JP2018182819A - チャージポンプ回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】回路面積の増加を抑制しつつ、通常時におけるノイズの発生を抑制するとともに低電圧時の昇圧能力を向上する。
【解決手段】段数切替部5は、入力端子Piおよび出力端子Poの間に直列に接続される昇圧回路11〜13の数である昇圧段数と、入力端子Piおよび出力端子Poの間に並列に接続される昇圧回路11〜13の数である並列数とを切り替える。周波数切替部4は、駆動回路6、7に供給される駆動信号Sg1、Sg2の周波数である駆動周波数を切り替える。駆動回路6、7が備える速度切替部は、駆動回路6、7の駆動用スイッチング素子をスイッチングする速度であるスイッチング速度を切り替える。検出部2は、入力電圧VBの大きさに対応した検出電圧Vdを出力する。切替制御部3は、検出電圧Vdに基づいて、段数切替部5、周波数切替部4および速度切替部による切替動作を制御する。
【選択図】図1
【解決手段】段数切替部5は、入力端子Piおよび出力端子Poの間に直列に接続される昇圧回路11〜13の数である昇圧段数と、入力端子Piおよび出力端子Poの間に並列に接続される昇圧回路11〜13の数である並列数とを切り替える。周波数切替部4は、駆動回路6、7に供給される駆動信号Sg1、Sg2の周波数である駆動周波数を切り替える。駆動回路6、7が備える速度切替部は、駆動回路6、7の駆動用スイッチング素子をスイッチングする速度であるスイッチング速度を切り替える。検出部2は、入力電圧VBの大きさに対応した検出電圧Vdを出力する。切替制御部3は、検出電圧Vdに基づいて、段数切替部5、周波数切替部4および速度切替部による切替動作を制御する。
【選択図】図1
Description
本発明は、入力端子を通じて入力される入力電圧を昇圧して出力端子を介して出力するチャージポンプ回路に関する。
従来、チャージポンプ回路において、入力電圧の変動にかかわらず所望の出力電圧を得るため、入力端子と出力端子の間に直列に接続するダイオードおよびコンデンサなどからなる昇圧回路の数である昇圧段数を切り替える方法、チャージポンプ回路の駆動周波数を切り替える方法などが考案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
昇圧段数を切り替える方法には、次のような課題がある。すなわち、入力電圧が低下したとき(以下、低電圧時と呼ぶ)、昇圧段数を増やすように切り替えを行うことが考えられるが、この場合、入力電圧が定常範囲の値であるとき(以下、通常時と呼ぶ)には使用されない駆動回路などが存在することとなり、回路の使用効率が悪くなり、回路面積が増大するといった問題が生じる。
駆動周波数を切り替える方法には、次のような課題がある。すなわち、通常時の駆動周波数を従来よりも低い値に設定するとともに、低電圧時の駆動周波数を従来と同程度に設定すると、通常時の駆動周波数が従来の駆動周波数よりも低くなることから、出力電圧の変動(リップル)が大きくなり、出力電圧の最小値が低下する問題が生じる。
一方、通常時の駆動周波数を従来と同程度に設定するとともに、低電圧時の駆動周波数を従来よりも高い値に設定すると、駆動回路の駆動能力としては、従来よりも高い能力が必要となる。しかも、この場合、通常時には駆動回路の駆動能力が過大になることから、ノイズが増加する問題が生じる。
このような問題を解消するため、特許文献2記載の技術では、2つの駆動回路を並列に設け、低電圧時にだけ2つの駆動回路を並列動作させることにより、低電圧時における昇圧能力の向上と、通常時におけるノイズの低減とを図っている。しかし、この場合、通常時に動作しない回路が多くなることから、回路の使用効率が悪くなり、回路面積が増大するといった問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路面積の増加を抑制しつつ、通常時におけるノイズの発生を抑制するとともに低電圧時の昇圧能力を向上することができるチャージポンプ回路を提供することにある。
請求項1に記載のチャージポンプ回路(1、41、51)は、入力端子(Pi)および出力端子(Po)の間に接続可能な複数の昇圧回路(11〜13)を備え、入力端子を通じて入力される入力電圧を昇圧して出力端子を介して出力する。昇圧回路は、複数のスイッチング素子(D1〜D5)と、複数のスイッチング素子同士が接続された接続点に対して一方の端子が接続されたコンデンサ(C1、C2)とを備えた構成である。そして、チャージポンプ回路は、駆動回路(6、7、21、31)、段数切替部(5、43、52)、周波数切替部(4)、速度切替部(26、34)、検出部(2)および切替制御部(3、42)を備えている。
駆動回路は、コンデンサの他方の端子の接続状態を切り替える駆動用スイッチング素子(Qn1、Qn2)を備え、駆動信号に基づいて駆動用スイッチング素子を駆動することによりコンデンサの他方の端子に第1の電圧と第2の電圧を交互に印加する。段数切替部は、入力端子および出力端子の間に直列に接続される昇圧回路の数である昇圧段数と、入力端子および出力端子の間に並列に接続される昇圧回路の数である並列数とを切り替える。周波数切替部は、駆動信号の周波数である駆動周波数を切り替える。速度切替部は、駆動回路の駆動用スイッチング素子をスイッチングする速度であるスイッチング速度を切り替える。検出部は、入力電圧、出力端子の電圧である出力電圧または出力端子に接続される負荷の大きさに対応した検出信号を出力する。切替制御部は、検出信号に基づいて、段数切替部、周波数切替部および速度切替部による切替動作を制御する。
このように、上記構成では、昇圧段数、並列数、駆動周波数を切り替えることができ、それらの切り替えにより、チャージポンプ回路の昇圧能力を所望する能力に適宜設定することが可能となる。さらに、上記構成では、スイッチング速度も切り替えることができるため、通常時、駆動回路の駆動能力が過大にならないようにスイッチング速度を切り替えることにより、ノイズを低く抑えることが可能となる。つまり、この場合、2つの駆動回路を並列に設けることなく、通常時のノイズを低減できるため、従来技術に比べ、回路面積を小さく抑えることができる。したがって、上記構成によれば、回路面積の増加を抑制しつつ、通常時におけるノイズの発生を抑制するとともに低電圧時の昇圧能力を向上することができるという優れた効果が得られる。
以下、本発明の複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図1〜図7を参照して説明する。
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図1〜図7を参照して説明する。
図1に示すチャージポンプ回路1は、例えば車両に搭載される電子制御装置などに設けられるものであり、入力端子Piを通じて入力される入力電圧VBを昇圧して出力端子Poを介して出力する。入力電圧VBは、例えば車両に搭載されたバッテリから供給されるバッテリ電圧である。出力端子Poから出力される出力電圧Vboostは、図示しない負荷回路に供給される。チャージポンプ回路1は、検出部2、切替制御部3、周波数切替部4、段数切替部5、ダイオードD1〜D5、コンデンサC1、C2、Co、駆動回路6、7などを備えている。
検出部2は、入力電圧VBを検出するものであり、抵抗R1、R2を備えている。抵抗R1、R2は、入力端子Piと回路の基準電位(0V)が与えられるグランド線Lgとの間に直列接続され、分圧回路を構成している。この場合、抵抗R1、R2の相互接続ノードN1から入力電圧VBを分圧して得られる検出電圧Vdが出力される。なお、検出電圧Vdは、入力電圧VBに対応した検出信号に相当する。
切替制御部3は、検出電圧Vdに基づいて周波数切替部4、段数切替部5などによる切替動作を制御するものであり、抵抗R3、R4およびコンパレータCP1を備えている。抵抗R3、R4は、回路の電源電圧VDD(例えば+5V)が与えられる電源線Ldとグランド線Lgとの間に直列接続され、分圧回路を構成している。
この場合、抵抗R3、R4の相互接続ノードN2から電源電圧VDDを分圧して得られる基準電圧Vrが出力される。基準電圧Vrは、入力電圧VBの低下を判定するためものであり、入力電圧VBが所定値(例えば、通常電圧範囲の下限値など)まで低下した際の検出電圧Vdに対応した電圧となるように設定されている。
コンパレータCP1は、ヒステリシス付きコンパレータであり、非反転入力端子に入力される検出電圧Vdと、反転入力端子に入力される基準電圧Vrとを比較して切替信号SELを出力する。なお、コンパレータCP1としては、ヒステリシス無しのコンパレータを用いてもよい。上記構成によれば、切替信号SELは、入力電圧VBが低下していない通常時にはハイレベル(例えば+5V)となり、入力電圧VBが低下している低電圧時にはロウレベル(例えば0V)となる。
周波数切替部4は、駆動回路6、7に供給される駆動信号Sg1、Sg2の周波数である駆動周波数を切り替えるものであり、マルチプレクサ8により構成されている。マルチプレクサ8の一方の入力端子[0]には、クロック信号CLK1が入力され、その他方の入力端子[1]にはクロック信号CLK2が入力されている。クロック信号CLK1の周波数f1は、クロック信号CLK2の周波数f2よりも高くなっている。本実施形態では、周波数f1は、例えば、周波数f2の2倍に設定されている。
マルチプレクサ8の選択制御端子には、切替信号SELが入力されている。マルチプレクサ8は、選択制御端子にロウレベル(以下、Lレベルと省略する)の信号が与えられると一方の入力端子[0]に入力された信号、つまりクロック信号CLK1を出力する。また、マルチプレクサ8は、選択制御端子にハイレベル(以下、Hレベルと省略する)の信号が与えられると他方の入力端子[1]に入力された信号、つまりクロック信号CLK2を出力する。マルチプレクサ8の出力信号は、駆動信号Sg1となる。
段数切替部5は、後述する昇圧段数および並列数を切り替えるものであり、反転バッファ9、10およびスイッチSW1を備えている。反転バッファ9は、切替信号SELを入力し、その反転信号を出力する。反転バッファ10は、駆動信号Sg1を入力し、その反転信号である駆動信号Sg2を出力する。
スイッチSW1は、昇圧段数および並列数を切り替えるために設けられており、その接続態様については後述する。スイッチSW1のオンとオフの切り替えを制御するための制御端子には、反転バッファ9の出力信号が入力されている。スイッチSW1は、制御端子にHレベルの信号が与えられるとオンし、制御端子にLレベルの信号が与えられるとオフする。
入力端子Piおよび出力端子Poの間には、入力端子Pi側をアノードとしてダイオードD1、D2が直列に接続されている。また、入力端子Piおよび出力端子Poの間には、入力端子Pi側をアノードとしてダイオードD3、D4が直列に接続されている。ダイオードD1、D2同士が接続された接続点であるノードNaには、コンデンサC1の一方の端子が接続されている。
ダイオードD3、D4同士が接続された接続点であるノードNbには、コンデンサC2の一方の端子が接続されている。出力端子Poとグランド線Lgとの間には、平滑用のコンデンサCoが接続されている。また、ノードNbには、ダイオードD5のカソードが接続されている。ダイオードD5のアノードは、段数切替部5のスイッチSW1を介してノードNaに接続されている。
コンデンサC1の他方の端子には、駆動回路6の動作により、第1電圧と第2電圧が交互に与えられる。コンデンサC2の他方の端子には、駆動回路7の動作により、第1電圧と第2電圧が交互に与えられる。本実施形態において、第1電圧は、入力電圧VB、または駆動回路6、7の出力振幅の最大値を制限するために所定の制限が加えられた電圧(以下、制限電圧とも呼ぶ)などである。また、第2電圧は、第1電圧より低い電圧であり、例えば0Vである。なお、ダイオードD1〜D5は、入力端子Piと出力端子Poとの間に直列に接続された複数のスイッチング素子に相当する。
上記構成では、入力端子Piおよび出力端子Poの間に接続可能な複数の昇圧回路11〜13が存在する。すなわち、スイッチSW1がオフの期間、ダイオードD1、D2およびコンデンサC1により1段の昇圧回路11が構成されるとともに、ダイオードD3、D4およびコンデンサC2により1段の昇圧回路12が構成される。また、スイッチSW1がオンの期間、ダイオードD1、D5、D4およびコンデンサC1、C2により2段の昇圧回路13が構成される。
前述した昇圧段数とは、入力端子Piおよび出力端子Poの間に直列接続される昇圧回路11〜13の段数のことである。また、前述した並列数は、入力端子Piおよび出力端子Poの間に並列接続される昇圧回路11〜13の数のことである。本実施形態では、スイッチSW1がオフのとき、入力端子Piおよび出力端子Poの間に昇圧回路11、12がそれぞれ接続された状態となるため、昇圧段数が「1」となり、並列数が「2」となる。以下、このような回路形態のことを、1段昇圧×2並列の回路形態と呼ぶこととする。
また、スイッチSW1がオンのとき、入力端子Piおよび出力端子Poの間に昇圧回路13が接続された状態となるため、昇圧段数が「2」となり、並列数が「1」となる。以下、このような回路形態のことを、2段昇圧×1並列の回路形態と呼ぶこととする。このような回路形態の切り替えは、段数切替部5により行われる。すなわち、通常時、切替信号SELがHレベルとなってスイッチSW1がオフし、これにより1段昇圧×2並列の回路形態となる。また、低電圧時、切替信号SELがLレベルとなってスイッチSW1がオンし、これにより2段昇圧×1並列の回路形態となる。なお、1段昇圧×2並列の回路形態に切り替えられた状態は第2の切替状態に相当し、2段昇圧×1並列の回路形態に切り替えられた状態は第1の切替状態に相当する。
駆動回路6は、その出力段にコンデンサC1の他方の端子の接続状態を切り替える駆動用スイッチング素子を備え、駆動信号Sg1に基づいて上記駆動用スイッチング素子を駆動する。また、駆動回路7は、その出力段にコンデンサC2の他方の端子の接続状態を切り替える駆動用スイッチング素子を備え、駆動信号Sg1を反転バッファ10により反転させた信号である駆動信号Sg2、つまり駆動信号Sg1の位相を180度異ならせた信号に基づいて上記駆動用スイッチング素子を駆動する。つまり、駆動回路6、7は、互いに逆位相で動作する。したがって、本実施形態では、反転バッファ10は、入力端子Piおよび出力端子Poの間に並列接続された2つの昇圧回路11、12に対応する駆動回路6、7について、互いの駆動信号Sg1、Sg2の位相を180度異ならせる位相変更部として機能する。
駆動回路6、7には、切替信号SELが与えられている。駆動回路6、7は、切替信号SELに基づいて、上記駆動用スイッチング素子をスイッチングする速度であるスイッチング速度を切り替える速度切替部としての機能を有している。この場合、駆動回路6、7では、切替信号SELがHレベルの期間、スイッチング速度が低速となるように切り替えが行われる。また、駆動回路6、7では、切替信号SELがLレベルの期間、スイッチング速度が高速となるように切り替えが行われる。
上記構成において、切替制御部3は、検出電圧Vdに基づいて、入力電圧VBが低いほど、昇圧段数を多くし、駆動信号Sg1、Sg2の周波数を高くし、且つ駆動回路6、7のスイッチング速度を速くするように、周波数切替部4、段数切替部5および上記速度切替部による切替動作を制御する。
すなわち、上記構成によれば、通常時、切替信号SELがHレベルとなるため、1段昇圧×2並列の回路形態に切り替えられ、また比較的低い周波数f2の駆動信号Sg1、Sg2が駆動回路6、7に供給され、さらに駆動回路6、7のスイッチング速度が低速に切り替えられる。以下では、このような状態のことを第1動作モードと呼ぶこととする。
また、低電圧時、切替信号SELがLレベルとなるため、2段昇圧×1並列の回路形態に切り替えられ、また比較的高い周波数f1の駆動信号Sg1、Sg2が駆動回路6、7に供給され、さらに駆動回路6、7のスイッチング速度が高速に切り替えられる。以下では、このような状態のことを第2動作モードと呼ぶこととする。
スイッチング速度を切り替える速度切替部としての機能を有する駆動回路6、7の具体的な構成としては、例えば図2および図3に示すような構成を採用することができる。なお、図2および図3では、駆動回路6に適用した場合の具体的な構成例を示しているが、駆動回路7についても同様の構成を適用することができる。
図2に示す駆動回路21は、Nチャネル型のMOSトランジスタQn1〜Qn5、Pチャネル型のMOSトランジスタQp1〜Qp3、ツェナーダイオードZD1、ZD2、抵抗R5〜R9、反転バッファ22、23、OR回路24およびバッファ25を備えている。トランジスタQn1のドレインは入力端子Piに接続され、そのソースはトランジスタQn2のドレインに接続されている。
トランジスタQn2のソースはグランド線Lgに接続されている。トランジスタQn1、Qn2の相互接続ノードは、駆動回路21の出力端子となり、コンデンサC1の他方の端子に接続されている。したがって、トランジスタQn1、Qn2は、コンデンサC1の他方の端子の接続状態を切り替える駆動用スイッチング素子に相当する。
反転バッファ22は、切替信号SELを入力し、その反転信号を出力する。反転バッファ22の出力端子は、トランジスタQn3のゲートに接続されている。トランジスタQn3のソースはグランド線Lgに接続され、そのドレインは抵抗R5の一方の端子に接続されている。抵抗R5の他方の端子は、ツェナーダイオードZD1を順方向に介してノードNaに接続されている。
ツェナーダイオードZD1のアノードは、トランジスタQp1のゲートに接続されている。トランジスタQp1のソースはノードNaに接続され、そのドレインは抵抗R6を介してトランジスタQn1のゲートに接続されている。抵抗R7は、ノードNaとトランジスタQn1のゲートとの間に接続されている。
ツェナーダイオードZD2のカソードはトランジスタQn1のゲートに接続され、そのアノードはグランド線Lgに接続されている。これにより、トランジスタQn1がオンした際にコンデンサC1の他方の端子に与えられる電圧、つまり第1電圧は、ツェナーダイオードZD2のツェナー電圧よりトランジスタQn1の閾値電圧だけ低い電圧に制限される。このように、ツェナーダイオードZD2により、駆動回路6の出力振幅の最大値が制限されるようになっている。トランジスタQn4のドレインはトランジスタQn1のゲートに接続され、そのソースはグランド線Lgに接続されている。トランジスタQn4のゲートは、反転バッファ23の出力端子に接続されている。
OR回路24の各入力端子には、切替信号SELおよび駆動信号Sg1がそれぞれ入力されている。OR回路24の出力端子は、トランジスタQp2のゲートに接続されている。トランジスタQp2のソースは電源電圧VDD(例えば+5V)が与えられる電源線Ldに接続され、そのドレインは抵抗R8を介してトランジスタQn2のゲートに接続されている。
バッファ25には、駆動信号Sg1が入力されている。バッファ25の出力端子は、トランジスタQp3、Qn5の各ゲートに接続されている。トランジスタQp3のソースは電源線Ldに接続され、そのドレインは抵抗R9を介してトランジスタQn2のゲートに接続されている。トランジスタQn5のドレインはトランジスタQn2のゲートに接続され、そのソースはグランド線Lgに接続されている。
上記構成では、反転バッファ22、OR回路24、トランジスタQp1、Qp2、抵抗R5およびツェナーダイオードZD1により、トランジスタQn1、Qn2をスイッチングする速度であるスイッチング速度を切り替える速度切替部26が構成され、その他の回路素子により、駆動信号Sg1に基づいてトランジスタQn1、Qn2を駆動する駆動部27が構成される。速度切替部26は、トランジスタQn1、Qn2のゲート抵抗、つまり駆動部27の駆動能力を切り替えることにより、スイッチング速度の切り替えを実現する構成となっている。
具体的には、切替信号SELがHレベルのとき、トランジスタQp1、Qp2がオフとなる。これにより、トランジスタQn1のゲート電流の供給経路には抵抗R7だけが介在する状態となり、トランジスタQn1のゲート抵抗が比較的高い状態となる。また、トランジスタQn2のゲート電流の供給経路には抵抗R9だけが介在する状態となり、トランジスタQn2のゲート抵抗も比較的高い状態となる。したがって、切替信号SELがHレベルのとき、駆動回路21のスイッチング速度は低速となる。
一方、切替信号SELがLレベルのとき、トランジスタQp1、Qp2がオンとなる。これにより、トランジスタQn1のゲート電流の供給経路には、抵抗R6、R7の並列合成抵抗が介在する状態となり、トランジスタQn1のゲート抵抗が比較的低い状態となる。また、トランジスタQn2のゲート電流の供給経路には、抵抗R8、R9の並列合成抵抗が介在する状態となり、トランジスタQn2のゲート抵抗も比較的低い状態となる。したがって、切替信号SELがLレベルのとき、駆動回路21のスイッチング速度は高速となる。
図3に示す駆動回路31は、図2に示した駆動回路21に対し、トランジスタQn3、Qp1〜Qp3、ツェナーダイオードZD1、抵抗R5〜R9、反転バッファ22およびOR回路24に代えて、可変電流源である電流源32、33を備えている点などが異なる。この場合、トランジスタQn1のゲートは、電流源32を介してノードNaに接続されている。また、トランジスタQn2のゲートは、電流源33を介して電源線Ldに接続されている。
電流源32、33は、切替信号SELに基づいて、出力する電流の値を比較的大きい第1電流値および比較的小さい第2電流値の2段階に切り替える。具体的には、電流源32、33は、切替信号SELがLレベルのときに第1電流値の電流を出力するとともに、切替信号SELがHレベルのときに第2電流値の電流を出力する。
上記構成では、電流源32、33により、トランジスタQn1、Qn2をスイッチングする速度であるスイッチング速度を切り替える速度切替部34が構成され、その他の回路素子により、駆動信号Sg1に基づいてトランジスタQn1、Qn2を駆動する駆動部35が構成される。速度切替部34は、トランジスタQn1、Qn2に供給するゲート電流の電流値、つまり駆動部35の駆動能力を切り替えることにより、スイッチング速度の切り替えを実現する構成となっている。
具体的には、切替信号SELがHレベルのとき、電流源32、33から比較的小さい第2電流値の電流がトランジスタQn1、Qn2の各ゲートへと出力される。したがって、切替信号SELがHレベルのとき、駆動回路31のスイッチング速度は低速となる。一方、切替信号SELがLレベルのとき、電流源32、33から比較的大きい第1電流値の電流がトランジスタQn1、Qn2の各ゲートへと出力される。したがって、切替信号SELがLレベルのとき、駆動回路31のスイッチング速度は高速となる。
次に、上記構成の作用について参照して説明する。
[1]動作モードの切り替え
上記構成のチャージポンプ回路1は、入力電圧VBの検出値を表す検出電圧Vdに基づいて動作モードが切り替えられる。すなわち、図4に示すように、入力電圧VBが通常電圧範囲よりも低い電圧値である期間、切替信号SELがLレベルとなり、チャージポンプ回路1は第2動作モードに切り替えられる。また、入力電圧VBが通常電圧範囲の電圧値である期間、切替信号SELがHレベルとなり、チャージポンプ回路1は第1動作モードに切り替えられる。
[1]動作モードの切り替え
上記構成のチャージポンプ回路1は、入力電圧VBの検出値を表す検出電圧Vdに基づいて動作モードが切り替えられる。すなわち、図4に示すように、入力電圧VBが通常電圧範囲よりも低い電圧値である期間、切替信号SELがLレベルとなり、チャージポンプ回路1は第2動作モードに切り替えられる。また、入力電圧VBが通常電圧範囲の電圧値である期間、切替信号SELがHレベルとなり、チャージポンプ回路1は第1動作モードに切り替えられる。
[2]駆動回路6、7の出力端子の電圧波形
第1動作モード時、駆動回路6、7の出力端子の電圧(以下、駆動回路の出力電圧とも呼ぶ)、つまりコンデンサC1、C2の他方の端子電圧は、図5の上段に実線で示すように、クロック信号CLK2と同様の比較的長い周期で変化する波形となる。この場合、駆動回路6、7のスイッチング速度が低速になっているものの、駆動信号Sg1、Sg2の周波数も比較的低い周波数f2である。そのため、駆動回路の出力電圧は、所望する振幅を有する波形、つまり第2電圧(例えば0V)から第1電圧(例えば入力電圧VBまたは制限電圧)まで変化する波形となっている。
第1動作モード時、駆動回路6、7の出力端子の電圧(以下、駆動回路の出力電圧とも呼ぶ)、つまりコンデンサC1、C2の他方の端子電圧は、図5の上段に実線で示すように、クロック信号CLK2と同様の比較的長い周期で変化する波形となる。この場合、駆動回路6、7のスイッチング速度が低速になっているものの、駆動信号Sg1、Sg2の周波数も比較的低い周波数f2である。そのため、駆動回路の出力電圧は、所望する振幅を有する波形、つまり第2電圧(例えば0V)から第1電圧(例えば入力電圧VBまたは制限電圧)まで変化する波形となっている。
第2動作モード時、駆動回路の出力電圧は、図5の下段に実線で示すように、クロック信号CLK1と同様の比較的短い周期で変化する波形となる。この場合、駆動信号Sg1、Sg2の周波数が比較的高い周波数f1であるものの、駆動回路6、7のスイッチング速度が高速になっているため、駆動回路の出力電圧は、所望する振幅を有する波形、つまり第2電圧(例えば0V)から第1電圧(例えば入力電圧VBまたは制限電圧)まで変化する波形となっている。
なお、第2動作モード時、駆動回路6、7のスイッチング速度の切り替えを行わず、駆動回路6、7のスイッチング速度を低速のままとした場合(以下、比較例と呼ぶ)、図5の下段に破線で示すように、駆動回路の出力電圧は、所望する振幅を有する波形ではなく、鈍った波形となる。
このような比較例の場合、コンデンサC1、C2に対する充放電が不十分となってチャージポンプ回路1の効率が低下し、出力電圧Vboostの低下を招いてしまう。本実施形態では、上述したように、駆動信号Sg1、Sg2の周波数が高速に設定される際には駆動回路6、7のスイッチング速度も同様に高速に設定されるため、比較例で生じるような問題が生じることはない。
[3]通常時の入力電流および出力電圧Vboost
通常時、チャージポンプ回路1の入力電流および出力電圧Vboostの波形は、図6に示すようなものとなる。この場合、チャージポンプ回路1が第1動作モードに切り替えられるため、並列動作する昇圧回路11、12毎の負荷電流が小さくなるとともに、それら昇圧回路11、12が互いに逆位相で動作する。また、この場合、駆動信号Sg1、Sg2の周波数は、比較的低い周波数f2に設定されており、それに伴い駆動回路6、7のスイッチング速度も低速に設定されている。
通常時、チャージポンプ回路1の入力電流および出力電圧Vboostの波形は、図6に示すようなものとなる。この場合、チャージポンプ回路1が第1動作モードに切り替えられるため、並列動作する昇圧回路11、12毎の負荷電流が小さくなるとともに、それら昇圧回路11、12が互いに逆位相で動作する。また、この場合、駆動信号Sg1、Sg2の周波数は、比較的低い周波数f2に設定されており、それに伴い駆動回路6、7のスイッチング速度も低速に設定されている。
そのため、入力電流のピーク値が比較的低い値に抑えられるとともに、出力電圧Vboostのリップルが小さく抑えられている。このように、通常時、チャージポンプ回路1が第1動作モードに切り替えられることにより、入力電流のピークが低減されるとともに、ノイズが低く抑えられている。また、この場合、入力電流のピークの周期は、クロック信号CLK2の周期と同様の周期となる。
[4]低電圧時の入力電流および出力電圧Vboost
低電圧時、チャージポンプ回路1の入力電流および出力電圧Vboostの波形は、図7に示すようなものとなる。この場合、チャージポンプ回路1が第2動作モードに切り替えられるため、昇圧能力が高まることから出力電圧Vboostを所望する値まで上昇させることができる。また、この場合、駆動信号Sg1、Sg2の周波数が比較的高い周波数f1に設定されるとともに駆動回路6、7のスイッチング速度が高速に設定されるため、出力電圧Vboostのリップルが小さく抑えられている。なお、この場合、入力電流は、クロック信号CLK1の周期と同様の周期で変化しているが、そのピークの周期は、通常時と同様、クロック信号CLK2の周期と同様の周期となる。
低電圧時、チャージポンプ回路1の入力電流および出力電圧Vboostの波形は、図7に示すようなものとなる。この場合、チャージポンプ回路1が第2動作モードに切り替えられるため、昇圧能力が高まることから出力電圧Vboostを所望する値まで上昇させることができる。また、この場合、駆動信号Sg1、Sg2の周波数が比較的高い周波数f1に設定されるとともに駆動回路6、7のスイッチング速度が高速に設定されるため、出力電圧Vboostのリップルが小さく抑えられている。なお、この場合、入力電流は、クロック信号CLK1の周期と同様の周期で変化しているが、そのピークの周期は、通常時と同様、クロック信号CLK2の周期と同様の周期となる。
以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態のチャージポンプ回路1では、昇圧段数、並列数、駆動周波数を切り替えることができ、それらの切り替えにより、チャージポンプ回路1の昇圧能力を所望する能力に適宜設定することが可能となる。さらに、上記構成では、スイッチング速度も切り替えることができるため、通常時、駆動回路6、7の駆動能力が過大にならないようにスイッチング速度を切り替えることにより、ノイズを低く抑えることが可能となる。つまり、この場合、従来技術のように2つの駆動回路を並列に設けることなく、通常時のノイズを低減できるため、従来技術に比べ、回路面積を小さく抑えることができる。したがって、上記構成によれば、回路面積の増加を抑制しつつ、通常時におけるノイズの発生を抑制するとともに低電圧時の昇圧能力を向上することができるという優れた効果が得られる。
本実施形態のチャージポンプ回路1では、昇圧段数、並列数、駆動周波数を切り替えることができ、それらの切り替えにより、チャージポンプ回路1の昇圧能力を所望する能力に適宜設定することが可能となる。さらに、上記構成では、スイッチング速度も切り替えることができるため、通常時、駆動回路6、7の駆動能力が過大にならないようにスイッチング速度を切り替えることにより、ノイズを低く抑えることが可能となる。つまり、この場合、従来技術のように2つの駆動回路を並列に設けることなく、通常時のノイズを低減できるため、従来技術に比べ、回路面積を小さく抑えることができる。したがって、上記構成によれば、回路面積の増加を抑制しつつ、通常時におけるノイズの発生を抑制するとともに低電圧時の昇圧能力を向上することができるという優れた効果が得られる。
なお、本実施形態では、入力電圧VBが通常電圧範囲の電圧値である通常時、チャージポンプ回路1は、1段昇圧×2並列の回路形態であり、駆動周波数が低速であり、且つ駆動回路6、7のスイッチング速度が低速である第1動作モードに切り替えられる。また、入力電圧VBが通常電圧範囲よりも低い電圧値である低電圧時、チャージポンプ回路1は、2段昇圧×1並列の回路形態であり、駆動周波数が高速であり、且つ駆動回路6、7のスイッチング速度が高速である第2動作モードに切り替えられる。つまり、本実施形態では、入力電圧VBが低いほど、昇圧段数を多くし、駆動周波数を高くし、且つスイッチング速度を速くするように動作モードの切り替えが行われるため、上述した効果が確実に得られる。
また、本実施形態では、第1動作モード時、入力端子Piおよび出力端子Poの間に並列接続された2つの昇圧回路11、12に対応する駆動回路6、7について、互いの駆動信号Sg1、Sg2の位相を180度異ならせるようになっている。このようにすれば、入力電流のピークを小さく抑えるとともに、通常時における出力電圧Vboostのリップルを低減することができ、その結果、通常時におけるエミッションノイズの低減を図ることができる。
本実施形態では、車両に搭載されたバッテリから供給されるバッテリ電圧である入力電圧VBの検出値に基づいて動作モードの切り替えが行われるようになっている。このようにすれば、次のような効果が得られる。すなわち、一般に、車両に搭載されたバッテリから供給されるバッテリ電圧は、変動し易くなっている。そこで、本実施形態のように、バッテリ電圧である入力電圧VBに基づいて動作モードの切り替えを行えば、バッテリ電圧の変動に追従して最適な昇圧能力が実現される。その結果、チャージポンプ回路1は、バッテリ電圧が変動したとしても、その変動の影響が最小限に抑えられ、所望する出力電圧Vboostを出力することができる。したがって、本実施形態によれば、バッテリ電圧が変動したとしても、出力電圧Vboostの供給先の回路動作に影響を与えることを防止することができるという効果が得られる。
速度切替部26、34は、駆動信号Sg1、Sg2に基づいて駆動用スイッチング素子であるトランジスタQn1、Qn2を駆動する駆動部27、35の駆動能力を切り替えることによりスイッチング速度の切り替えを実現する構成となっている。このような構成によれば、例えば複数の駆動用スイッチング素子を並列に設けておき、それらを並列駆動することでスイッチング速度を高速化する、といった構成に比べ、回路規模を小さく抑えることができる。
また、本実施形態では、チャージポンプ回路1の入力電流のピークの周期は、動作モードの切り替えの前後で変化することがないため、次のような効果が得られる。すなわち、一般に、バッテリ電圧である入力電圧VBが供給される入力端子Piには、チャージポンプ回路1など、バッテリ電圧が供給される回路の入力電流に伴うノイズの拡散を防ぐためのフィルタが設けられる。
したがって、動作モードの切り替えなどによって入力電流のリップルの周期(ピークの周期)が変化すると、想定した特定のリップルの周期に最適化されたフィルタでは、その周期から外れたリップルノイズを除去できなくなるおそれがある。本実施形態では、動作モードが切り替えられても、入力電流のピークの周期、つまりリップルの周期は変化しないため、入力端子Piに設けられるフィルタの設計が容易となり、そのフィルタの作用によりノイズの拡散を確実に抑制することができる。
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について図8および図9を参照して説明する。
図8に示すように、本実施形態のチャージポンプ回路41は、第1実施形態のチャージポンプ回路1に対し、切替制御部3および段数切替部5に代えて切替制御部42および段数切替部43を備えている点などが異なる。
以下、第2実施形態について図8および図9を参照して説明する。
図8に示すように、本実施形態のチャージポンプ回路41は、第1実施形態のチャージポンプ回路1に対し、切替制御部3および段数切替部5に代えて切替制御部42および段数切替部43を備えている点などが異なる。
切替制御部42は、抵抗R41〜R43およびコンパレータCP41、CP42を備えている。抵抗R41〜R43は、電源線Ldとグランド線Lgとの間に直列接続され、分圧回路を構成している。この場合、抵抗R42、R43の相互接続ノードN41から基準電圧Vr1が出力され、抵抗R41、R42の相互接続ノードN42から基準電圧Vr2が出力される。
基準電圧Vr1は、入力電圧VBの低下を判定するためのものであり、第1実施形態の基準電圧Vrと同様の値に設定されている。また、基準電圧Vr2は、入力電圧VBの上昇を判定するためのものであり、入力電圧VBが所定値(例えば、通常電圧範囲の上限値など)まで上昇した際の検出電圧Vdに対応した電圧となるように設定されている。
コンパレータCP41は、ヒステリシス付きコンパレータであり、非反転入力端子に入力される検出電圧Vdと、反転入力端子に入力される基準電圧Vr1とを比較して切替信号SEL1を出力する。コンパレータCP42は、ヒステリシス付きコンパレータであり、非反転入力端子に入力される検出電圧Vdと、反転入力端子に入力される基準電圧Vr2とを比較して切替信号SEL2を出力する。
なお、コンパレータCP41、CP42としては、ヒステリシス無しのコンパレータを用いてもよい。上記構成によれば、切替信号SEL1は、第1実施形態の切替信号SELと同様、入力電圧VBが通常電圧範囲内の電圧値である通常時にはHレベルとなり、入力電圧VBが通常電圧範囲よりも低下している低電圧時にはLレベルとなる。また、切替信号SEL2は、入力電圧VBが通常電圧範囲よりも上昇している高電圧時にはHレベルとなり、通常時または低電圧時にはLレベルとなる。
この場合、周波数切替部4のマルチプレクサ8の選択制御端子には、切替信号SEL1が入力されている。したがって、本実施形態の周波数切替部4は、第1実施形態と同様に、駆動信号Sg1、Sg2の周波数の切り替えを行う。また、この場合、駆動回路6、7には、切替信号SEL1が与えられている。したがって、本実施形態の駆動回路6、7では、第1実施形態と同様に、スイッチング速度の切り替えが行われる。
段数切替部43は、段数切替部5が備える構成に加え、反転バッファ44およびAND回路45を備えている。この場合、反転バッファ9は、切替信号SEL1を入力し、その反転信号をスイッチSW1の制御端子に出力する。したがって、本実施形態のスイッチSW1のオンとオフは、第1実施形態と同様に切り替えられる。
反転バッファ44は、切替信号SEL2を入力し、その反転信号を出力する。AND回路45の各入力端子には、駆動信号Sg1および反転バッファ44の出力信号が入力されている。AND回路45の出力信号は、反転バッファ10に入力されている。反転バッファ10の出力信号は、駆動信号Sg2として駆動回路7に与えられる。
このような構成によれば、入力電圧VBが通常電圧範囲よりも上昇して切替信号SEL2がHレベルになると、AND回路45の出力信号はLレベルに固定される。そうすると、駆動回路7に入力される駆動信号Sg2はHレベルに固定され、駆動回路7の動作、つまりコンデンサC2の他方の端子の接続状態を切り替える動作が停止される。
つまり、上記構成では、高電圧時、入力端子Piおよび出力端子Poの間に昇圧回路11、12がそれぞれ接続された状態となっているものの、昇圧回路12は機能しない状態となる。したがって、上記構成では、高電圧時、1段昇圧×1並列の回路形態となる。なお、1段昇圧×1並列の回路形態に切り替えられた状態は第3の切替状態に相当する。
上記構成のチャージポンプ回路41は、第1実施形態のチャージポンプ回路1と同様、通常時、1段昇圧×2並列の回路形態であり、駆動周波数が低速であり、且つスイッチング速度が低速である第1動作モードに切り替えられ、低電圧時、2段昇圧×1並列の回路形態であり、駆動周波数が高速であり、且つスイッチング速度が高速である第2動作モードに切り替えられる。さらに、上記構成のチャージポンプ回路41は、高電圧時、1段昇圧×1並列の回路形態であり、駆動周波数が低速であり、且つスイッチング速度が低速である第3動作モードに切り替えられる。
次に、上記構成の作用についても参照して説明する。
上記構成のチャージポンプ回路41は、入力電圧VBの検出値を表す検出電圧Vdに基づいて動作モードが切り替えられる。すなわち、図9に示すように、入力電圧VBが通常電圧範囲よりも低い電圧値である期間(低電圧時)、切替信号SEL1、SEL2がいずれもLレベルになるため、チャージポンプ回路41は第2動作モードに切り替えられる。
上記構成のチャージポンプ回路41は、入力電圧VBの検出値を表す検出電圧Vdに基づいて動作モードが切り替えられる。すなわち、図9に示すように、入力電圧VBが通常電圧範囲よりも低い電圧値である期間(低電圧時)、切替信号SEL1、SEL2がいずれもLレベルになるため、チャージポンプ回路41は第2動作モードに切り替えられる。
また、入力電圧VBが通常電圧範囲の電圧値である期間(通常時)、切替信号SEL1がHレベルになるとともに切替信号SEL2がLレベルになるため、チャージポンプ回路41は第1動作モードに切り替えられる。さらに、入力電圧VBが通常電圧範囲よりも高い電圧値である期間(高電圧時)、切替信号SEL1、SEL2がいずれもHレベルになるため、チャージポンプ回路41は第3動作モードに切り替えられる。
以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態のチャージポンプ回路41は、第1実施形態のチャージポンプ回路1と同様、通常時には第1動作モードに切り替えられるとともに、低電圧時には第2動作モードに切り替えられる。したがって、本実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
本実施形態のチャージポンプ回路41は、第1実施形態のチャージポンプ回路1と同様、通常時には第1動作モードに切り替えられるとともに、低電圧時には第2動作モードに切り替えられる。したがって、本実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
また、本実施形態によれば、次のような効果も得られる。すなわち、入力電圧VBが通常電圧範囲よりも高い期間である高電圧時、チャージポンプ回路41の昇圧能力は低くとも問題は生じない。そこで、チャージポンプ回路41は、高電圧時、1段昇圧×1並列の回路形態であり、駆動周波数が低速であり、且つスイッチング速度が低速である第3動作モードに切り替えられる。このようにすれば、高電圧時、出力電圧Vboostの電圧値を目標値に維持しつつ、駆動回路7および昇圧回路12の動作が停止される分だけチャージポンプ回路41での電力損失を低減することができる。
(第3実施形態)
以下、第3実施形態について図10〜図13を参照して説明する。
上記各実施形態では、第1動作モードから第2動作モードへと直接遷移するとともに、第2動作モードから第1動作モードへと直接遷移するようになっていた。しかし、それら動作モードの遷移期間に、1段昇圧×2並列の回路形態と、2段昇圧×1並列の回路形態と、が交互に繰り返される動作モードである第4動作モードに切り替えられるようにしてもよい。
以下、第3実施形態について図10〜図13を参照して説明する。
上記各実施形態では、第1動作モードから第2動作モードへと直接遷移するとともに、第2動作モードから第1動作モードへと直接遷移するようになっていた。しかし、それら動作モードの遷移期間に、1段昇圧×2並列の回路形態と、2段昇圧×1並列の回路形態と、が交互に繰り返される動作モードである第4動作モードに切り替えられるようにしてもよい。
図10は、このような第4動作モードへの切り替えを実現するための構成例を示している。図10に示すチャージポンプ回路51は、第2実施形態のチャージポンプ回路41に対し、段数切替部43に代えて段数切替部52を備えている点などが異なる。
段数切替部52は、段数切替部43に対し、反転バッファ9に代えて信号生成回路53およびマルチプレクサ54を備えている点、反転バッファ44およびAND回路45が削除されている点などが異なる。この場合、反転バッファ10は、駆動信号Sg1を入力し、その反転信号である駆動信号Sg2を駆動回路7に出力する。信号生成回路53は、分周回路を含む構成であり、クロック信号CLK1を用いてパルス信号Saを生成する。信号生成回路53は、生成するパルス信号Saの周期およびデューティを変更する機能を有している。
マルチプレクサ54の第1入力端子[00]は電源線Ldに接続され、その第3入力端子[11]はグランド線Lgに接続されている。つまり、マルチプレクサ54の第1入力端子[00]にはHレベルの信号が常時与えられ、その第3入力端子[11]にはLレベルの信号が常時与えられている。また、マルチプレクサ54の第2入力端子[10]には、パルス信号Saが与えられている。
マルチプレクサ54の第1選択制御端子および第2選択制御端子には、それぞれ切替信号SEL1、SEL2が入力されている。マルチプレクサ54は、第1選択制御端子および第2選択制御端子の双方にLレベルの信号が与えられると、第1入力端子に入力された信号、つまりHレベルの信号を出力する。
マルチプレクサ54は、第1選択制御端子にHレベルの信号が与えられるとともに第2選択制御端子にLレベルの信号が与えられると第2入力端子に入力された信号、つまりパルス信号Saを出力する。マルチプレクサ54は、第1選択制御端子および第2選択制御端子の双方にHレベルの信号が与えられると第3入力端子に入力された信号、つまりLレベルの信号を出力する。マルチプレクサ54の出力信号は、スイッチSW1の制御端子に入力されている。
なお、この場合、基準電圧Vr1、Vr2は、それぞれ入力電圧VBが第1電圧値、第2電圧値であるときの検出電圧Vdに対応した電圧となるように設定されている。なお、第1電圧値および第2電圧値は、いずれも通常電圧範囲の下限付近の値となっている。
このような構成によれば、入力電圧VBが第1電圧値よりも低い期間、切替信号SEL1、SEL2がいずれもLレベルとなって、スイッチSW1が常時オンされることから、2段昇圧×1並列の回路形態となる。また、入力電圧VBが第1電圧値よりも高く且つ第2電圧値未満である期間、切替信号SEL1がHレベルとなり且つ切替信号SEL2がLレベルとなって、スイッチSW1のオンとオフが交互に繰り返される。これにより、当該期間には、2段昇圧×1並列の回路形態と、1段昇圧×2並列の回路形態とが交互に切り替えられる。なお、このような切替状態が第4の切替状態に相当する。さらに、入力電圧VBが第2電圧値以上である期間、切替信号SEL1、SEL2がいずれもHレベルとなって、スイッチSW1が常時オフされることから、1段昇圧×2並列の回路形態となる。
次に、上記構成の作用について参照して説明する。
[1]動作モードの切り替え
図11に示すように、入力電圧VBが第1電圧値よりも低い電圧値である期間(以下、低電圧時と呼ぶ)、切替信号SEL1、SEL2がいずれもLレベルとなる。そのため、低電圧時、チャージポンプ回路51は、2段昇圧×1並列の回路形態であり、駆動周波数が高速であり、且つスイッチング速度が高速である第2動作モードに切り替えられる。
[1]動作モードの切り替え
図11に示すように、入力電圧VBが第1電圧値よりも低い電圧値である期間(以下、低電圧時と呼ぶ)、切替信号SEL1、SEL2がいずれもLレベルとなる。そのため、低電圧時、チャージポンプ回路51は、2段昇圧×1並列の回路形態であり、駆動周波数が高速であり、且つスイッチング速度が高速である第2動作モードに切り替えられる。
また、入力電圧VBが第1電圧値よりも高く且つ第2電圧値より低い期間(以下、遷移期間と呼ぶ)、切替信号SEL1がHレベルとなり且つ切替信号SEL2がLレベルとなる。そのため、遷移期間、チャージポンプ回路51は、2段昇圧×1並列の回路形態と1段昇圧×2並列の回路形態とが交互に繰り返される第4動作モードに切り替えられる。この第4動作モードでは、駆動周波数が比較的低い周波数f2に設定されるとともにスイッチング速度が低速に設定される。なお、第4動作モードにおいて、駆動周波数を比較的高い周波数f1に設定するとともに、スイッチング速度を高速に設定するように変更してもよい。
さらに、入力電圧VBが第2電圧値以上である期間(以下、通常時と呼ぶ)、切替信号SEL1、SEL2がいずれもHレベルとなる。そのため、通常時、チャージポンプ回路51は、1段昇圧×2並列の回路形態であり、駆動周波数が低速であり、且つスイッチング速度が低速である第1動作モードに切り替えられる。
[2]第4動作モードにおける昇圧能力
第4動作モード時の昇圧能力、ひいては出力電圧Vboostの平均電圧値は、パルス信号Saのデューティに応じて変化する。なお、ここで言うデューティとは、図12に示すように、パルス信号Saの1周期Tに対するHレベルの期間Tonの割合のこと、つまりオンデューティのこととする。
第4動作モード時の昇圧能力、ひいては出力電圧Vboostの平均電圧値は、パルス信号Saのデューティに応じて変化する。なお、ここで言うデューティとは、図12に示すように、パルス信号Saの1周期Tに対するHレベルの期間Tonの割合のこと、つまりオンデューティのこととする。
パルス信号Saのデューティが0%の場合、常時、1段昇圧×2並列の回路形態となるため、チャージポンプ回路51の昇圧能力は第1動作モードと同程度となる。一方、パルス信号Saのデューティが100%の場合、常時、2段昇圧×2並列の回路形態となるため、チャージポンプ回路51の昇圧能力は第2動作モードと同程度のとなる。パルス信号Saのデューティが0%より高く、且つ100%未満である場合、チャージポンプ回路51の昇圧能力は、パルス信号Saのデューティが高いほど高くなり、デューティが低いほど低くなる。
以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態のチャージポンプ回路51は、第1実施形態のチャージポンプ回路1と同様、通常時には第1動作モードに切り替えられるとともに、低電圧時には第2動作モードに切り替えられる。したがって、本実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
本実施形態のチャージポンプ回路51は、第1実施形態のチャージポンプ回路1と同様、通常時には第1動作モードに切り替えられるとともに、低電圧時には第2動作モードに切り替えられる。したがって、本実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
また、本実施形態によれば、次のような効果も得られる。すなわち、チャージポンプ回路51は、第1動作モードと第2動作モードの遷移期間に、1段昇圧×2並列の回路形態と、2段昇圧×1並列の回路形態と、が交互に繰り返される動作モードである第4動作モードに切り替えられるようになっている。このような第4動作モードにおける昇圧能力は、第1動作モードにおける昇圧能力と第2動作モードにおける昇圧能力の中間程度のものとなる。したがって、本実施形態によれば、動作モードの切り替え時における出力電圧Vboostの変化量を小さく抑えることができる。
上述したように、第4動作モード時の昇圧能力はパルス信号Saのデューティに応じて変化する。そこで、第4動作モード時、パルス信号Saのデューティを段階的に切り替えることにより、チャージポンプ回路51の昇圧能力を段階的に切り替えることが可能となる。例えば、図13に示すように、第4動作モード時、パルス信号Saのデューティを75%、50%、25%という具合に3段階に切り替えれば、第4動作モード時の昇圧能力を「大」、「中」および「小」の3段階に切り替えることができる。このようにすれば、動作モードの切り替え時における出力電圧Vboostの変化量を一層小さく抑えることができる。
(その他の実施形態)
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
動作モードの切り替えは、出力電圧Vboostまたは負荷電流に基づいて行ってもよい。例えば、出力電圧Vboostの大きさに対応した検出信号を出力する検出部と、その検出信号に基づいて段数切替部、周波数切替部および速度切替部による切替動作を制御する切替制御部と、を備える構成としてもよい。この場合、切替制御部は、出力電圧Vboostが低いほど、昇圧段数を多くし、駆動周波数を高くし、且つスイッチング速度を速くするように切替動作を制御すればよい。また、出力端子Poに接続される負荷回路に流れる負荷電流の大きさに対応した検出信号を出力する検出部と、その検出信号に基づいて段数切替部、周波数切替部および速度切替部による切替動作を制御する切替制御部と、を備える構成としてもよい。この場合、切替制御部は、負荷電流が大きいほど、昇圧段数を多くし、駆動周波数を高くし、且つスイッチング速度を速くするように切替動作を制御すればよい。
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
動作モードの切り替えは、出力電圧Vboostまたは負荷電流に基づいて行ってもよい。例えば、出力電圧Vboostの大きさに対応した検出信号を出力する検出部と、その検出信号に基づいて段数切替部、周波数切替部および速度切替部による切替動作を制御する切替制御部と、を備える構成としてもよい。この場合、切替制御部は、出力電圧Vboostが低いほど、昇圧段数を多くし、駆動周波数を高くし、且つスイッチング速度を速くするように切替動作を制御すればよい。また、出力端子Poに接続される負荷回路に流れる負荷電流の大きさに対応した検出信号を出力する検出部と、その検出信号に基づいて段数切替部、周波数切替部および速度切替部による切替動作を制御する切替制御部と、を備える構成としてもよい。この場合、切替制御部は、負荷電流が大きいほど、昇圧段数を多くし、駆動周波数を高くし、且つスイッチング速度を速くするように切替動作を制御すればよい。
段数切替部5、周波数切替部4および速度切替部26、34による各切り替えは、いずれも2段階に限らずともよく、3段階以上に切り替えてもよい。
段数切替部5は、昇圧段数を2とし且つ並列数を1とする第1の切替状態(2段昇圧×1並列の回路形態)と、昇圧段数を1とし且つ並列数を2とする第2の切替状態(1段昇圧×2並列の回路形態)と、に切り替えるようになっていたが、第1および第2の切替状態における昇圧段数および並列数は適宜変更可能である。すなわち、段数切替部5は、正の整数をN、Mとするとともに2以上の整数をnとすると、少なくとも、昇圧段数をn×Nとし且つ並列数をMとする第1の切替状態と、昇圧段数をNとし且つ並列数をn×Mとする第2の切替状態とに切り替えるようにすればよい。また、段数切替部43は、さらに、昇圧段数を1とし且つ並列数を1とする第3の切替状態(1段昇圧×1並列の回路形態)に切り替えるようになっていたが、第3の切替状態における昇圧段数および並列数は適宜変更可能である。すなわち、段数切替部43は、さらに、昇圧段数をNとし且つ並列数をMとする第3の切替状態に切り替えるようにすればよい。
段数切替部5は、昇圧段数を2とし且つ並列数を1とする第1の切替状態(2段昇圧×1並列の回路形態)と、昇圧段数を1とし且つ並列数を2とする第2の切替状態(1段昇圧×2並列の回路形態)と、に切り替えるようになっていたが、第1および第2の切替状態における昇圧段数および並列数は適宜変更可能である。すなわち、段数切替部5は、正の整数をN、Mとするとともに2以上の整数をnとすると、少なくとも、昇圧段数をn×Nとし且つ並列数をMとする第1の切替状態と、昇圧段数をNとし且つ並列数をn×Mとする第2の切替状態とに切り替えるようにすればよい。また、段数切替部43は、さらに、昇圧段数を1とし且つ並列数を1とする第3の切替状態(1段昇圧×1並列の回路形態)に切り替えるようになっていたが、第3の切替状態における昇圧段数および並列数は適宜変更可能である。すなわち、段数切替部43は、さらに、昇圧段数をNとし且つ並列数をMとする第3の切替状態に切り替えるようにすればよい。
駆動回路6、7の具体的な構成は、図2および図3に示した構成に限らずともよく、スイッチング速度を切り替える機能を有する構成であれば適宜変更可能である。例えば、出力段に駆動用スイッチング素子を複数並列に設け、駆動する駆動用スイッチング素子の数を変更することによりスイッチング速度を切り替える構成であってもよい。また、図2および図3では、駆動回路6、7の出力振幅の最大値を制限するためにツェナーダイオードZD2が設けられているが、その他の構成により出力振幅の最大値を制限してもよい。さらに、入力電圧VB、出力電圧Vboostの電圧値などに応じて、制限する値を切り替えるような構成を採用してもよい。なお、駆動回路6、7の出力振幅の最大値を制限する必要が無ければ、それを制限するための構成(ツェナーダイオードZD2など)を省くことも可能である。
昇圧回路を構成する複数のスイッチング素子としては、ダイオードD1〜D5に限らずともよく、例えばMOSトランジスタなどのスイッチング素子に置き換えてもよい。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
1、41、51…チャージポンプ回路、2…検出部、3、42…切替制御部、4…周波数切替部、5、43、52…段数切替部、6、7、21、31…駆動回路、10…反転バッファ、11〜13…昇圧回路、26、34…速度切替部、27、35…駆動部、C1、C2…コンデンサ、D1〜D5…ダイオード、Qn1、Qn2…駆動用スイッチング素子。
Claims (9)
- 入力端子(Pi)および出力端子(Po)の間に接続可能な複数の昇圧回路(11〜13)を備え、前記入力端子を通じて入力される入力電圧を昇圧して前記出力端子を介して出力するチャージポンプ回路(1、41、51)であって、
前記昇圧回路は、複数のスイッチング素子(D1〜D5)と、前記複数のスイッチング素子同士が接続された接続点に対して一方の端子が接続されたコンデンサ(C1、C2)とを備えた構成であり、
前記コンデンサの他方の端子の接続状態を切り替える駆動用スイッチング素子(Qn1、Qn2)を備え、駆動信号に基づいて前記駆動用スイッチング素子を駆動することにより前記コンデンサの他方の端子に第1の電圧と第2の電圧を交互に印加する駆動回路(6、7、21、31)と、
前記入力端子および前記出力端子の間に直列に接続される前記昇圧回路の段数である昇圧段数と、前記入力端子および前記出力端子の間に並列に接続される前記昇圧回路の数である並列数と、を切り替える段数切替部(5、43、52)と、
前記駆動信号の周波数である駆動周波数を切り替える周波数切替部(4)と、
前記駆動回路の前記駆動用スイッチング素子をスイッチングする速度であるスイッチング速度を切り替える速度切替部(26、34)と、
前記入力電圧、前記出力端子の電圧である出力電圧または前記出力端子に接続される負荷の大きさに対応した検出信号を出力する検出部(2)と、
前記検出信号に基づいて、前記段数切替部、前記周波数切替部および前記速度切替部による切替動作を制御する切替制御部(3、42)と、
を備えるチャージポンプ回路。 - 前記切替制御部は、前記検出信号に基づいて、前記入力電圧または前記出力電圧が低いほど、もしくは、前記負荷が大きいほど、前記昇圧段数を多くし、前記駆動周波数を高くし、且つ前記スイッチング速度を速くするように、前記切替動作を制御する請求項1に記載のチャージポンプ回路。
- 前記段数切替部は、正の整数をN、Mとするとともに2以上の整数をnとすると、少なくとも、前記昇圧段数をn×Nとし且つ前記並列数をMとする第1の切替状態と、前記昇圧段数をNとし且つ前記並列数をn×Mとする第2の切替状態と、に切り替える請求項1または2に記載のチャージポンプ回路。
- 前記段数切替部(43)は、さらに、前記昇圧段数をNとし且つ前記並列数をMとする第3の切替状態に切り替える請求項3に記載のチャージポンプ回路。
- 前記段数切替部(52)は、さらに、前記第1の切替状態と前記第2の切替状態とを交互に繰り返す第4の切替状態に切り替える請求項3または4に記載のチャージポンプ回路。
- さらに、前記入力端子および前記出力端子の間に並列接続された複数の前記昇圧回路のうち少なくとも2つに対応する前記駆動回路について、互いの前記駆動信号の位相を異ならせる位相変更部(10)を備えている請求項1から5のいずれか一項に記載のチャージポンプ回路。
- 前記位相変更部は、前記段数切替部が前記並列数を2とした場合、前記入力端子および前記出力端子の間に並列接続された2つの前記昇圧回路に対応する2つの前記駆動回路の互いの前記駆動信号の位相を180度異ならせる請求項6に記載のチャージポンプ回路。
- 前記入力電圧は、車両に搭載されたバッテリから供給されるバッテリ電圧であり、
前記検出部は、前記入力電圧に対応した検出信号を出力する請求項1から7のいずれか一項に記載のチャージポンプ回路。 - 前記駆動回路は、前記駆動信号に基づいて前記駆動用スイッチング素子を駆動する駆動部(27、35)を備え、
前記速度切替部は、前記駆動部の駆動能力を切り替えることにより前記スイッチング速度を切り替える請求項1から8のいずれか一項に記載のチャージポンプ回路。
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