JP2007244051A

JP2007244051A - 昇圧回路及びこれを備えた電気機器

Info

Publication number: JP2007244051A
Application number: JP2006060704A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Komiya; 邦裕小宮
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2007-09-20
Also published as: TW200737666A; US20070211502A1; CN101034847A

Abstract

【課題】本発明は、昇圧倍率の可変制御に際して、出力端子からの逆流電流を防止することが可能な昇圧回路、及び、これを備えた電気機器を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る昇圧回路１は、複数段の昇圧ユニットＣＰ１〜ＣＰ３と出力用キャパシタＣｏを用いて入力電圧Ｖｉｎを昇圧することにより、所望の出力電圧Ｖｏｕｔを生成するチャージポンプ方式の昇圧回路であって、指示された昇圧倍率に応じて昇圧ユニットの段数を増減する昇圧倍率切替手段と、昇圧倍率を切り替える前に電荷蓄積用キャパシタＣ１〜Ｃ３及び出力用キャパシタＣｏの電荷を放電させる放電制御手段と、を有して成る構成とされている。
【選択図】図３

Description

本発明は、チャージポンプ方式の昇圧回路に関するものである。

従来より、図８に示すように、電荷転送用スイッチ（ＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｃ、ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｃ、及び、ＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｄ）と電荷蓄積用キャパシタ（Ｃ１〜Ｃ３）とで構成される複数段の昇圧ユニット並びに出力用キャパシタＣｏを用いて入力電圧Ｖｉｎを昇圧することにより、所望の出力電圧Ｖｏｕｔを生成するチャージポンプ方式の昇圧回路が知られている。

上記の昇圧動作について具体的に説明する。まず、キャパシタＣ１の充電期間には、初段の昇圧ユニットにおいて、スイッチＳＷ１ａ及びスイッチＳＷ１ｂがオンとされ、スイッチＳＷ１ｃがオフとされる。また、２段目の昇圧ユニットにおいては、スイッチＳＷ２ａがオフとされる。このようなスイッチング制御により、キャパシタＣ１の一端（ａ点）には、スイッチＳＷ１ａを介して入力電圧Ｖｉｎが印加され、他端（ｂ点）には、スイッチＳＷ１ｂを介して接地電圧ＧＮＤが印加される。従って、キャパシタＣ１は、両端電位差がほぼ入力電圧Ｖｉｎとなるまで充電される。

キャパシタＣ１の充電完了後、今度は、初段の昇圧ユニットにおいて、スイッチＳＷ１ａ及びスイッチＳＷ１ｂがオフとされ、スイッチＳＷ１ｃがオンとされる。このようなスイッチング制御により、ｂ点は、接地電圧ＧＮＤから入力電圧Ｖｉｎに引き上げられる。ここで、キャパシタＣ１の両端間には、先の充電によって入力電圧Ｖｉｎに等しい電位差が与えられているため、ｂ点の電位が入力電圧Ｖｉｎまで引き上げられると、それに伴って、ａ点の電位も２Ｖｉｎ（入力電圧Ｖｉｎ＋充電電圧Ｖｉｎ）まで引き上げられる。

このとき、２段目の昇圧ユニットにおいては、スイッチＳＷ２ａ及びスイッチ２ｂがオンとされ、スイッチＳＷ２ｃがオフとされる。また、３段目の昇圧ユニットにおいては、スイッチ３ａがオフとされる。このようなスイッチング制御により、キャパシタＣ２は、その両端電位差がほぼ２Ｖｉｎとなるまで充電される。

以降の昇圧ユニットについても、上記と同様の充放電動作が周期的に繰り返され、最終的には、出力用キャパシタＣｏの一端から、入力電圧Ｖｉｎを４倍昇圧した正昇圧電圧４Ｖｉｎが出力電圧Ｖｏｕｔとして引き出される形となる。

また、上記従来の昇圧回路としては、その昇圧倍率を任意に可変制御することが可能な機種も種々開示・提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

なお、図８に示した昇圧回路でも、４倍昇圧モード、３倍昇圧モード、並びに、２倍昇圧モードを適宜選択することが可能である。

具体的に述べると、図８に示した昇圧回路にて、４倍昇圧モードを選択する場合には、上記昇圧ユニットを全段駆動させるべく、上記全てのスイッチについて先述のスイッチング制御を行えばよい。一方、３倍昇圧モードを選択する場合には、最終段の昇圧ユニットを停止させるべく、スイッチＳＷ３ｂ及びスイッチＳＷ３ｄを常時オンとし、かつ、スイッチＳＷ３ｃを常時オフとした上で、その余のスイッチについて先述のスイッチング制御を行えばよい。また、２倍昇圧モードを選択する場合には、初段の昇圧ユニットのみを駆動させるべく、スイッチＳＷ２ｂ、スイッチＳＷ３ａ〜スイッチＳＷ３ｂ、及び、スイッチＳＷ３ｄを常時オンとし、かつ、スイッチＳＷ２ｃ及びスイッチＳＷ３ｃを常時オフとした上で、その余のスイッチについて先述のスイッチング制御を行えばよい。

特開２００５−３１８７８６号公報

確かに、上記従来の昇圧回路であれば、負荷の状態や入力電圧の変動、或いは、外部からの制御信号などに応じて、その昇圧倍率を可変させることにより、所望の出力電圧を生成することが可能である。

しかしながら、上記従来の昇圧回路では、一般に、その昇圧動作を継続した状態で、昇圧倍率の可変制御が行われていた。そのため、上記従来の昇圧回路では、現在の昇圧倍率からより低い昇圧倍率への切替時において、系の最高電位点である出力端子から入力端子に向けて逆流電流が流れ込み、その経路となるスイッチに通常時よりも高い電圧が印加されるおそれがあった。そのため、上記従来の昇圧回路では、素子の破壊を防止すべく、上記逆流電流の経路となる全てのスイッチを出力電圧Ｖｏｕｔに見合った高耐圧素子（例えば、入力電圧Ｖｉｎが２．５［Ｖ］であるのに対して、出力電圧Ｖｏｕｔが１０［Ｖ］であれば、１０［Ｖ］耐圧素子や１５［Ｖ］耐圧素子）とせざるを得ず、チップ面積やオン抵抗の不要な増大が招かれていた。

本発明は、上記の問題点に鑑み、昇圧倍率の可変制御に際して、出力端子からの逆流電流を防止することが可能な昇圧回路、及び、これを備えた電気機器の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る昇圧回路は、電荷転送用スイッチと電荷蓄積用キャパシタとで構成される複数段の昇圧ユニット並びに出力用キャパシタを用いて入力電圧を昇圧することにより、所望の出力電圧を生成するチャージポンプ方式の昇圧回路であって、指示された昇圧倍率に応じて前記昇圧ユニットの段数を増減する昇圧倍率切替手段と、昇圧倍率を切り替える前に前記電荷蓄積用キャパシタ及び前記出力用キャパシタの電荷を放電させる放電制御手段と、を有して成る構成（第１の構成）とされている。

なお、上記第１の構成から成る昇圧回路において、前記放電制御手段は、昇圧倍率の切替指示があったときから所定時間が経過するまで、前記電荷蓄積用キャパシタ及び前記出力用キャパシタの電荷を放電させるものである構成（第２の構成）にするとよい。

或いは、上記第１の構成から成る昇圧回路において、前記放電制御手段は、昇圧倍率の切替指示があったときから出力電圧が所定の閾値電圧に達するまで、前記電荷蓄積用キャパシタ及び前記出力用キャパシタの電荷を放電させるものである構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第３いずれかの構成から成る昇圧回路において、前記放電制御手段は現在の昇圧倍率がより低い昇圧倍率に切り替えられる場合についてのみ、前記電荷蓄積用キャパシタ及び前記出力用キャパシタの電荷を放電させるものである構成（第４の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第４いずれかの構成から成る昇圧回路において、前記放電制御手段は２段目以降の昇圧ユニットについてのみ、前記電荷蓄積用キャパシタの電荷を放電させるものである構成（第５の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第５いずれかの構成から成る昇圧回路は、上記構成要素のほか、出力電圧に応じてその電圧レベルが変動する帰還電圧を生成する抵抗分割回路と；前記帰還電圧と所定の参照電圧との差分を増幅することで誤差電圧を生成する誤差増幅器と；前記入力電圧の印加端と初段の昇圧ユニットとの間に直列接続され、前記誤差電圧に応じてオン抵抗が可変制御されるトランジスタと；を有して成る構成（第６の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第６いずれかの構成から成る昇圧回路において、前記複数段の昇圧ユニットのうち、少なくとも初段の昇圧ユニットは、低耐圧素子により構成されている構成（第７の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第７いずれかの構成から成る昇圧回路において、前記放電制御手段は各昇圧ユニットの前記電荷蓄積用キャパシタ及び前記出力用キャパシタと並列に接続された放電用スイッチ及び放電用定電流源を各々有して成り、前記放電用定電流源のうち、前記出力用キャパシタに繋がる放電用定電流源の放電電流の電流値が最大である構成（第８の構成）にするとよい。

また、本発明に係る電気機器は、上記第１〜第８いずれかの構成から成る昇圧回路を備えた構成（第９の構成）とされている。

例えば、本発明に係る電気機器としては、第１クロック信号を生成する発振器と、第１クロック信号を分周して第２クロック信号を生成する分周器と、第２クロック信号のハイレベル電位を自身の電源電圧レベルまで増幅して第３クロック信号を生成する増幅器と、前記増幅器の電源電圧を生成する昇圧回路とを有して成る電気機器であって、前記昇圧回路として、上記第１〜第８いずれかの構成から成る昇圧回路を備えた構成とすればよい。

上記したように、本発明に係る昇圧回路であれば、昇圧倍率の可変制御に際して、出力端子からの逆流電流を防止することが可能となる。

以下では、種々の電気機器（特に、携帯型パソコンや携帯電話端末など）に搭載され、その動作に必要なクロック信号を生成するクロック生成装置の電源電圧生成手段として、本発明に係る昇圧回路を用いた場合を例に挙げて説明を行う。

図１は、本発明に係る電気機器（特にそのクロック生成装置）の一実施形態を示すブロック図である。

本図に示すクロック生成装置は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧して所望の出力電圧Ｖｏｕｔを生成し、これを増幅器４の電源電圧として供給するチャージポンプ方式の昇圧回路１と、第１クロック信号ＣＬＫ１を生成する発振器２と、第１クロック信号ＣＬＫ１を分周して第２クロック信号ＣＬＫ２を生成する分周器３と、第２クロック信号ＣＬＫ２のハイレベル電位を自身の電源電圧レベル（すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔ）まで増幅して第３クロック信号ＣＬＫ３を生成する増幅器４と、を有して成る構成とされている。なお、発振器２は、昇圧回路１を構成する電荷転送用スイッチ（不図示）の開閉制御クロックの生成手段としても用いられている。

上記構成から成るクロック生成装置において、昇圧回路１は、昇圧倍率切替信号Ｓ１、Ｓ２（いずれも２値信号）の論理に従い、その昇圧倍率を２倍、３倍、４倍のいずれか一に切り替える機能を備えている。

従って、上記構成から成るクロック生成装置では、第３クロック信号ＣＬＫ３のハイレベル電位を２Ｖｉｎ、３Ｖｉｎ、４Ｖｉｎのいずれか一に切り替えることができる（図２を参照）。このような構成とすることにより、当該クロック生成装置を備えた電気機器では、その動作状態（例えば省電力モードやスリープモードへの遷移）に応じて、第３クロック信号ＣＬＫ３のハイレベル電位を可変制御し、消費電力を抑えることが可能となる。

次に、上記した昇圧回路１の第１実施形態について、図３〜図５を参照しながら、詳細に説明する。

図３は、昇圧回路１の第１実施形態を示す回路図である。図４は、昇圧倍率切替信号Ｓ１、Ｓ２とモード制御信号ＳＸとの相関関係を示す図である。図５は、第１実施形態における昇圧倍率切替動作（本図では４倍昇圧から２倍昇圧への切替動作）を示す図である。

図３に示すように、本実施形態の昇圧回路１は、電荷転送用スイッチ（ＳＷ１１〜ＳＷ１３、ＳＷ２１〜ＳＷ２３、ＳＷ３１〜ＳＷ３４）と、電荷蓄積用キャパシタ（Ｃ１〜Ｃ３）と、出力用キャパシタＣｏと、放電用スイッチＳＷａ〜ＳＷｄと、放電用定電流源Ｉａ〜Ｉｄと、抵抗Ｒ１〜Ｒ２と、誤差増幅器ＥＲＲと、Ｐチャネル型電界効果トランジスタＰ１と、制御部ＣＮＴと、を有して成る。

上記構成から成る昇圧回路１において、初段の昇圧ユニットＣＰ１は、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３と、キャパシタＣ１とで構成されている。キャパシタＣ１の一端（ａ１点）は、スイッチＳＷ１１を介してトランジスタＰ１のドレインに接続されている。キャパシタＣ１の他端（ｂ１点）は、スイッチＳＷ１２を介して接地端に接続される一方、スイッチＳＷ１３を介してトランジスタＰ１のドレインにも接続されている。また、初段の昇圧ユニットＣＰ１には、キャパシタＣ１の放電手段として、スイッチＳＷａと定電流源Ｉａが含まれている。すなわち、キャパシタＣ１の一端（ａ１点）は、スイッチＳＷａ及び定電流源Ｉａを介して接地端に接続されている。

次段の昇圧ユニットＣＰ２は、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２３と、キャパシタＣ２とで構成されている。キャパシタＣ２の一端（ａ２点）は、スイッチＳＷ２１を介してキャパシタＣ１の一端（ａ１点）に接続されている。キャパシタＣ２の他端（ｂ２点）は、スイッチＳＷ２２を介して接地端に接続される一方、スイッチＳＷ２３を介してトランジスタＰ１のドレインにも接続されている。また、次段の昇圧ユニットＣＰ２には、キャパシタＣ２の放電手段として、スイッチＳＷｂと定電流源Ｉｂが含まれている。すなわち、キャパシタＣ２の一端（ａ２点）は、スイッチＳＷｂ及び定電流源Ｉｂを介して接地端に接続されている。

最終段の昇圧ユニットＣＰ３は、スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３４と、キャパシタＣ３とで構成されている。キャパシタＣ３の一端（ａ３点）は、スイッチＳＷ３１を介してキャパシタＣ２の一端（ａ２点）に接続される一方、スイッチＳＷ３４を介して出力電圧Ｖｏｕｔの引出端にも接続されている。キャパシタＣ３の他端（ｂ３点）は、スイッチＳＷ３２を介して接地端に接続される一方、スイッチＳＷ３３を介してトランジスタＰ１のドレインにも接続されている。また、最終段の昇圧ユニットＣＰ３には、キャパシタＣ３の放電手段としてスイッチＳＷｃと定電流源Ｉｃが含まれている。すなわち、キャパシタＣ３の一端（ａ３点）は、スイッチＳＷｃ及び定電流源Ｉｃを介して接地端に接続されている。

出力用キャパシタＣｏの一端は出力電圧Ｖｏｕｔの引出端に接続されており、他端は接地端に接続されている。また、出力用キャパシタＣｏには、その放電手段としてスイッチＳＷｄと定電流源Ｉｄが接続されている。すなわち、出力用キャパシタＣｏの一端は、スイッチＳＷｄ及び定電流源Ｉｄを介して接地端に接続されている。

上記の昇圧ユニットＣＰ１〜ＣＰ３と出力用コンデンサＣｏを用いた昇圧動作（４倍昇圧動作）について具体的に説明する。まず、キャパシタＣ１の充電期間には、初段の昇圧ユニットＣＰ１において、スイッチＳＷ１１及びスイッチＳＷ１２がオンとされ、スイッチＳＷ１３がオフとされる。また、次段の昇圧ユニットＣＰ２においては、スイッチＳＷ２１がオフとされる。このようなスイッチング制御により、キャパシタＣ１の一端（ａ１点）には、スイッチＳＷ１１を介して入力電圧Ｖｉｎが印加され、他端（ｂ１点）には、スイッチＳＷ１２を介して接地電圧ＧＮＤが印加される。従って、キャパシタＣ１は、両端電位差がほぼ入力電圧Ｖｉｎとなるまで充電される。

キャパシタＣ１の充電完了後、今度は、初段の昇圧ユニットＣＰ１において、スイッチＳＷ１１及びスイッチＳＷ１２がオフとされ、スイッチＳＷ１３がオンとされる。このようなスイッチング制御により、ｂ１点は、接地電圧ＧＮＤから入力電圧Ｖｉｎに引き上げられる。ここで、キャパシタＣ１の両端間には、先の充電によって入力電圧Ｖｉｎに等しい電位差が与えられているため、ｂ１点の電位が入力電圧Ｖｉｎまで引き上げられると、それに伴って、ａ１点の電位も２Ｖｉｎ（入力電圧Ｖｉｎ＋充電電圧Ｖｉｎ）まで引き上げられる。

このとき、次段の昇圧ユニットＣＰ２においては、スイッチＳＷ２１及びスイッチ２２がオンとされ、スイッチＳＷ２３がオフとされる。また、最終段の昇圧ユニットＣＰ３においては、スイッチ３１がオフとされる。このようなスイッチング制御により、キャパシタＣ２は、その両端電位差がほぼ２Ｖｉｎとなるまで充電される。

抵抗Ｒ１〜Ｒ２は、出力電圧Ｖｏｕｔの引出端と接地端との間に直列接続され、出力電圧Ｖｏｕｔに応じてその電圧レベルが変動する帰還電圧Ｖｆｂを生成する抵抗分割回路を形成している。なお、抵抗Ｒ１〜Ｒ２の抵抗値は、いずれもトリミング等によって適宜調整が可能な構成とされている。

誤差増幅器ＥＲＲは、非反転入力端（＋）に印加される帰還電圧Ｖｆｂと、反転入力端（−）に印加される所定の参照電圧Ｖｒｅｆとの差分を増幅することで、誤差電圧Ｖｅｒｒを生成する手段である。すなわち、誤差電圧Ｖｅｒｒは、帰還電圧Ｖｆｂが参照電圧Ｖｒｅｆよりも高いほど、延いては、出力電圧Ｖｏｕｔがその目標値よりも高いほど、ハイレベルとなる。

トランジスタＰ１のソースは、入力電圧Ｖｉｎの印加端に接続されている。トランジスタＰ１のゲートは、誤差増幅器ＥＲＲの出力端に接続されている。すなわち、トランジスタＰ１は、入力電圧Ｖｉｎの印加端と初段の昇圧ユニットＣＰ１との間に直列接続され、誤差電圧Ｖｅｒｒに応じてオン抵抗が可変制御される。より具体的に述べると、トランジスタＰ１のオン抵抗は、出力電圧Ｖｏｕｔがその目標値よりも高いほど増大されるため、昇圧ユニットＣＰ１に印加される入力電圧Ｖｉｎは、トランジスタＰ１のオン抵抗増大に応じて低減されることになる。このような構成とすることにより、出力電圧Ｖｏｕｔを常に所望値にフィードバック制御することが可能となる。

制御部ＣＮＴは、昇圧倍率切替信号Ｓ１、Ｓ２の論理（すなわち指示された昇圧倍率）に応じて昇圧ユニットの段数を増減する昇圧倍率切替手段としての機能、並びに、昇圧倍率を切り替える前に電荷蓄積用キャパシタＣ１〜Ｃ３及び出力用キャパシタＣｏの電荷を放電させる放電制御手段としての機能を備えている。

まず、昇圧倍率切替手段としての機能について説明する。

制御部ＣＮＴは、図４に示す相関関係に基づいて、４倍昇圧モード、３倍昇圧モード、２倍昇圧モード、並びに、動作オフのいずれか一を適宜選択すべく、モード制御信号ＳＸを生成する。電荷転送用スイッチ（ＳＷ１１〜ＳＷ１３、ＳＷ２１〜ＳＷ２３、ＳＷ３１〜ＳＷ３４）、並びに、放電用スイッチ（ＳＷａ〜ＳＷｄ）は、制御部ＣＮＴにて生成されたモード制御信号ＳＸに基づいて、そのクロック駆動の可否が制御されている。

より具体的に述べると、４倍昇圧モードを選択する場合には、昇圧ユニットＣＰ１〜ＣＰ３を全段駆動させるべく、全ての電荷転送用スイッチ（ＳＷ１１〜ＳＷ１３、ＳＷ２１〜ＳＷ２３、ＳＷ３１〜ＳＷ３４）についてそのクロック駆動を許可し、先述のスイッチング制御を行えばよい。

一方、３倍昇圧モードを選択する場合には、最終段の昇圧ユニットＣＰ３を停止させるべく、スイッチＳＷ３２とスイッチＳＷ３４を常時オンとし、かつ、スイッチＳＷ３３を常時オフとした上で、その余のスイッチについて先述のスイッチング制御を行えばよい。

また、２倍昇圧モードを選択する場合には、初段の昇圧ユニットＣＰ１のみを駆動させるべく、スイッチＳＷ２２、スイッチＳＷ３１〜スイッチＳＷ３２、及び、スイッチＳＷ３４を常時オンとし、かつ、スイッチＳＷ２３及びスイッチＳＷ３３を常時オフとした上で、その余のスイッチについて先述のスイッチング制御を行えばよい。

次に、放電制御手段としての機能について説明する。

制御部ＣＮＴは、図５に示すように、昇圧モード切替前後の中間ステートとして、チャージポンプオフモード（ディスチャージモード）を挿入するように、モード制御信号ＳＸを生成する。なお、上記の中間ステートでは、昇圧ユニットＣＰ１〜ＣＰ３を全段停止させるべく、スイッチＳＷ１１、ＳＷ１３、ＳＷ２１、ＳＷ２３、ＳＷ３１、ＳＷ３３、ＳＷ３４が全てオフとされる。また、キャパシタＣ１〜Ｃ３の他端については、いずれも接地端に接続させるべく、スイッチＳＷ１２、ＳＷ２２、ＳＷ３２が全てオンとされる。さらに、上記の中間ステートでは、電荷蓄積用キャパシタＣ１〜Ｃ３及び出力用キャパシタＣｏの電荷を放電させるべく、放電用スイッチＳＷａ〜ＳＷｄが全てオンとされる。

上記のような中間ステートを挿入し、昇圧倍率の可変制御に際して、一旦その昇圧動作を停止する構成であれば、現在の昇圧倍率からより低い昇圧倍率への切替時においても、出力端子から入力端子に向けた逆流電流を防止することができる。従って、従来構成では逆流電流の経路となり得たスイッチＳＷ１１、ＳＷ２１、ＳＷ３１、ＳＷ３４、並びに、トランジスタＰ１を高耐圧素子とする必要がなくなるので、複数段の昇圧ユニットＣＰ１〜ＣＰ３のうち、少なくとも初段の昇圧ユニットＣＰ１については、低耐圧素子により構成することで、チップ面積を縮小することができ、また、昇圧回路１のオン抵抗を低減することが可能となる。

なお、本実施形態の昇圧回路１において、制御部ＣＮＴは、計時手段としてタイマＴＭＲを備えており、昇圧倍率の切替指示があったとき（すなわち、昇圧倍率切替信号Ｓ１、Ｓ２の論理変遷タイミング）から所定時間ｔが経過するまで、電荷蓄積用キャパシタＣ１〜Ｃ３及び出力用キャパシタＣｏの電荷を放電させる構成とされている。なお、上記の所定時間ｔとしては、素子の特性ばらつき（キャパシタ容量や電流引抜量のばらつき）を考慮した上で、出力電圧Ｖｏｕｔが十分低い電圧レベル（逆流電流が生じない電圧レベル）にまで下がるだけの時間を設定すればよい。このような構成とすることにより、極めて簡易に放電制御手段を実現することが可能となる。

また、本実施形態の昇圧回路１において、制御部ＣＮＴは、現在の昇圧倍率がより低い昇圧倍率に切り替えられる場合についてのみ、電荷蓄積用キャパシタＣ１〜Ｃ３及び出力用キャパシタＣｏの電荷を放電さ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、逆流電流の発生を懸念する必要のない昇圧倍率の切替動作に際しては、上記の放電動作が行われないので、昇圧動作を遅滞なく継続することが可能となる。

ただし、システムの簡略化を優先するのであれば、切替前後における昇圧倍率の相互関係に依ることなく、昇圧倍率切替信号Ｓ１、Ｓ２の論理変遷タイミング全てにおいて、チャージポンプオフモード（ディスチャージモード）を挿入する構成としても構わない。

また、本実施形態の昇圧回路１において、前記放電制御手段は、各昇圧ユニットＣＰ１〜ＣＰ３の電荷蓄積用キャパシタＣ１〜Ｃ３及び出力用キャパシタＣｏと並列に接続された放電用スイッチＳＷａ〜ＳＷｄ及び放電用定電流源Ｉａ〜Ｉｄを各々有して成り、当該複数の放電用定電流源Ｉａ〜Ｉｄのうち、出力用キャパシタＣｏに繋がる放電用定電流源Ｉｄの放電電流の電流値が最大である構成とされている。このように、放電用定電流源Ｉａ〜Ｉｄを用いる構成であれば、放電用スイッチＳＷａ〜ＳＷｄのみを用いる構成に比べて、放電電流のばらつき（延いては、放電時間のばらつき）を抑えることが可能となる。また、放電用定電流源Ｉａ〜Ｉｄの放電電流の電流量を後段ほど大きく設定したのは、電荷蓄積用キャパシタＣ１〜Ｃ３及び出力用キャパシタＣｏの電荷蓄積量が後段ほど大きいためである。

続いて、昇圧回路１の第２実施形態について、図６及び図７を参照しながら、詳細に説明する。

図６は、昇圧回路１の第２実施形態を示す回路図である。図７は、第２実施形態における昇圧倍率切替動作（本図では４倍昇圧から２倍昇圧への切替動作）を示す図である。

なお、本実施形態の昇圧回路１は、先出した第１実施形態とほぼ同様の構成から成るため、先と同様の部分については、図３と同一符号を付すことで説明を省略し、以下では、本実施形態の特徴部分についてのみ、重点的な説明を行うことにする。

本図に示すように、本実施形態の昇圧回路１は、出力電圧Ｖｏｕｔと所定の閾値電圧Ｖｔｈとの高低に応じてその出力論理が変遷する検出信号Ｓ３を生成する検出器ＤＥＴ（比較器）を備えて成り、放電制御手段として機能する制御部ＣＮＴは、上記の検出信号Ｓ３に基づき、昇圧倍率の切替指示があったときから、出力電圧Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｖｔｈに達するまで、電荷蓄積用キャパシタＣ１〜Ｃ３及び出力用キャパシタＣｏの電荷を放電させる構成とされている。なお、上記の閾値電圧Ｖｔｈとしては、切替後の昇圧電圧値、或いは、素子の特性ばらつきを考慮して、それよりやや低い電圧値を設定すればよい。このような構成とすることにより、タイマ制御による第１実施形態に比べて、チャージポンプオフモード（ディスチャージモード）からの復帰タイミングをより高精度に設定することができるので、出力電圧Ｖｏｕｔを下げ過ぎずに済み、延いては、昇圧効率を向上することが可能となる。

なお、上記実施形態では、クロック生成回路の電源電圧生成手段として、本発明に係る昇圧回路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、電荷転送用スイッチと電荷蓄積用キャパシタとで構成される複数段の昇圧ユニット並びに出力用キャパシタを用いて入力電圧を昇圧することにより、所望の出力電圧を生成するチャージポンプ方式の昇圧回路全般に広く適用することが可能である。

また、上記実施形態では、正昇圧回路の構成及び動作を例示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、負昇圧回路にも適用することが可能である。

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。

例えば、上記実施形態では、チャージポンプオフモード（ディスチャージモード）において、電荷蓄積用キャパシタＣ１〜Ｃ３全ての電荷を放電させる構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、２段目以降の昇圧ユニットについてのみ、電荷蓄積用キャパシタの電荷を放電させる構成としてもよい。このように、初段の昇圧ユニットＣＰ１にて、チャージポンプオフモード（ディスチャージモード）でもその電荷を保持させておくことにより、早期に昇圧動作を再開することが可能となる。

また、上記実施形態では、３段の昇圧ユニットを用いて２倍昇圧モードから４倍昇圧モードまで適宜切替可能な構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、昇圧ユニットの段数を２段に減じても構わないし、逆に、４段以上に増段しても構わない。

また、上記実施形態では、４倍昇圧モードから２倍昇圧モードへの切替動作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、４倍昇圧モードから３倍昇圧モードへの切替動作や、３倍昇圧モードから２倍昇圧モードへの切替動作についても、上記と同様の中間ステート挿入を行えばよい。

本発明は、チャージポンプ方式の昇圧回路において、素子の高耐圧化（延いては、チップ面積の増大）を要することなく、その信頼性を高める上で有用な技術である。

は、本発明に係る電気機器の一実施形態を示すブロック図である。は、第３クロック信号ＣＬＫ３のハイレベル可変制御を示す図である。は、昇圧回路１の第１実施形態を示す回路図である。は、昇圧倍率切替信号Ｓ１、Ｓ２とモード制御信号ＳＸとの相関関係を示す図である。は、第１実施形態における昇圧倍率切替動作を示す図である。は、昇圧回路１の第２実施形態を示す回路図である。は、第２実施形態における昇圧倍率切替動作を示す図である。は、昇圧回路の一従来例を示す回路図である。

符号の説明

１昇圧回路
２発振器
３分周器
４増幅器
Ｐ１Ｐチャネル型電界効果トランジスタ
ＣＰ１〜ＣＰ３昇圧ユニット
ＳＷ１１〜ＳＷ１３電荷転送用スイッチ
ＳＷ２１〜ＳＷ２３電荷転送用スイッチ
ＳＷ３１〜ＳＷ３４電荷転送用スイッチ
Ｃ１〜Ｃ３電荷蓄積用キャパシタ
Ｃｏ出力用キャパシタ
ＳＷａ〜ＳＷｄ放電用スイッチ
Ｉａ〜Ｉｄ放電用定電流源
Ｒ１〜Ｒ２抵抗
ＥＲＲ誤差増幅器
ＣＮＴ制御部
ＴＭＲタイマ
ＤＥＴ検出器（比較器）

Claims

電荷転送用スイッチと電荷蓄積用キャパシタとで構成される複数段の昇圧ユニット並びに出力用キャパシタを用いて入力電圧を昇圧することにより、所望の出力電圧を生成するチャージポンプ方式の昇圧回路であって、指示された昇圧倍率に応じて前記昇圧ユニットの段数を増減する昇圧倍率切替手段と、昇圧倍率を切り替える前に前記電荷蓄積用キャパシタ及び前記出力用キャパシタの電荷を放電させる放電制御手段と、を有して成ることを特徴とする昇圧回路。
前記放電制御手段は、昇圧倍率の切替指示があったときから所定時間が経過するまで、前記電荷蓄積用キャパシタ及び前記出力用キャパシタの電荷を放電させるものであることを特徴とする請求項１に記載の昇圧回路。
前記放電制御手段は、昇圧倍率の切替指示があったときから出力電圧が所定の閾値電圧に達するまで、前記電荷蓄積用キャパシタ及び前記出力用キャパシタの電荷を放電させるものであることを特徴とする請求項１に記載の昇圧回路。
前記放電制御手段は、現在の昇圧倍率がより低い昇圧倍率に切り替えられる場合についてのみ、前記電荷蓄積用キャパシタ及び前記出力用キャパシタの電荷を放電させるものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の昇圧回路。
前記放電制御手段は、２段目以降の昇圧ユニットについてのみ、前記電荷蓄積用キャパシタの電荷を放電させるものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の昇圧回路。
出力電圧に応じてその電圧レベルが変動する帰還電圧を生成する抵抗分割回路と；前記帰還電圧と所定の参照電圧との差分を増幅することで誤差電圧を生成する誤差増幅器と；前記入力電圧の印加端と初段の昇圧ユニットとの間に直列接続され、前記誤差電圧に応じてオン抵抗が可変制御されるトランジスタと；を有して成ることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の昇圧回路。
前記複数段の昇圧ユニットのうち、少なくとも初段の昇圧ユニットは、低耐圧素子により構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の昇圧回路。
前記放電制御手段は、各昇圧ユニットの前記電荷蓄積用キャパシタ及び前記出力用キャパシタと並列に接続された放電用スイッチ及び放電用定電流源を各々有して成り、前記放電用定電流源のうち、前記出力用キャパシタに繋がる放電用定電流源の放電電流の電流値が最大であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の昇圧回路。
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の昇圧回路を備えたことを特徴とする電気機器。