JP2007330007A - Power unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device.
近年の携帯電話、PDA(Personal Digital Assistance)、等の小型情報端末においては、たとえば液晶のバックライトに用いられるLED(Light Emitting Diode)などのように電池の出力電圧よりも高い電圧を必要とするデバイスが存在する。たとえば、これらの小型情報端末では、Liイオン電池が多く用いられ、その出力電圧は通常3.5V程度であり、満充電時においても4.2V程度であるが、LEDはその駆動電圧として電池電圧よりも高い電圧を必要とする。このように、電池電圧よりも高い電圧が必要とされる場合には、スイッチングレギュレータやチャージポンプ方式等の昇圧回路を用いて電池電圧を昇圧し、LEDなどの負荷回路を駆動するために必要な電圧を得ている。特許文献1には関連技術が記載される。
Small information terminals such as mobile phones and PDAs (Personal Digital Assistance) in recent years require a voltage higher than the output voltage of the battery, such as an LED (Light Emitting Diode) used for a liquid crystal backlight. Device exists. For example, in these small information terminals, a Li-ion battery is often used, and its output voltage is usually about 3.5 V, and is about 4.2 V even when fully charged, but the LED has a battery voltage as its driving voltage. Requires a higher voltage. Thus, when a voltage higher than the battery voltage is required, it is necessary to boost the battery voltage using a booster circuit such as a switching regulator or a charge pump system and drive a load circuit such as an LED. Getting voltage.
チャージポンプ回路は、フライングキャパシタと出力キャパシタ、ならびに、これらのキャパシタを接続する複数のスイッチを含んで構成されるのが一般的である。チャージポンプ回路では、複数のスイッチのオンオフによって、フライングキャパシタおよび出力キャパシタを充放電することにより、入力された電池電圧(入力電圧)を昇圧して出力する。各スイッチのオンオフは、クロック信号にもとづいて動作する制御回路により生成される制御信号によって制御される。 In general, the charge pump circuit includes a flying capacitor, an output capacitor, and a plurality of switches that connect these capacitors. The charge pump circuit boosts and outputs the input battery voltage (input voltage) by charging and discharging the flying capacitor and the output capacitor by turning on and off the plurality of switches. On / off of each switch is controlled by a control signal generated by a control circuit that operates based on a clock signal.
ここで、スイッチの一部に、PチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor、以下単にPMOSトランジスタともいう)を用いた場合を検討する。PMOSトランジスタのソース電圧がチャージポンプ回路の出力電圧付近で動作する場合、このトランジスタをオフするためには、そのゲートに印加する制御信号をチャージポンプ回路の出力電圧付近まで上昇させる必要がある。このために、チャージポンプ回路の出力電圧を利用して、制御信号をレベルシフトするレベルシフト回路が設けられる。 Here, a case where a P-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, hereinafter simply referred to as a PMOS transistor) is used as a part of the switch is considered. When the source voltage of the PMOS transistor operates near the output voltage of the charge pump circuit, in order to turn off the transistor, it is necessary to raise the control signal applied to the gate to the vicinity of the output voltage of the charge pump circuit. For this purpose, a level shift circuit for shifting the level of the control signal using the output voltage of the charge pump circuit is provided.
本発明者は、このような状況において、以下の課題を認識するに至った。チャージポンプ回路の出力電圧が、ある程度立ち上がり、定常状態で動作している場合には、レベルシフト回路を介してPMOSトランジスタのゲートに供給される制御信号の電圧レベルは安定であり、問題はない。ところが、チャージポンプ回路の起動直後等の、チャージポンプ回路の出力電圧が十分に上昇する以前には、レベルシフト回路の出力電圧、すなわちPMOSトランジスタのゲートに供給される制御信号の電圧レベルが不定となる場合がある。制御信号の電圧レベルが不定となると、スイッチのオン(オフ)の程度が変化するため、チャージポンプ回路の動作が不安定となるという問題がある。 The present inventor has come to recognize the following problems in such a situation. When the output voltage of the charge pump circuit rises to some extent and operates in a steady state, the voltage level of the control signal supplied to the gate of the PMOS transistor via the level shift circuit is stable, and there is no problem. However, the output voltage of the level shift circuit, that is, the voltage level of the control signal supplied to the gate of the PMOS transistor is indefinite before the output voltage of the charge pump circuit rises sufficiently, such as immediately after the start of the charge pump circuit. There is a case. If the voltage level of the control signal becomes indefinite, the degree of switch on (off) changes, which causes a problem that the operation of the charge pump circuit becomes unstable.
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その包括的な目的は、レベルシフト回路を用いた電源装置の安定性の向上にある。 The present invention has been made in view of these problems, and a comprehensive object thereof is to improve the stability of a power supply device using a level shift circuit.
本発明のある態様は、所定の出力電圧を出力する電源装置に関する。この電源装置は、外部からの入力電圧にもとづき、出力電圧を生成する電圧生成回路と、電圧生成回路を制御するための制御信号を生成する制御回路と、制御回路から出力される制御信号の少なくとも一部を、出力電圧を利用してレベルシフトし、電圧生成回路に供給するレベルシフト回路と、所定の条件を満たすとき、レベルシフト回路によりレベルシフトされた制御信号を、所定の電圧レベルに強制的に固定する電圧固定回路と、を備える。 One embodiment of the present invention relates to a power supply device that outputs a predetermined output voltage. The power supply device includes a voltage generation circuit that generates an output voltage based on an external input voltage, a control circuit that generates a control signal for controlling the voltage generation circuit, and at least a control signal output from the control circuit. A level shift circuit that partially shifts the output voltage to supply the voltage generation circuit and a control signal that is level-shifted by the level shift circuit is forced to a predetermined voltage level when a predetermined condition is satisfied. And a voltage fixing circuit for fixing.
この態様によれば、レベルシフト回路によりレベルシフトされた制御信号のレベルを必要に応じて固定することができるため、電圧生成回路の動作を安定化することができる。 According to this aspect, since the level of the control signal level-shifted by the level shift circuit can be fixed as necessary, the operation of the voltage generation circuit can be stabilized.
所定の条件を満たすときとは、制御信号の信号レベルが不定となるときであってもよい。
この態様によると、レベルシフト回路によりレベルシフトされる制御信号の信号レベルが、不定となるのを防止し、電圧生成回路の動作を安定化することができる。
The time when the predetermined condition is satisfied may be when the signal level of the control signal becomes indefinite.
According to this aspect, the signal level of the control signal level-shifted by the level shift circuit can be prevented from becoming unstable, and the operation of the voltage generation circuit can be stabilized.
電圧固定回路は、出力電圧を監視し、出力電圧が所定のしきい値電圧より低いとき、制御信号の電圧を所定の電圧レベルに固定してもよい。
レベルシフト回路から出力される制御信号の電圧レベルは、出力電圧が低い場合に、不安定となる場合がある。そこで、出力電圧に応じて電圧レベルを固定することにより、回路動作を安定化することができる。
The voltage fixing circuit may monitor the output voltage and fix the voltage of the control signal at a predetermined voltage level when the output voltage is lower than a predetermined threshold voltage.
The voltage level of the control signal output from the level shift circuit may become unstable when the output voltage is low. Thus, the circuit operation can be stabilized by fixing the voltage level according to the output voltage.
電圧固定回路は、本電源装置の時間管理を行い、本電源装置の起動から、所定の時間が経過するまでの間、制御信号の電圧を所定の電圧レベルに固定してもよい。
レベルシフト回路から出力される制御信号の電圧レベルは、電源装置の起動直後において不安定となる場合がある。そこで、起動からの経過時間に応じて、電圧レベルを固定することにより、回路動作を安定化することができる。
The voltage fixing circuit may perform time management of the power supply device, and may fix the voltage of the control signal to a predetermined voltage level until a predetermined time elapses after the power supply device is activated.
The voltage level of the control signal output from the level shift circuit may become unstable immediately after the power supply device is activated. Therefore, the circuit operation can be stabilized by fixing the voltage level in accordance with the elapsed time from the startup.
ある態様において、電圧生成回路は、入力電圧により充電されるフライングキャパシタと、フライングキャパシタに蓄えられた電荷が転送される出力キャパシタと、フライングキャパシタおよび出力キャパシタに接続され、制御信号によりオンオフが制御される複数のスイッチと、を含むチャージポンプ回路であってもよい。レベルシフト回路は、複数のスイッチの少なくともひとつに供給すべき制御信号をレベルシフトしてもよい。 In one aspect, the voltage generation circuit is connected to the flying capacitor charged by the input voltage, the output capacitor to which the charge stored in the flying capacitor is transferred, the flying capacitor and the output capacitor, and is controlled to be turned on and off by the control signal. A charge pump circuit including a plurality of switches. The level shift circuit may level shift a control signal to be supplied to at least one of the plurality of switches.
制御回路は、チャージポンプ回路の昇圧率が1倍のとき、入力電圧が印加される端子から出力電圧が出力される端子に至る経路上に設けられたスイッチが固定的にオンするように制御信号を生成してもよい。レベルシフト回路は、経路上に設けられたスイッチに供給すべき制御信号をレベルシフトして当該スイッチに供給し、電圧固定回路は、所定の条件を満たすとき、経路上に設けられたスイッチがオンするように所定の電圧レベルに固定してもよい。
この場合、所定の条件を満たす場合に、経路上のスイッチがオンの状態で固定されるため、出力キャパシタを入力電圧で直接充電する状態に固定することができる。
The control circuit controls the control signal so that a switch provided on the path from the terminal to which the input voltage is applied to the terminal to which the output voltage is output is fixedly turned on when the boosting rate of the charge pump circuit is 1 time. May be generated. The level shift circuit shifts the level of a control signal to be supplied to a switch provided on the path and supplies the control signal to the switch. The voltage fixing circuit turns on the switch provided on the path when a predetermined condition is satisfied. As such, it may be fixed at a predetermined voltage level.
In this case, when a predetermined condition is satisfied, the switch on the path is fixed in the ON state, so that the output capacitor can be fixed in a state of being directly charged with the input voltage.
経路上に設けられたスイッチは、PチャンネルMOSトランジスタであって、電圧固定回路は、所定の条件を満たすとき、経路上に設けられたスイッチに供給すべき制御信号をローレベルに固定してもよい。 The switch provided on the path is a P-channel MOS transistor, and the voltage fixing circuit may fix the control signal to be supplied to the switch provided on the path to a low level when a predetermined condition is satisfied. Good.
少なくとも、制御回路と、レベルシフト回路と、電圧固定回路とは、ひとつの半導体基板上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。 At least the control circuit, the level shift circuit, and the voltage fixing circuit may be integrated on a single semiconductor substrate. “Integrated integration” includes the case where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate and the case where the main components of the circuit are integrated. A resistor, a capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate.
なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、レベルシフト回路を用いた電源装置の安定性を向上することができる。 According to the present invention, the stability of a power supply device using a level shift circuit can be improved.
以下本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. Further, the embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
図1は、本発明の実施の形態に係る電源装置100の構成を示す回路図である。この電源装置100は、電池駆動型の携帯電話端末、PDA、音楽再生装置などの電子機器に搭載され、電池から出力される電池電圧Vbatを入力電圧Vinとし、入力電圧Vinを所定の昇圧率で昇圧し、図示しない負荷に駆動電圧(以下、出力電圧Voutともいう)を供給する。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a
電源装置100は、入力端子102、出力端子104を備える。電源装置100は、入力端子102に印加された入力電圧Vinを昇圧し、出力端子104から駆動電圧Voutとして出力する。
The
この電源装置100は、チャージポンプ回路10、制御回路20、レベルシフト回路30、電圧固定回路40を備える。
The
チャージポンプ回路10は、外部からの入力電圧Vinにもとづき、出力電圧Voutを生成する電圧生成回路である。チャージポンプ回路10は、フライングキャパシタCf、出力キャパシタCo、複数のスイッチM1〜M4を含む。
The
複数のスイッチM1〜M4(以下、第1スイッチ〜第4スイッチとして区別する)は、MOSトランジスタであって、第1スイッチM1〜第3スイッチM3は、PチャンネルMOSトランジスタにて、第4スイッチM4は、NチャンネルMOSトランジスタにて構成される。第1スイッチM1のソースは、入力端子102に接続され、ドレインは、フライングキャパシタCfの第1端子12に接続される。第2スイッチM2のドレインは、フライングキャパシタCfの第1端子12に接続され、ソースは、出力端子104に接続される。第3スイッチM3のソースは入力端子102に接続され、ドレインは、フライングキャパシタCfの第2端子14に接続される。第4スイッチM4は、ドレインがフライングキャパシタCfの第2端子14に接続され、ソースが接地される。
The plurality of switches M1 to M4 (hereinafter referred to as the first switch to the fourth switch) are MOS transistors, and the first switch M1 to the third switch M3 are P-channel MOS transistors, and the fourth switch M4. Is composed of an N-channel MOS transistor. The source of the first switch M1 is connected to the
制御回路20は、チャージポンプ回路10による出力電圧Voutの生成を制御するための制御信号を生成する。具体的には、制御回路20は、第1スイッチM1〜第4スイッチM4のオンオフを制御するための制御信号S1〜S4を生成する。制御信号S1、S2は、レベルシフト回路30、電圧固定回路40を介して、第1スイッチM1、第2スイッチM2のゲートに対して出力される。また、制御信号S3、S4は、第3スイッチM3、第4スイッチM4のゲートに対して出力される。
The
チャージポンプ回路10の昇圧率は、後述する制御信号の生成パターンによって、1倍と2倍とで切り換えられる。
昇圧率が2倍のとき、制御回路20は、第1スイッチM1および第4スイッチM4をオンし、フライングキャパシタCfを入力電圧Vinで充電する第1状態と、第2スイッチM2、第3スイッチM3をオンし、フライングキャパシタCfに蓄えられた電荷を、出力キャパシタCoに転送する第2状態を交互に繰り返すように、制御信号S1〜S4を生成する。その結果、入力電圧Vinを2倍した出力電圧Voutが生成される。
The step-up rate of the
When the step-up rate is double, the
昇圧率が1倍のとき、制御回路20は、入力電圧Vinが印加される入力端子102から出力電圧Voutが出力される出力端子104に至る経路上に設けられた第1スイッチM1、第2スイッチM2が固定的にオンするように制御信号S1、S2を生成する。第1スイッチM1、第2スイッチM2がオンすると、2つのスイッチを介して入力端子102、出力端子104が接続され、入力電圧Vinにほぼ等しい出力電圧Voutが生成される。
When the step-up ratio is 1, the
ここで、第1スイッチM1、第2スイッチM2に着目する。昇圧率が2倍のとき、第1スイッチM1、第2スイッチM2のドレインもしくはソースには、出力電圧Voutと同程度の電圧が印加される。したがって、第1スイッチM1、第2スイッチM2をオンオフを制御するためには、ゲート電圧として、0Vをローレベル、Voutをハイレベルとするロジック信号を供給する必要がある。一方で、入力電圧Vinにもとづいて動作する制御回路20により生成される制御信号S1〜S4の信号レベルは、0Vをローレベル、Vinをハイレベルとするロジック信号となる。そこで、本実施の形態に係る電源装置100には、レベルシフト回路30が設けられる。
Here, attention is focused on the first switch M1 and the second switch M2. When the step-up rate is double, a voltage comparable to the output voltage Vout is applied to the drains or sources of the first switch M1 and the second switch M2. Therefore, in order to control the on / off of the first switch M1 and the second switch M2, it is necessary to supply a logic signal having 0V as a low level and Vout as a high level as a gate voltage. On the other hand, the signal levels of the control signals S1 to S4 generated by the
レベルシフト回路30は、第1スイッチM1、第2スイッチM2に供給すべき制御信号S1、S2を受け、チャージポンプ回路10の出力電圧Voutを利用してレベルシフトし、チャージポンプ回路10に供給する。レベルシフト回路30によりレベルシフトされた制御信号S1’、S2’の信号レベルは、0Vがローレベル、Voutがハイレベルのロジック信号となり、第1スイッチM1、第2スイッチM2のオンオフが確実に制御される。
The
本実施の形態に係る電源装置100には、電圧固定回路40が設けられる。電圧固定回路40は、電源装置100の状態を監視し、所定の条件を満たすとき、レベルシフト回路30によりレベルシフトされた制御信号S1、S2を、所定の電圧レベルに強制的に固定する。
電源装置100の状態によっては、レベルシフト回路30から出力される制御信号S1’、S2’の信号レベルが不定となる状況が発生する。信号レベルが不定とは、本来0VもしくはVoutのいずれかの電圧値をとるべき制御信号S1’、S2’が、その中間レベルの電圧値を有する状態を意味する。制御信号S1’、S2’の信号レベルが不定となると、第1スイッチM1、第2スイッチM2のオンオフが定まらないため、出力電圧Voutが安定しなかったり、あるいは、回路のある経路に突入電流が流れるおそれがある。そこで、電圧固定回路40は、制御信号S1’、S2’の信号レベルが不定となる可能性があるときに、制御信号S1’、S2’の信号レベルを固定する。制御信号S1’、S2’が安定の場合、電圧固定回路40は、制御信号S1’、S2’に対して作用しない。
Depending on the state of the
本実施の形態に係る電源装置100は、起動直後、チャージポンプ回路10の昇圧率を1倍に設定し、出力キャパシタCoを、第1スイッチM1、第2スイッチM2を介して入力電圧Vinで充電する。こうした電源装置100では、以下の理由によって動作が不安定となる。すなわち、起動時において、第1スイッチM1、第2スイッチM2がオンするためには、制御信号S1’、S2’の論理レベルはローレベルに固定されていなければならない。ところが、レベルシフト回路30に供給される出力電圧Voutがある程度まで上昇してないと、レベルシフト回路30内部のトランジスタのオン、オフ状態が不定となり、正常なレベルシフト動作が行われず、制御信号S1’、S2’が不定となる。
The
そこで、ある実施の形態では、電圧固定回路40は、出力電圧Voutを監視し、出力電圧Voutが所定のしきい値電圧Vthより低いとき、制御信号S1’、S2’を、第1スイッチM1、第2スイッチM2がオンする論理レベル(すなわちローレベル)に、固定する。図2は、電圧固定回路40の構成を示す回路図である。電圧固定回路40は、コンパレータ42、インバータ44、トランジスタM5、抵抗R1を含む。コンパレータ42は、出力電圧Voutをしきい値電圧Vthと比較し、Vout>Vthのときハイレベル、Vout<Vthのときローレベルとなる比較信号Vcmpを出力する。比較信号Vcmpは、インバータ44により反転され、ソースが接地されたトランジスタM5のゲートに入力される。トランジスタM5のドレインと、制御信号S1’(S2’)の信号経路の間には、抵抗R1が接続される。
Therefore, in an embodiment, the
この電圧固定回路40によれば、Vout<Vthのとき、トランジスタM5がオンとなり制御信号S1’(S2’)がローレベルに固定される。Vout>Vthのとき、トランジスタM5はオフとなり、制御信号S1’(S2’)は、そのまま第1スイッチM1(第2スイッチM2)へと供給される。
According to the
以上のように構成された電源装置100の動作について説明する。図3(a)〜(c)は、図1の電源装置100の動作状態を示す信号波形図である。同図(a)は、レベルシフト回路30から出力される制御信号S1’(S2’)のレベルを、同図(b)は、出力電圧Voutを、同図(c)は、入力端子102に流れ込む電流Icを示す。
The operation of the
本実施の形態に係る電源装置100の効果を明確とするため、図3(a)〜(c)には、電圧固定回路40による電圧レベルの固定を行わない場合の波形を破線で示す。なお、図3(a)〜(c)の縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化されている。
In order to clarify the effect of the
はじめに、電圧固定回路40による電圧レベルの固定を行わない場合について説明する。時刻t0に電源装置100の起動が開始すると、昇圧率が1倍に設定され、第1スイッチM1、第2スイッチM2がオンするように、制御信号S1、S2がローレベルにて生成される。起動直後の出力電圧Voutが低い状態において、レベルシフト回路30は安定に動作せず、本来ローレベル(0V)に固定されるべき制御信号S1’、S2’は、出力電圧Voutの上昇にともない上昇する。制御信号S1’、S2’の電圧レベルが変化すると、第1スイッチM1、第2スイッチM2のオンのレベルが変化し、回路の動作状態が不安定となる。
First, the case where the voltage level is not fixed by the
時刻t1に、出力電圧Voutが、レベルシフト回路30が安定に動作する領域まで上昇すると制御信号S1’、S2’はローレベル(0V)に低下する。その結果、それまで緩やかにオンしていた第1スイッチM1、第2スイッチM2が完全にオンの状態となる。
時刻t1に、第1スイッチM1、第2スイッチM2が完全にオンとなると、図3(b)に示すように、出力電圧Voutは急激に上昇する。出力電圧Voutの急激な上昇は、負荷回路に好ましくない影響を及ぼすおそれがある。また、同図(c)に示すように、時刻t1には、入力端子102から流れ込む充電電流Icが急激に上昇する。こうした充電電流Icの急激な上昇は突入電流として回路の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。
When the output voltage Vout rises to a region where the
When the first switch M1 and the second switch M2 are completely turned on at time t1, as shown in FIG. 3B, the output voltage Vout rapidly increases. A sudden increase in the output voltage Vout may adversely affect the load circuit. Further, as shown in FIG. 5C, the charging current Ic flowing from the
次に、実施の形態に係る電源装置100において、電圧固定回路40による電圧レベルの固定を行う場合の動作を説明する。
時刻t0に起動が開始される。このとき、出力電圧Voutは、しきい値電圧Vthよりも低いため、制御信号S1’、S2’の信号レベルは、ローレベル(0V)に固定される。しきい値電圧Vthは、レベルシフト回路30から出力される制御信号S1’、S2’の信号レベルを安定化させるのに必要な出力電圧Voutより高く、すなわち、図3(b)の破線で示す出力電圧Voutの時刻t1における電圧値より高く設定するのが望ましい。このようにしきい値電圧Vthを設定することにより、Vout>Vthの場合に、電圧固定回路40によるレベル固定が解除されても、レベルシフト回路30自身から出力される制御信号S1’、S2’の電圧レベルが安定化していることが保証される。
Next, the operation when the voltage level is fixed by the
Activation is started at time t0. At this time, since the output voltage Vout is lower than the threshold voltage Vth, the signal levels of the control signals S1 ′ and S2 ′ are fixed at a low level (0 V). The threshold voltage Vth is higher than the output voltage Vout necessary for stabilizing the signal levels of the control signals S1 ′ and S2 ′ output from the
時刻t0以降、第1スイッチM1、第2スイッチM2はいずれもオン状態となる。このとき、ゲート電圧は固定されているため、第1スイッチM1、第2スイッチM2のオンの程度はほぼ一定に保たれ、出力キャパシタCoは、緩やかに充電されていく。その結果、充電電流Icにピークは見られず、出力電圧Voutも、なだらかに上昇していく。 After time t0, both the first switch M1 and the second switch M2 are turned on. At this time, since the gate voltage is fixed, the degree of ON of the first switch M1 and the second switch M2 is kept almost constant, and the output capacitor Co is gradually charged. As a result, no peak is observed in the charging current Ic, and the output voltage Vout also increases gently.
このように、本実施の形態に係る電源装置100によれば、必要に応じて電圧固定回路40を用いて制御信号S1’、S2’の論理レベルを固定することにより、出力電圧Voutをなだらかに立ち上げることができ、回路動作を安定させることができる。さらに、突入電流の発生を抑制することができる。
As described above, according to the
上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 Those skilled in the art will understand that the above-described embodiment is an exemplification, and that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. is there.
実施の形態では、電圧固定回路40は出力電圧Voutとしきい値電圧Vthの比較によって、制御信号S1’、S2’の電圧レベルの固定の有無を判定したが、本発明はこれには限定されない。たとえば、ある実施の形態では、電圧固定回路は、本電源装置の時間管理を行い、本電源装置の起動から、所定の時間が経過するまでの間、制御信号S1’、S2’を所定の電圧レベル(ローレベル)に固定してもよい。
In the embodiment, the
実施の形態では、電圧生成回路としてチャージポンプ回路を用いる場合について説明したが、本発明はこれには限定されず、絶縁型あるいは非絶縁型のスイッチングレギュレータ回路、あるいはDC/ACコンバータなどに適用することも可能である。すなわち、スイッチングレギュレータ回路やDC/ACコンバータに設けられるスイッチング素子をオンオフするために、その出力電圧を利用してレベルシフトする回路が存在する。このような回路においても、レベルシフト回路からスイッチング素子に至る経路に電圧固定回路を設け、所定の条件を満たすときに、信号の電圧レベルを固定することにより、回路の安定性を高めることができる。 In the embodiment, the case where the charge pump circuit is used as the voltage generation circuit has been described. However, the present invention is not limited to this and is applied to an insulating or non-insulating switching regulator circuit, a DC / AC converter, or the like. It is also possible. That is, in order to turn on / off a switching element provided in a switching regulator circuit or a DC / AC converter, there is a circuit that performs a level shift using the output voltage. Even in such a circuit, it is possible to improve the stability of the circuit by providing a voltage fixing circuit in the path from the level shift circuit to the switching element and fixing the voltage level of the signal when a predetermined condition is satisfied. .
本実施の形態においては、使用するトランジスタはFETとしたがバイポーラトランジスタ等の別のタイプのトランジスタを用いてもよく、これらの選択は、電源装置に要求される設計仕様、使用する半導体製造プロセスなどによって決めればよい。 In the present embodiment, the transistor to be used is an FET, but another type of transistor such as a bipolar transistor may be used. You can decide by.
本実施の形態において、電源装置100を構成する素子はすべて一体集積化されていてもよく、その一部がディスクリート部品で構成されていてもよい。どの部分を集積化するかは、コストや占有面積などによって決めればよい。
In the present embodiment, all the elements constituting
10 チャージポンプ回路、 20 制御回路、 30 レベルシフト回路、 40 電圧固定回路、 Cf フライングキャパシタ、 Co 出力キャパシタ、 M1 第1スイッチ、 M2 第2スイッチ、 M3 第3スイッチ、 M4 第4スイッチ、 100 電源装置、 102 入力端子、 104 出力端子。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
外部からの入力電圧にもとづき、前記出力電圧を生成する電圧生成回路と、
前記電圧生成回路を制御するための制御信号を生成する制御回路と、
前記制御回路から出力される前記制御信号の少なくとも一部を、前記出力電圧を利用してレベルシフトし、前記電圧生成回路に供給するレベルシフト回路と、
所定の条件を満たすとき、前記レベルシフト回路によりレベルシフトされた前記制御信号を、所定の電圧レベルに強制的に固定する電圧固定回路と、
を備えることを特徴とする電源装置。 A power supply device that outputs a predetermined output voltage,
A voltage generation circuit for generating the output voltage based on an external input voltage;
A control circuit for generating a control signal for controlling the voltage generation circuit;
A level shift circuit for level-shifting at least a part of the control signal output from the control circuit using the output voltage and supplying the level shift circuit;
A voltage fixing circuit for forcibly fixing the control signal level-shifted by the level shift circuit to a predetermined voltage level when a predetermined condition is satisfied;
A power supply apparatus comprising:
前記入力電圧により充電されるフライングキャパシタと、
前記フライングキャパシタに蓄えられた電荷が転送される出力キャパシタと、
前記フライングキャパシタおよび前記出力キャパシタに接続され、前記制御信号によりオンオフが制御される複数のスイッチと、
を含むチャージポンプ回路であって、
前記レベルシフト回路は、前記複数のスイッチの少なくともひとつに供給すべき制御信号をレベルシフトすることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 The voltage generation circuit includes:
A flying capacitor charged by the input voltage;
An output capacitor to which the charge stored in the flying capacitor is transferred;
A plurality of switches connected to the flying capacitor and the output capacitor and controlled to be turned on and off by the control signal;
A charge pump circuit comprising:
The power supply apparatus according to claim 1, wherein the level shift circuit shifts a level of a control signal to be supplied to at least one of the plurality of switches.
前記レベルシフト回路は、前記経路上に設けられた前記スイッチに供給すべき制御信号をレベルシフトして当該スイッチに供給し、
前記電圧固定回路は、前記所定の条件を満たすとき、前記経路上に設けられた前記スイッチがオンするように前記所定の電圧レベルに固定することを特徴とする請求項5に記載の電源装置。 In the control circuit, when the step-up rate of the charge pump circuit is 1, a switch provided on a path from a terminal to which the input voltage is applied to a terminal to which the output voltage is output is fixedly turned on. Generating the control signal as
The level shift circuit level-shifts a control signal to be supplied to the switch provided on the path and supplies the control signal to the switch.
6. The power supply device according to claim 5, wherein the voltage fixing circuit fixes the predetermined voltage level so that the switch provided on the path is turned on when the predetermined condition is satisfied.
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