JP2009183111A - チャージポンプ回路およびそれを備える電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】昇圧効率（または降圧効率）を低下させることなくチャージポンプ回路の過電流を抑制する。
【解決手段】出力電圧Ｖｏｕｔが所定の判定電圧よりも高い場合、保護トランジスタＴ１０１，Ｔ１０４はオフ状態であり、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４は、それぞれ、制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４に応答してオン／オフする。出力電圧Ｖｏｕｔが判定電圧よりも低くなると、保護トランジスタＴ１０１，Ｔ１０４がオン状態になり、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４のゲートが設定ノードＮｓｅｔに接続され、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４が強制的にオフ状態になる。
【選択図】図１

Description

この発明は、入力電圧を昇圧または降圧して出力電圧を出力するチャージポンプ回路に関し、さらに詳しくは、過電流による回路破壊を防止する技術に関する。

従来より、比較的簡単な構成で実現できる電源回路として、チャージポンプ回路が広く知られている。チャージポンプ回路には、入力電圧を昇圧することにより正の出力電圧を出力する昇圧型チャージポンプ回路と、入力電圧を降圧することにより負の出力電圧を出力する降圧型チャージポンプ回路とがある。

図１０は、一般的な昇圧型チャージポンプ回路の構成を示す。このチャージポンプ回路は、ポンピング容量Ｃ８１に電荷を蓄積する電荷蓄積動作と、ポンピング容量Ｃ８１に蓄積された電荷を転送する電荷転送動作とを交互に実行することによって、電源電圧Ｖｄｄの２倍の電圧値を有する正の出力電圧Ｖｏｕｔ（＝２Ｖｄｄ）を出力する。

電荷蓄積期間（電荷蓄積動作の実行期間）では、駆動回路８０１，８０２，８０３，８０４は、それぞれ、接地電圧Ｖｓｓ，電源電圧Ｖｄｄ，電源電圧Ｖｄｄ，出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。これにより、駆動トランジスタＴ８１，Ｔ８２がオン状態になるとともに駆動トランジスタＴ８３，Ｔ８４がオフ状態になるので、ポンピング容量Ｃ８１は、電源電圧Ｖｄｄと接地電圧Ｖｓｓとの電圧差に対応する電荷（正電荷）を蓄積する。

一方、電荷転送期間（電荷転送動作の実行期間）では、駆動回路８０１，８０２，８０３，８０４は、それぞれ、出力電圧Ｖｏｕｔ，接地電圧Ｖｓｓ，接地電圧Ｖｓｓ，電源電圧Ｖｄｄを出力する。これにより、駆動トランジスタＴ８３，Ｔ８４がオン状態になるとともに駆動トランジスタＴ８１，Ｔ８２がオフ状態になるので、ポンピング容量Ｃ８１に蓄積された電荷（正電荷）が出力ノードＮｏｕｔに転送される。

昇圧型チャージポンプ回路では、駆動トランジスタＴ８１，Ｔ８４のゲートに出力電圧Ｖｏｕｔ（２Ｖｄｄ）を供給することにより、駆動トランジスタＴ８１，Ｔ８４をオフ状態にすることができる。しかし、出力ノードＮｏｕｔの地絡（出力ノードＮｏｕｔと意図しない低電圧ノード（例えば、接地ノード）との短絡）が発生して、出力ノードＮｏｕｔにおける出力電圧Ｖｏｕｔが電源電圧Ｖｄｄよりも低くなった場合、出力電圧Ｖｏｕｔが駆動トランジスタＴ８１，Ｔ８４のゲートに供給されても、駆動トランジスタＴ８１，Ｔ８４は、オフ状態にならずにオン状態になる。そのため、駆動トランジスタＴ８１，Ｔ８４の両方がオン状態になり、入力ノードＮｉｎと出力ノードＮｏｕｔとの間に過電流が発生してしまう。

〔降圧型チャージポンプ回路〕
図１１は、一般的な降圧型チャージポンプ回路の構成を示す。このチャージポンプ回路は、電荷蓄積動作と電荷転送動作とを交互に実行することによって、接地電圧Ｖｓｓを電源電圧Ｖｄｄの分だけ降圧した負の出力電圧Ｖｏｕｔ（＝−Ｖｄｄ）を出力する。

電荷蓄積期間では、駆動回路９０１，９０２，９０３，９０４は、それぞれ、電源電圧Ｖｄｄ，接地電圧Ｖｓｓ，接地電圧Ｖｓｓ，出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。これにより、駆動トランジスタＴ９１，Ｔ９２がオン状態になるとともに駆動トランジスタＴ９３，Ｔ９４がオフ状態になるので、ポンピング容量Ｃ９１は、電源電圧Ｖｄｄと接地電圧Ｖｓｓとの電圧差に対応する電荷（負電荷）を蓄積する。

一方、電荷転送期間では、駆動回路９０１，９０２，９０３，９０４は、それぞれ、出力電圧Ｖｏｕｔ，電源電圧Ｖｄｄ，電源電圧Ｖｄｄ，接地電圧Ｖｓｓを出力する。これにより、駆動トランジスタＴ９３，Ｔ９４がオン状態になるとともに駆動トランジスタＴ９１，Ｔ９２がオフ状態になるので、ポンピング容量Ｃ９１に蓄積された電荷（負電荷）が出力ノードＮｏｕｔに転送される。

降圧型チャージポンプ回路では、駆動トランジスタＴ９１，Ｔ９４のゲートに出力電圧Ｖｏｕｔ（−Ｖｄｄ）を供給することにより、駆動トランジスタＴ９１，Ｔ９４をオフ状態にすることができる。しかし、出力ノードＮｏｕｔの天絡（出力ノードＮｏｕｔと意図しない高電圧ノード（例えば、電源ノード）との短絡）が発生して、出力ノードＮｏｕｔにおける出力電圧Ｖｏｕｔが接地電圧Ｖｓｓよりも高くなった場合、出力電圧Ｖｏｕｔが駆動トランジスタＴ９１，Ｔ９４のゲートに供給されても、駆動トランジスタＴ９１，Ｔ９４は、オフ状態にならずにオン状態になる。そのため、駆動トランジスタＴ９１，Ｔ９４の両方がオン状態になり、入力ノードＮｉｎと出力ノードＮｏｕｔとの間に過電流が発生してしまう。

このように、出力ノードＮｏｕｔにおける意図しない電圧変動に起因して過電流が発生するので、チャージポンプ回路が破壊されてしまうおそれがあった。

そこで、特開２００４−３２０８６２号公報（特許文献１）には、昇圧型チャージポンプ回路の入力ノードに出力電流量を調整可能な定電圧回路を接続し、チャージポンプ回路入力ノードに供給される電流量を制限することで地絡時に発生する過電流を抑制するＤＣ−ＤＣコンバータが開示されている。詳しくは、定電圧回路には、入力電圧を受ける入力端子とチャージポンプ回路の入力ノードに接続される出力ノードとの間に電圧制御トランジスタが設けられており、その電圧制御トランジスタのゲート電圧を制御することにより、定電圧回路の出力電流量が調整される。
特開２００４−３２０８６２号公報

しかしながら、特許文献１では、定電圧回路の電圧制御トランジスタにおいて電圧降下が発生するので、入力電圧よりも低い電圧がチャージポンプ回路に供給される。そのため、チャージポンプ回路の昇圧効率が低下してしまう。

また、特許文献１では、定電圧回路は、チャージポンプ回路よりも高い電流駆動能力を備えている必要があった。例えば、チャージポンプ回路の出力電流を５００ｍＡにするためには、定電圧回路は、１Ａ以上の出力電流を出力する必要があった。このように、高い電流駆動能力を備えなければならないので、定電圧回路の回路規模を低減することが困難であった。

そこで、この発明は、チャージポンプ回路の昇圧効率（または降圧効率）を低下させるなく、過電流を抑制することを目的とする。

この発明の１つの局面に従うと、チャージポンプ回路は、入力電圧を昇圧または降圧して出力電圧を出力する回路であって、ポンピング容量と、上記入力電圧を受ける入力ノードと上記ポンピング容量の一方端との間に接続される第１の駆動トランジスタと、上記出力電圧を出力するための出力ノードと上記ポンピング容量の一方端との間に接続される第２の駆動トランジスタとを含み、電荷蓄積モードにおいて上記第１の駆動トランジスタをオン状態にして上記ポンピング容量に電荷を蓄積する一方、電荷転送モードにおいて上記第２の駆動トランジスタをオン状態にして上記ポンピング容量に蓄積された電荷を上記出力ノードへ転送するポンピング回路と、所定の判定電圧と上記出力電圧との高低関係に基づいて、上記第１および第２の駆動トランジスタの少なくとも１つを上記オン状態時よりも抵抗値が高い高抵抗状態に設定する保護回路とを備える。

上記チャージポンプ回路では、出力ノードにおいて意図しない電圧変動が発生すると、保護回路は、第１および第２の駆動トランジスタの少なくとも１つを高抵抗状態にする。これにより、入力ノードと出力ノードとの間における過電流を抑制することができる。また、ポンピング回路の前段に電流量を調整するための構成を設けなくても良いので、チャージポンプ回路の昇圧効率を低下させることなく昇圧動作（または降圧動作）を実行することができる。さらに、保護回路の電流駆動能力は、ポンピング回路よりも小さくても良いので、従来のように回路規模を大きくしなくても良い。そのため、チャージポンプ回路の回路規模を低減することができる。

好ましくは、上記保護回路は、上記第１の駆動トランジスタを高抵抗状態に設定するための第１の設定電圧を受ける第１の設定ノードに接続されるソースと、上記出力ノードに接続されるゲートと、上記第１の駆動トランジスタのゲートに接続されるドレインとを有する第１の保護トランジスタを含む。

上記チャージポンプ回路では、第１の設定電圧と第１の駆動トランジスタの閾値電圧とで定められる判定電圧と出力ノードにおける出力電圧との高低関係に応じて、第１の駆動トランジスタのゲートと第１の設定ノードとの接続状態が切り換えられる。

好ましくは、上記保護回路は、上記第２の駆動トランジスタを高抵抗状態に設定するための第２の設定電圧を受ける第２の設定ノードに接続されるソースと、上記出力ノードに接続されるゲートと、上記第２の駆動トランジスタのゲートに接続されるドレインとを有する第２の保護トランジスタを含む。

上記チャージポンプ回路では、第２の設定電圧と第２の駆動トランジスタの閾値電圧とで定められる判定電圧と出力ノードにおける出力電圧との高低関係に応じて、第２の駆動トランジスタのゲートと第２の設定ノードとの接続状態が切り換えられる。

好ましくは、上記保護回路は、上記出力ノードにおける出力電圧と上記判定電圧とを比較する第１の比較回路と、上記第１の駆動トランジスタを高抵抗状態にするための第１の設定ノードと上記第１の駆動トランジスタのゲートとの間に接続され、上記第１の比較回路による比較結果に応答してオン／オフする第１の保護スイッチとを含む。

上記チャージポンプ回路では、第１の比較回路による比較結果に応じて、第１の駆動トランジスタのゲートと第１の設定ノードとの接続状態が切り換えられる。

好ましくは、上記保護回路は、上記出力ノードにおける出力電圧と上記判定電圧とを比較する第２の比較回路と、上記第２の駆動トランジスタを高抵抗状態にするための第２の設定ノードと上記第２の駆動トランジスタのゲートとの間に接続され、上記第２の比較回路による比較結果に応答してオン／オフする第２の保護スイッチとを含む。

上記チャージポンプ回路では、第２の比較回路による比較結果に応じて、第２の駆動トランジスタのゲートと第２の設定ノードとの接続状態が切り換えられる。

以上のように、入力ノードと出力ノードとの間における過電流を抑制することができる。また、チャージポンプ回路の昇圧効率を低下させることなく昇圧動作（または降圧動作）を実行することができる。さらに、チャージポンプ回路の回路規模を低減することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。

（実施形態１）
図１は、この発明の実施形態１によるチャージポンプ回路の構成を示す。このチャージポンプ回路１は、入力電圧Ｖｉｎと基準電圧Ｖｒｅｆとの電圧差に対応する電荷を蓄積する電荷蓄積モードと、蓄積された電荷を転送する電荷転送モードとを有する。また、このチャージポンプ回路１では、出力ノードＮｏｕｔにおける意図しない電圧変動に起因する過電流を抑制するための処理（過電流抑制処理）が実行される。

チャージポンプ回路１は、ポンピング回路１０と、駆動回路１０１，１０２，１０３，１０４と、保護回路１１とを備える。なお、ここでは、チャージポンプ回路１は、正の出力電圧Ｖｏｕｔを出力する昇圧用チャージポンプ回路であり、入力電圧Ｖｉｎ，基準電圧Ｖｒｅｆ，出力電圧Ｖｏｕｔは、それぞれ、電源電圧Ｖｄｄ，接地電圧Ｖｓｓ，入力電圧Ｖｉｎの２倍の電圧値を有する電圧“２Ｖｄｄ”である。

〔ポンピング回路〕
ポンピング回路１０は、ポンピング容量Ｃ１と、出力容量Ｃ２と、駆動トランジスタＴ１〜Ｔ４とを含む。なお、ここでは、駆動トランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ４は、Ｐ型トランジスタであり、駆動トランジスタＴ２は、Ｎ型トランジスタである。

駆動トランジスタＴ１は、入力電圧Ｖｉｎを受ける入力ノードＮｉｎとポンピング容量Ｃ１の一方端との間に接続される。駆動トランジスタＴ２は、ポンピング容量Ｃ１の他方端と基準電圧Ｖｒｅｆを受ける基準ノードＮｒｅｆとの間に接続される。駆動トランジスタＴ３は、入力ノードＮｉｎとポンピング容量Ｃ１の他方端との間に接続される。駆動トランジスタＴ４は、ポンピング容量Ｃ１の一方端と出力ノードＮｏｕｔとの間に接続される。出力容量Ｃ２は、出力ノードＮｏｕｔと基準ノードＮｒｅｆとの間に接続される。また、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４のバックゲートは、それぞれ、保護抵抗Ｒ１，Ｒ４を介してポンピング容量Ｃ１の一方端，出力ノードＮｏｕｔに接続される。

〔駆動回路〕
駆動回路１０１は、クロック信号ＣＫ１に応答して、駆動トランジスタＴ１のゲートに出力電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｒｅｆとの間で振幅する制御信号Ｓｃ１を出力する。

駆動回路１０２は、クロック信号ＣＫ１に応答して、駆動トランジスタＴ２のゲートに入力電圧Ｖｉｎと基準電圧Ｖｒｅｆとの間で振幅する制御信号Ｓｃ２を出力する。

駆動回路１０３は、クロック信号ＣＫ２に応答して、駆動トランジスタＴ３のゲートに入力電圧Ｖｉｎと基準電圧Ｖｒｅｆとの間で振幅する制御信号Ｓｃ３を出力する。

駆動回路１０４は、クロック信号ＣＫ２に応答して、駆動トランジスタＴ４のゲートに出力電圧Ｖｏｕｔと入力電圧Ｖｉｎとの間で振幅する制御信号Ｓｃ４を出力する。

駆動回路１０１〜１０４は、遅延回路，インバータ，レベルシフタなどを用いて構成することができる。

〔通常動作〕
ここで、図２を参照しつつ、図１に示したチャージポンプ回路１による通常動作について説明する。

電荷蓄積期間では、クロック信号ＣＫ１は、ハイレベルからローレベルに遷移する。その遷移に応答して、駆動回路１０１は、制御信号Ｓｃ１をローレベル（Ｖｓｓ）に設定し、駆動回路１０２は、制御信号Ｓｃ２をハイレベル（Ｖｄｄ）に設定する。これにより、駆動トランジスタＴ１，Ｔ２は、オフ状態からオン状態に遷移する。一方、クロック信号ＣＫ２はハイレベルのままであるので、制御信号Ｓｃ３，Ｓｃ４は、それぞれ、ハイレベル（Ｖｄｄ），ハイレベル（２Ｖｄｄ）のままである。そのため、駆動トランジスタＴ３，Ｔ４は、オフ状態のままである。その結果、ポンピング容量Ｃ１の一方端が入力ノードＮｉｎに接続されるとともにポンピング容量Ｃ１の他方端が基準ノードＮｒｅｆに接続されるので、ポンピング容量Ｃ１は、入力電圧Ｖｉｎ（電源電圧Ｖｄｄ）と基準電圧Ｖｒｅｆ（接地電圧Ｖｓｓ）との電圧差に対応する電荷（正電荷）を蓄積する。

電荷転送期間（ここでは、昇圧期間）では、クロック信号ＣＫ１は、ハイレベルのままであるので、制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２は、それぞれ、ハイレベル（２Ｖｄｄ），ローレベル（Ｖｄｄ）のままである。そのため、駆動トランジスタＴ１，Ｔ２は、オフ状態のままである。一方、クロック信号ＣＫ２は、ハイレベルからローレベルへ遷移する。その遷移に応答して、駆動回路１０３は、制御信号Ｓｃ３をローレベル（Ｖｓｓ）に設定し、駆動回路１０４は、制御信号Ｓｃ４をローレベル（Ｖｄｄ）に設定する。これにより、駆動トランジスタＴ３，Ｔ４は、オフ状態からオン状態へ遷移する。その結果、ポンピング容量Ｃ１の一方端が出力ノードＮｏｕｔに接続されるとともにポンピング容量Ｃ１の他方端が入力ノードＮｉｎに接続されるので、ポンピング容量Ｃ１に蓄積された電荷（正電荷）が出力ノードＮｏｕｔに転送され、出力ノードＮｏｕｔが昇圧される。

〔保護回路〕
図１に示した保護回路１１は、出力電圧Ｖｏｕｔを監視し、出力ノードＮｏｕｔにおける電圧（出力電圧Ｖｏｕｔ）が所定の判定電圧よりも低くなると、駆動トランジスタＴ１，Ｔ２のそれぞれをオフ状態にする。判定電圧は、出力ノードＮｏｕｔにおける意図しない電圧変動についての判定基準となる電圧（例えば、入力電圧Ｖｉｎもしくは、入力電圧Ｖｉｎの近傍）である。また、保護回路１１は、保護トランジスタＴ１０１，Ｔ１０４を含む。なお、ここでは、保護トランジスタＴ１０１，Ｔ１０４は、Ｐ型トランジスタである。

保護トランジスタＴ１０１のソースは、設定電圧Ｖｓｅｔを受ける設定ノードＮｓｅｔに接続され、ドレインは、駆動トランジスタＴ１０１のゲートに接続され、ゲートは、出力ノードＮｏｕｔに接続される。設定電圧Ｖｓｅｔは、駆動トランジスタＴ１，Ｔ２を高抵抗状態（オン状態時よりも抵抗値が高い状態、例えば、オフ状態）にするための電圧である。ここでは、設定電圧Ｖｓｅｔは、電源電圧Ｖｄｄである。

保護トランジスタＴ１０４のソースは、設定ノードＮｓｅｔに接続され、ドレインは、駆動トランジスタＴ１０４のゲートに接続され、ゲートは、出力ノードＮｏｕｔに接続される。

また、保護トランジスタＴ１０１，Ｔ１０４のバックゲートは、それぞれ、保護抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０４を介して出力ノードＮｏｕｔに接続される。

〔過電流抑制処理〕
次に、図１に示した保護回路１１による過電流抑制処理について説明する。ここで、保護トランジスタＴ１０１，Ｔ１０４の閾値電圧を“Ｖｔｈｐ”とすると、判定電圧は、“Ｖｄｄ−Ｖｔｈｐ”になる。

出力ノードＮｏｕｔにおける出力電圧Ｖｏｕｔが判定電圧（Ｖｄｄ−Ｖｔｈｐ）よりも高い場合、保護トランジスタＴ１０１はオフ状態であるので、駆動トランジスタＴ１のゲートは、設定ノードＮｓｅｔから切り離されている。そのため、駆動トランジスタＴ１は、制御信号Ｓｃ１に応答してオン／オフする。同様に、保護トランジスタＴ１０４もオフ状態であるので、駆動トランジスタＴ４は、制御信号Ｓｃ４に応答してオン／オフする。

一方、出力ノードＮｏｕｔの地絡（出力ノードＮｏｕｔと意図しない低電圧ノード（例えば、接地ノード）との短絡）など、出力ノードＮｏｕｔにおいて意図しない電圧低下が発生して、出力電圧Ｖｏｕｔが判定電圧（Ｖｄｄ−Ｖｔｈｐ）よりも低くなると、保護トランジスタＴ１０１がオン状態になり、駆動トランジスタＴ１のゲートが設定ノードＮｓｅｔに接続される。これにより、駆動トランジスタＴ１のゲート電圧が設定電圧Ｖｓｅｔに固定されるので、駆動トランジスタＴ１は、制御信号Ｓｃ１の電圧レベルに拘わらず、強制的にオフ状態になる。同様に、保護トランジスタＴ１０４がオン状態になり、駆動トランジスタＴ４のゲートが設定ノードＮｓｅｔに接続されるので、駆動トランジスタＴ４は、制御信号Ｓｃ４の電圧レベルに拘わらず、強制的にオフ状態になる。

以上のように、出力ノードＮｏｕｔにおける意図しない電圧変動（ここでは、意図しない電圧低下）が発生すると、保護回路１１が駆動トランジスタＴ１，Ｔ４を強制的にオフ状態にする。これにより、入力ノードＮｉｎと出力ノードＮｏｕｔとの間における過電流を抑制することができる。

また、ポンピング回路１０の前段に電流量を調整するための構成を設けなくても良いので、チャージポンプ回路１の昇圧効率を低下させることなく通常動作を実行することができる。

さらに、保護回路１１の電流駆動能力は、駆動回路１０１〜１０４と同程度であっても良い。駆動回路１０１〜１０４の電流駆動能力は、通常、ポンピング回路１０よりも小さい。このように、保護回路１１の電流駆動能力は、ポンピング回路１０よりも小さくても良いので、従来のように回路規模を大きくしなくても良い。そのため、チャージポンプ回路１の回路規模を低減することができる。

また、駆動トランジスタＴ１のバックゲートとポンピング容量Ｃ１の一方端との間に保護抵抗Ｒ１を接続することにより、駆動トランジスタＴ１の寄生ダイオードを介して流れる過電流の電流量を少なくすることができる。同様に、駆動トランジスタＴ２，保護トランジスタＴ１０１，Ｔ１０４に対して保護抵抗Ｒ４，Ｒ１０１，Ｒ１０４がそれぞれ設けられているので、それぞれのトランジスタにおいて寄生ダイオードにおける電流量を少なくすることができる。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔの意図しない変動に起因する過電流をさらに抑制することができる。また、保護抵抗Ｒ１，Ｒ４，Ｒ１０１，Ｒ１０４を、それぞれ、保護トランジスタＴ１０１，Ｔ１０４のオン／オフに応答して動作するスイッチに置き換えた場合も、寄生ダイオードにおける電流量を少なくすることができる。

なお、図３のように、保護トランジスタＴ１０１，Ｔ１０４の接続関係を変更しても良い。図３に示した保護回路１１ａでは、保護トランジスタＴ１０４のソースは、保護トランジスタＴ１０１を介して設定ノードＮｓｅｔに接続される。このように構成した場合も、出力ノードＮｏｕｔにおいて意図しない電圧低下が発生したときに、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４をオフ状態にすることができる。

（実施形態２）
図４は、この発明の実施形態２によるチャージポンプ回路の構成を示す。このチャージポンプ回路２は、図１に示した保護回路１１に代えて、保護回路２１を備える。その他の構成は、図１と同様である。

〔保護回路〕
保護回路２１は、比較器２０１，２０４と、保護スイッチＳＷ１，ＳＷ４とを含む。

比較器２０１，２０４は、出力電圧Ｖｏｕｔと判定電圧Ｖｃｏｍとを比較する。ここでは、判定電圧Ｖｃｏｍは、電源電圧Ｖｄｄである。保護スイッチＳＷ１は、設定ノードＮｓｅｔと駆動トランジスタＴ１のゲートとの間に接続され、比較器２０１による比較結果に応答してオン／オフする。保護スイッチＳＷ４は、設定ノードＮｓｅｔと駆動トランジスタＴ４のゲートとの間に接続され、比較器２０４による比較結果に応答してオン／オフする。ここでは、スイッチＳＷ１，ＳＷ４は、出力電圧Ｖｏｕｔが判定電圧Ｖｃｏｍよりも低い場合にオン状態になる。

〔過電流抑制処理〕
次に、図４に示した保護回路２１による過電流抑制処理について説明する。

出力ノードＮｏｕｔにおける出力電圧Ｖｏｕｔが判定電圧Ｖｃｏｍ（Ｖｄｄ）よりも高い場合、スイッチＳＷ１，ＳＷ４はオフ状態であるので、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４のゲートは、設定ノードＮｓｅｔから切り離されている。そのため、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４は、それぞれ、制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４に応答してオン／オフする。

一方、出力ノードにおいて意図しない電圧低下が発生して、出力電圧Ｖｏｕｔが判定電圧Ｖｃｏｍ（Ｖｄｄ）よりも低くなると、スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオン状態になり、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４のゲートが設定ノードＮｓｅｔに接続される。これにより、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４のゲート電圧が設定電圧Ｖｓｅｔに固定されるので、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４は、それぞれ、制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４の電圧レベルに拘わらず、強制的にオフ状態になる。

以上のように、出力ノードＮｏｕｔにおいて意図しない電圧変動（ここでは、意図しない電圧低下）が発生すると、保護回路２１が駆動トランジスタＴ１，Ｔ４を強制的にオフ状態にすることにより、入力ノードＮｉｎと出力ノードＮｏｕｔとの間における過電流を抑制することができる。

また、ポンピング回路１０の前段に電流量を調整するための構成を設けなくても良いので、チャージポンプ回路２の昇圧効率を低下させることなく通常動作を実行することができる。

さらに、保護回路２１の電流駆動能力は、ポンピング回路１０よりも小さくても良いので、従来のように回路規模を大きくしなくても良い。そのため、チャージポンプ回路２の回路規模を低減することができる。

なお、図５のように、保護回路から比較器２０４を取り除いても良い。図５に示した保護回路２１ａでは、保護スイッチＳＷ４は、比較器２０１による比較結果に応答してオン／オフする。

また、図６のように、スイッチＳＷ１、ＳＷ４の接続関係を変更しても良い。図６に示した保護回路２１ｂでは、スイッチＳＷ４の一方端は、スイッチＳＷ１を介して設定ノードＮｓｅｔに接続される。このように構成した場合も、出力ノードＮｏｕｔにおける出力電圧Ｖｏｕｔが判定電圧Ｖｃｏｍ（Ｖｄｄ）よりも低いときに、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４をオフ状態にすることができる。

（降圧型チャージポンプ回路）
図７のように、実施形態１によるチャージポンプ回路は、昇圧用チャージポンプ回路としてだけでなく、降圧用チャージポンプ回路としても使用可能である。図７に示した降圧用チャージポンプ回路１ａでは、駆動トランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ４は、Ｎ型トランジスタであり、駆動トランジスタＴ２は、Ｐ型トランジスタである。なお、図７では、入力電圧Ｖｉｎ，基準電圧Ｖｒｅｆは、それぞれ、接地電圧Ｖｓｓ，電源電圧Ｖｄｄであり、チャージポンプ回路１ａは、入力電圧Ｖｉｎ（Ｖｓｓ）から基準電圧Ｖｒｅｆ（Ｖｄｄ）の分だけ降圧した負の出力電圧Ｖｏｕｔ（−Ｖｄｄ）を出力する。

〔通常動作〕
次に、図８を参照しつつ、図７に示した降圧型チャージポンプ回路１ａによる通常動作について説明する。

電荷蓄積期間では、クロック信号ＣＫ１は、ローレベルからハイレベルに遷移する。その遷移に応答して、駆動回路１０１は、制御信号Ｓｃ１をハイレベル（Ｖｄｄ）に設定し、駆動回路１０２は、制御信号Ｓｃ２をローレベル（Ｖｓｓ）に設定する。これにより、駆動トランジスタＴ１，Ｔ２は、オフ状態からオン状態に遷移する。一方、クロック信号ＣＫ２はローレベルのままであるので、制御信号Ｓｃ３，Ｓｃ４は、それぞれ、ローレベル（Ｖｓｓ），ローレベル（−Ｖｄｄ）のままである。そのため、駆動トランジスタＴ３，Ｔ４は、オフ状態のままである。その結果、ポンピング容量Ｃ１の一方端が入力ノードＮｉｎに接続されるとともにポンピング容量Ｃ１の他方端が基準ノードＮｒｅｆに接続されるので、ポンピング容量Ｃ１は、電源電圧Ｖｄｄと接地電圧Ｖｓｓとの電圧差に対応する電荷（負電荷）を蓄積する。

電荷転送期間（ここでは、降圧期間）では、クロック信号ＣＫ１は、ローレベルのままであるので、制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２は、それぞれ、ローレベル（−Ｖｄｄ），ハイレベル（Ｖｄｄ）のままである。そのため、駆動トランジスタＴ１，Ｔ２は、オフ状態のままである。一方、クロック信号ＣＫ２は、ローレベルからハイレベルへ遷移する。その遷移に応答して、駆動回路１０３は、制御信号Ｓｃ３をハイレベル（Ｖｄｄ）に設定し、駆動回路１０４は、制御信号Ｓｃ４をハイレベル（Ｖｓｓ）に設定する。これにより、駆動トランジスタＴ３，Ｔ４は、オフ状態からオン状態へ遷移する。その結果、ポンピング容量Ｃ１の一方端が出力ノードＮｏｕｔに接続されるとともにポンピング容量Ｃ１の他方端が入力ノードＮｉｎに接続されるので、ポンピング容量Ｃ１に蓄積された電荷（負電荷）が出力ノードＮｏｕｔに転送される。

〔保護回路〕
図７において、保護回路１１は、出力ノードＮｏｕｔにおける出力電圧Ｖｏｕｔを監視し、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の判定電圧よりも高くなると、駆動トランジスタＴ１，Ｔ２のそれぞれをオフ状態にする。なお、ここでは、保護トランジスタＴ１０１，Ｔ１０４は、Ｎ型トランジスタであり、設定電圧Ｖｓｅｔは、接地電圧Ｖｓｓである。

〔過電流抑制動作〕
次に、図７に示した保護回路１１による過電流抑制動作について説明する。ここで、保護トランジスタＴ１０１，Ｔ１０４の閾値電圧を“Ｖｔｈｎ”とすると、判定電圧は、“Ｖｓｓ＋Ｖｔｈｎ”になる。

出力ノードにおける出力電圧Ｖｏｕｔが判定電圧（Ｖｓｓ＋Ｖｔｈｎ）よりも低い場合、保護トランジスタＴ１０１はオフ状態であるので、駆動トランジスタＴ１のゲートは、設定ノードＮｓｅｔから切り離されている。そのため、駆動トランジスタＴ１は、制御信号Ｓｃ１に応答してオン／オフする。同様に、保護トランジスタＴ１０４もオフ状態であるので、駆動トランジスタＴ４は、制御信号Ｓｃ４に応答してオン／オフする。

一方、出力ノードＮｏｕｔの天絡（出力ノードＮｏｕｔと意図しない高電圧ノード（例えば、電源ノード）との短絡）など、出力ノードＮｏｕｔにおいて意図しない電圧上昇が発生して、出力電圧Ｖｏｕｔが判定電圧（Ｖｓｓ＋Ｖｔｈｎ）よりも高くなると、保護トランジスタＴ１０１がオン状態になり、駆動トランジスタＴ１のゲートが設定ノードＮｓｅｔに接続される。これにより、駆動トランジスタＴ１のゲート電圧が設定電圧Ｖｓｅｔに固定されるので、駆動トランジスタＴ１は、制御信号Ｓｃ１の電圧レベルに拘わらず、強制的にオフ状態になる。同様に、保護トランジスタＴ１０４がオン状態になり、駆動トランジスタＴ４のゲートが設定ノードＮｓｅｔに接続されるので、駆動トランジスタＴ４は、制御信号Ｓｃ４の電圧レベルに拘わらず、強制的にオフ状態になる。

以上のように、出力ノードＮｏｕｔにおいて意図しない電圧変動（ここでは、意図しない電圧上昇）が発生すると、保護回路１１が駆動トランジスタＴ１，Ｔ４を強制的にオフ状態にする。これにより、入力ノードＮｉｎと出力ノードＮｏｕｔとの間における過電流を抑制することができる。

なお、図９のように、実施形態２に示したチャージポンプ回路も降圧用チャージポンプ回路として使用することができる。図９に示したチャージポンプ回路２ａでは、スイッチＳＷ１，ＳＷ４は、出力電圧Ｖｏｕｔが判定電圧Ｖｃｏｍよりも高い場合にオン状態になる。ここでは、判定電圧Ｖｃｏｍは、接地電圧Ｖｓｓである。

次に、図９に示した保護回路２１による過電流抑制処理について説明する。

出力ノードＮｏｕｔにおける出力電圧Ｖｏｕｔが判定電圧Ｖｃｏｍ（Ｖｓｓ）よりも低い場合、スイッチＳＷ１，ＳＷ４はオフ状態であるので、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４のゲートは、設定ノードＮｓｅｔから切り離されている。そのため、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４は、それぞれ、制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４に応答してオン／オフする。

一方、出力ノードＮｏｕｔにおいて意図しない電圧上昇が発生して、出力電圧Ｖｏｕｔが判定電圧Ｖｃｏｍ（Ｖｓｓ）よりも高くなると、スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオン状態になり、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４のゲートが設定ノードＮｓｅｔに接続される。これにより、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４のゲート電圧が設定電圧Ｖｓｅｔに固定されるので、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４は、それぞれ、制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４の電圧レベルに拘わらず、強制的にオフ状態になる。

以上のように、出力ノードＮｏｕｔにおいて意図しない電圧変動（ここでは、意図しない電圧上昇）が発生すると、保護回路２１が駆動トランジスタＴ１，Ｔ４が強制的にオフ状態にすることにより、入力ノードＮｉｎと出力ノードＮｏｕｔとの間における過電流を抑制することができる。

（その他の実施形態）
以上の各実施形態において、保護回路は、２つの駆動トランジスタＴ１，Ｔ４に対応する２つの保護トランジスタＴ１０１，Ｔ１０４（または、２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ４）を含んでいるが、少なくとも一方の保護トランジスタ（または、少なくとも一方のスイッチ）を含んでいれば、意図しない電圧変動に起因する過電流を抑制することが可能である。

また、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４に同一の設定電圧Ｖｓｅｔを供給するものとして説明したが、駆動トランジスタＴ１，Ｔ４にそれぞれ異なる設定電圧Ｖｓｅｔを供給しても良い。また、設定電圧Ｖｓｅｔが入力電圧Ｖｉｎと同一である場合、設定ノードＮｓｅｔは、入力ノードＮｉｎであっても良い。例えば、図１に示したチャージポンプ回路１において、保護トランジスタＴ１０１，Ｔ１０４のソースを入力ノードＮｉｎに接続しても良い。

以上のように、この発明によるチャージポンプ回路は、昇圧効率（または降圧効率）を低下させることなく過電流を抑制することができるので、携帯電話，デジタルビデオカメラ，デジタルスチールカメラなどの電子機器の電源回路などとして有用である。

この発明の実施形態１によるチャージポンプ回路の構成を示す図。 図１に示したチャージポンプ回路による動作について説明するためのタイミングチャート。 図１に示したチャージポンプ回路の変形例を示す図。 この発明の実施形態２によるチャージポンプ回路の構成を示す図。 図４に示したチャージポンプ回路の変形例を示す図。 図４に示したチャージポンプ回路の別の変形例を示す図。 図１に示したチャージポンプ回路を降圧型チャージポンプ回路として使用する例について説明するための図。 図７に示したチャージポンプ回路の動作について説明するためのタイミングチャート。 図４に示したチャージポンプ回路を降圧型チャージポンプ回路として使用する例について説明するための図。 従来の昇圧型チャージポンプ回路について説明するための図。 従来の降圧型チャージポンプ回路について説明するための図。

符号の説明

１，２ 昇圧型チャージポンプ回路
１ａ，２ａ 降圧型チャージポンプ回路
１０ ポンピング回路
１０１，１０２，１０３，１０４ 駆動回路
１１，１１ａ，２１，２１ａ，２１ｂ 保護回路
Ｃ１ ポンピング容量
Ｃ２ 出力容量
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４ 駆動トランジスタ
Ｔ１０１，Ｔ１０４ 保護トランジスタ
Ｒ１，Ｒ４，Ｒ１０１，Ｒ１０４ 保護抵抗
２０１，２０４ 比較器
ＳＷ１，ＳＷ４ 保護スイッチ

Claims (9)

1. 入力電圧を昇圧または降圧して出力電圧を出力する回路であって、
   ポンピング容量と、前記入力電圧を受ける入力ノードと前記ポンピング容量の一方端との間に接続される第１の駆動トランジスタと、前記出力電圧を出力するための出力ノードと前記ポンピング容量の一方端との間に接続される第２の駆動トランジスタとを含み、電荷蓄積モードにおいて前記第１の駆動トランジスタをオン状態にして前記ポンピング容量に電荷を蓄積する一方、電荷転送モードにおいて前記第２の駆動トランジスタをオン状態にして前記ポンピング容量に蓄積された電荷を前記出力ノードへ転送するポンピング回路と、
   所定の判定電圧と前記出力電圧との高低関係に基づいて、前記第１および第２の駆動トランジスタの少なくとも１つを前記オン状態時よりも抵抗値が高い高抵抗状態に設定する保護回路とを備える
   ことを特徴とするチャージポンプ回路。
2. 請求項１において、
   前記保護回路は、
   前記第１の駆動トランジスタを高抵抗状態に設定するための第１の設定電圧を受ける第１の設定ノードに接続されるソースと、前記出力ノードに接続されるゲートと、前記第１の駆動トランジスタのゲートに接続されるドレインとを有する第１の保護トランジスタを含む
   ことを特徴とするチャージポンプ回路。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記保護回路は、
   前記第２の駆動トランジスタを高抵抗状態に設定するための第２の設定電圧を受ける第２の設定ノードに接続されるソースと、前記出力ノードに接続されるゲートと、前記第２の駆動トランジスタのゲートに接続されるドレインとを有する第２の保護トランジスタを含む
   ことを特徴とするチャージポンプ回路。
4. 請求項１において、
   前記保護回路は、
   前記出力ノードにおける出力電圧と前記判定電圧とを比較する第１の比較回路と、
   前記第１の駆動トランジスタを高抵抗状態にするための第１の設定ノードと前記第１の駆動トランジスタのゲートとの間に接続され、前記第１の比較回路による比較結果に応答してオン／オフする第１の保護スイッチとを含む
   ことを特徴とするチャージポンプ回路。
5. 請求項１または請求項４において、
   前記保護回路は、
   前記出力ノードにおける出力電圧と前記判定電圧とを比較する第２の比較回路と、
   前記第２の駆動トランジスタを高抵抗状態にするための第２の設定ノードと前記第２の駆動トランジスタのゲートとの間に接続され、前記第２の比較回路による比較結果に応答してオン／オフする第２の保護スイッチとを含む
   ことを特徴とするチャージポンプ回路。
6. 請求項４において、
   前記保護回路は、
   前記第２の駆動トランジスタを高抵抗状態にするための第２の設定ノードと前記第２の駆動トランジスタのゲートとの間に接続され、前記第１の比較回路による比較結果に応答してオン／オフする第２の保護スイッチをさらに含む
   ことを特徴とするチャージポンプ回路。
7. 請求項２または請求項４において、
   前記第１の設定ノードは、前記入力ノードである
   ことを特徴とするチャージポンプ回路。
8. 請求項３，５，６のいずれか１項において、
   前記第２の設定ノードは、前記入力ノードである
   ことを特徴とするチャージポンプ回路。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のチャージポンプ回路を備える
   ことを特徴とする電子機器。

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