圧Vthよりも高くなると、チャージポンプ回路3が保護動作から通常動作へと移行されることになる。   Therefore, at the time of normal startup of the power supply IC, the output voltage Vo is raised while the overcurrent limiter means of the regulator circuit 2 is operating. When the output voltage Vo becomes higher than the threshold voltage Vth, the charge pump circuit 3 is protected. To normal operation.

なお、上記実施形態では、並列接続されたLED列を負荷とするチャージポンプ回路に本発明を適用した場合を例示して説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、直列接続されたLED列を負荷とするチャージポンプ回路(図4を参照)や、単一のLEDを負荷とするチャージポンプ回路にも適用することが可能である。   In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the charge pump circuit having a load connected to the LED strings connected in parallel has been described as an example. In addition, the present invention can be applied to a charge pump circuit (see FIG. 4) using a series of LED strings as a load, or a charge pump circuit using a single LED as a load.

また、上記の実施形態では、バックライト装置の光源であるLEDへの電力供給手段として、本発明に係る電源装置を適用した場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、チャージポンプ回路を備えた電源装置全般に広く適用することが可能である。   Further, in the above embodiment, the case where the power supply device according to the present invention is applied as an example of the power supply means to the LED that is the light source of the backlight device has been described, but the application target of the present invention is The present invention is not limited to this, and can be widely applied to all power supply devices including a charge pump circuit.

また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。   The configuration of the present invention can be variously modified within the scope of the present invention in addition to the above embodiment.

例えば、上記実施形態では、チャージポンプ回路3を1.5倍昇圧型として説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、その昇圧倍率はいかなる値であっても構わない。すなわち、図5に示すように、2倍昇圧型のチャージポンプ回路にも、本発明を適用することが可能である。また、図1の電流源61〜6nに代えて、外付け抵抗R(図4を参照)を用いても構わない。   For example, in the above embodiment, the charge pump circuit 3 has been described as a 1.5-fold boost type, but the configuration of the present invention is not limited to this, and the boost magnification may be any value. Absent. That is, as shown in FIG. 5, the present invention can be applied to a double boost type charge pump circuit. Further, an external resistor R (see FIG. 4) may be used instead of the current sources 61 to 6n of FIG.

また、上記実施形態では、バックライト装置の発光手段として、赤色光、緑色光、青色光を混合して白色光を生成するLEDを例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、その他の発色光を混合して所望の発色光を出射する発光手段や、単色光を出射する発光手段を用いた構成についても、当然に本発明を適用することが可能である。   Further, in the above embodiment, the description has been given by taking, as an example, an LED that generates white light by mixing red light, green light, and blue light as the light emitting means of the backlight device. The present invention is not limited to this, and the present invention is naturally applied to a configuration using a light emitting unit that emits a desired colored light by mixing other colored light or a light emitting unit that emits monochromatic light. Is possible.

本発明は、電源装置の効率向上並びに信頼性向上を図る上で有用な技術であり、本発明に係る電源装置は、例えば、携帯電話端末、携帯ゲーム機など、液晶のバックライトに白色LEDを使用している全ての電気機器、その他、チャージポンプ方式の昇圧回路を備えた全ての電気機器に搭載することが可能である。   The present invention is a technique useful for improving the efficiency and reliability of a power supply device. The power supply device according to the present invention includes a white LED for a backlight of a liquid crystal display such as a mobile phone terminal or a portable game machine. It can be mounted on all electric devices in use and other electric devices equipped with a charge pump type booster circuit.

は、本発明に係るバックライト装置の一実施形態を示すブロック図である。These are block diagrams which show one Embodiment of the backlight apparatus which concerns on this invention. は、チャージポンプ回路3の動作を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the charge pump circuit 3; は、チャージポンプ回路3の動作を説明するためのフローチャートである。These are flowcharts for explaining the operation of the charge pump circuit 3. は、本発明に係るバックライト装置の一変形例を示すブロック図である。These are block diagrams which show the modification of the backlight apparatus which concerns on this invention. は、本発明に係るバックライト装置の別の変形例を示すブロック図である。These are block diagrams which show another modification of the backlight apparatus which concerns on this invention. は、電源装置の一従来例を示すブロック図である。These are block diagrams which show one prior art example of a power supply device.

符号の説明Explanation of symbols

1 直流電圧源(バッテリ)
2 レギュレータ回路
3 チャージポンプ回路
4 検出部
5 制御部
61〜6n 電流源
LED 負荷(発光ダイオード列)
R 外付け抵抗
To 出力電圧引出端
C1〜C2 キャパシタ
SW1〜SW7 スイッチ
1 DC voltage source (battery)
2 regulator circuit 3 charge pump circuit 4 detector 5 controller 61 to 6n current source LED load (light emitting diode array)
R External resistor To Output voltage extraction terminal C1 to C2 Capacitor SW1 to SW7 Switch

Claims (5)

電源電圧を生成する直流電圧源と、前記電源電圧から所定の定常電圧を生成するレギュレータ回路と、複数のスイッチを用いてキャパシタの充放電を行うことにより入力電圧を昇圧して出力電圧を生成するチャージポンプ回路と、を有して成る電源装置であって、前記チャージポンプ回路は、チャージ動作時には前記定常電圧を用いて前記キャパシタの充電を行う一方、ポンプ動作時には前記電源電圧を用いてポンプ動作を行い、前記キャパシタの放電を行うことを特徴とする電源装置。   A DC voltage source that generates a power supply voltage, a regulator circuit that generates a predetermined steady voltage from the power supply voltage, and a capacitor that is charged and discharged using a plurality of switches to boost the input voltage and generate an output voltage A charge pump circuit, wherein the charge pump circuit charges the capacitor using the steady voltage during a charge operation, and performs a pump operation using the power supply voltage during a pump operation. And the capacitor is discharged. 前記レギュレータ回路は、その出力電流を所定の上限値に抑制する過電流リミッタ手段を有して成ることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。   2. The power supply device according to claim 1, wherein the regulator circuit includes an overcurrent limiter that suppresses the output current to a predetermined upper limit value. 前記出力電圧が所定の閾値電圧よりも低いか否かを検出する検出部と、その検出結果に応じて前記チャージポンプ回路のスイッチング制御を行う制御部と、を有して成り、前記制御部は、前記出力電圧が所定の閾値電圧よりも低いときに、前記チャージポンプ回路の昇圧動作を停止させ、かつ、前記レギュレータ回路の出力端と前記出力電圧の引出端とを短絡させるように、前記チャージポンプ回路のスイッチング制御を行うことを特徴とする請求項2に記載の電源装置。   A detection unit that detects whether or not the output voltage is lower than a predetermined threshold voltage; and a control unit that performs switching control of the charge pump circuit in accordance with the detection result. The charge pump circuit is stopped when the output voltage is lower than a predetermined threshold voltage, and the output terminal of the regulator circuit and the output terminal of the output voltage are short-circuited. The power supply device according to claim 2, wherein switching control of the pump circuit is performed. 前記チャージポンプ回路は、電荷蓄積用の第1キャパシタ及び第2キャパシタと;一端が前記レギュレータ回路の出力端に接続され、他端が第1キャパシタの一端に接続された第1スイッチと;一端が第1キャパシタの一端に接続され、他端が前記出力電圧の引出端に接続された第2スイッチと;一端が第1キャパシタの他端に接続され、他端が第2キャパシタの一端に接続された第3スイッチと;一端が前記直流電圧源の正極端に接続され、他端が第1キャパシタの他端に接続された第4スイッチと;一端が第2キャパシタの他端に接続され、他端が接地端に接続された第5スイッチと;一端が前記直流電圧源の正極端に接続され、他端が第2キャパシタの他端に接続された第6スイッチと;一端が第2キャパシタの一端に接続され、他端が前記出力電圧の引出端に接続された第7スイッチと;を有して成り、チャージ動作時には、第1スイッチ、第3スイッチ、及び、第5スイッチがそれぞれオンとされ、その余のスイッチがそれぞれオフとされるものであり、ポンプ動作時には、第2スイッチ、第4スイッチ、第6スイッチ、及び、第7スイッチがそれぞれオンとされ、その余のスイッチがそれぞれオフとされるものであり、かつ、前記出力電圧が所定の閾値電圧よりも低いときには、第1スイッチ及び第2スイッチがそれぞれオンとされ、その余のスイッチについては、前記直流電圧源の正極端から前記出力電圧の引出端への直接的な電流経路を遮断するように、それぞれスイッチング制御されるものであることを特徴とする請求項3に記載の電源装置。   The charge pump circuit includes a first capacitor and a second capacitor for storing charge; a first switch having one end connected to the output terminal of the regulator circuit and the other end connected to one end of the first capacitor; A second switch connected to one end of the first capacitor and having the other end connected to the output voltage extracting terminal; one end connected to the other end of the first capacitor and the other end connected to one end of the second capacitor; A third switch; one end connected to the positive terminal of the DC voltage source and the other end connected to the other end of the first capacitor; and one end connected to the other end of the second capacitor; A fifth switch having one end connected to the ground terminal; a sixth switch having one end connected to the positive terminal of the DC voltage source and the other end connected to the other end of the second capacitor; and one end of the second capacitor Connected to one end and the other end And a seventh switch connected to the output voltage extraction terminal. During the charge operation, the first switch, the third switch, and the fifth switch are turned on, and the other switches The second switch, the fourth switch, the sixth switch, and the seventh switch are turned on during the pump operation, and the other switches are turned off, and When the output voltage is lower than a predetermined threshold voltage, the first switch and the second switch are turned on, and the remaining switches are connected from the positive end of the DC voltage source to the output end of the output voltage. 4. The power supply device according to claim 3, wherein each switching control is performed so as to cut off a direct current path. 負荷への電力供給手段として、請求項1〜請求項4のいずれかに記載の電源装置を備えて成ることを特徴とする電気機器。   An electric apparatus comprising the power supply device according to any one of claims 1 to 4 as means for supplying power to a load.
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