JP4122978B2 - Booster circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チャージポンプ方式の昇圧回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
チャージポンプ回路は、ダイオードを介して複数段に設けられたコンデンサの接続状態を、例えば100kHz程度の周波数でスイッチングすることにより、コンデンサへの電荷の充電と次段のコンデンサへの電荷の移送とを順次行って昇圧するようになっている。この昇圧動作時にコンデンサに流れる急峻な充放電電流は、チャージポンプ回路の電圧入力端子を通してノイズとなって外部に放出される。
【0003】
このノイズを低減する一手段が特許文献1に開示されている。この昇圧回路は、充放電回路と補助充放電回路とを備え、昇圧回路の起動時には、充放電回路と補助充放電回路とを並列動作させ、駆動回路(ゲート回路)のドライブ能力を大きくして、コンデンサの充電時間を短縮し、他方、大きなドライブ能力を要求されない定常状態では、充放電回路を単独動作させることにより、起動時に比してドライブ能力を低下させて消費電力のロスやノイズを低減している。つまり、本手段は、起動能力を確保しつつノイズの低減を図ったものである。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−69747号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、チャージポンプ回路が車載電子制御装置に用いられているような場合、チャージポンプ回路の入力電圧はバッテリ電圧に応じて大きく変動するという事情がある。この場合、チャージポンプ回路に所定の負荷が接続された状態で、バッテリ電圧が動作保証上の最小入力電圧(例えば4.5V)となった時であっても、チャージポンプ回路は所定の電圧値(例えば12V)以上の昇圧電圧を出力しなければならない。
【0006】
従来のチャージポンプ回路は、このような最も昇圧し辛い条件を想定して設計されているため、バッテリ電圧が標準的な範囲内(例えば12V程度)にあると昇圧能力が過大となり、発生するノイズが増大する問題がある。特に、チャージポンプ回路が車載電子制御装置に用いられている場合、上記ノイズはAM帯のラジオノイズとなるためより深刻な問題となる。
【0007】
そこで、従来は、チャージポンプ回路の入力電源ラインにリアクトルやコンデンサからなるフィルタを挿入することにより、ノイズの放出を抑制していた。しかし、ノイズを有効に遮断するためには大きなインダクタンスや静電容量が必要となるため、フィルタを構成する電子部品のサイズが大きくなり、実装上の問題が生じていた。
【0008】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、入力電圧の変動にかかわらず所定の昇圧電圧を得ることができるとともに、ノイズフィルタを付加することなく発生ノイズを低減できる昇圧回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載した手段によれば、ダイオード同士の共通接続点に接続された各コンデンサの他端子に、第1の電圧と第2の電圧とが交互に印加されることにより、各コンデンサへの電荷の充電と次段のコンデンサへの電荷の移送とが順次行われ、チャージポンプ方式による昇圧が行われる。この場合、駆動回路は、電圧出力端子に所定の負荷が接続された状態で電圧入力端子の電圧が所定の最小入力電圧である場合であっても、所定電圧以上に昇圧可能な最大駆動能力を備えている。このため、入力電圧が変動する場合であっても、最小入力電圧までの低下であれば、所定の昇圧電圧を得ることができる。
【0010】
そして、駆動能力調整手段は、電圧検出回路により検出された入力電圧が高いほど駆動回路の駆動能力を低下させることにより、前記電圧入力端子に与えられるバッテリ電圧が高いときにAM帯のラジオノイズを低減させるので、入力電圧が最小入力電圧よりも高い電圧となっても駆動回路の駆動能力が過大になることを防止でき、当該昇圧回路からのAM帯のラジオノイズ発生量を低減することができる。本手段は、発生したAM帯のラジオノイズを除去するのではなく、AM帯のラジオノイズの発生自体を抑えるものであり、従来用いていたようなフィルタを付加する必要がない。本昇圧回路は、車両に搭載された電子制御装置において用いられるものなので、利用者はクリアな音でラジオの音声を聞くことができるようになる。
【0011】
請求項2に記載した手段によれば、駆動能力調整手段は、検出電圧が高いほど、各コンデンサの他端子の接続状態を切り替える際のスイッチング周波数を下げる。スイッチング周波数が下がると、駆動回路の駆動能力が抑制されてノイズ量が低減することに加え、ノイズの高調波成分が全体的に低周波数側にシフトするため、ノイズの主要な周波数成分を例えばラジオのAM帯からずらすことができ、車載電子制御装置などにおいてラジオノイズについて大きな低減効果が得られる。
【0012】
請求項3に記載した手段によれば、駆動能力調整手段は、検出電圧が高くなるのに応じてスイッチング周波数を段階的に低下させるため、ディジタル回路として構成し易くなるなどの利点がある。
【0013】
請求項4に記載した手段によれば、駆動能力調整手段は、検出した入力電圧が所定のしきい値以上であるかどうかに応じてスイッチング周波数を2段階に調整する。本手段によれば、駆動能力調整手段の回路構成が比較的簡単となり、従来の昇圧回路に対して追加的な適用が容易となる。
【0014】
請求項5に記載した手段によれば、駆動能力調整手段は、検出電圧に応じてスイッチング周波数を連続的に調整するので、入力電圧にかかわらず常に駆動回路の駆動能力を必要最小限に調整することが可能となる。
【0015】
請求項6に記載した手段によれば、ダイオード同士の共通接続点に接続された各コンデンサの他端子に、第1の電圧と第2の電圧とが交互に印加されることにより、各コンデンサへの電荷の充電と次段のコンデンサへの電荷の移送とが順次行われ、チャージポンプ方式による昇圧が行われる。この場合、駆動回路は、電圧出力端子に所定の負荷が接続された状態で電圧入力端子の電圧が所定の最小入力電圧である場合であっても、所定電圧以上に昇圧可能な最大駆動能力を備えている。このため、入力電圧が変動する場合であっても、最小入力電圧までの低下であれば、所定の昇圧電圧を得ることができる。
そして、駆動能力調整手段は、電圧検出回路により検出された入力電圧が高いほど駆動回路の駆動能力を低下させるので、入力電圧が最小入力電圧よりも高い電圧となっても駆動回路の駆動能力が過大になることを防止でき、当該昇圧回路からのノイズ発生量を低減することができる。本手段は、発生したノイズを除去するのではなく、ノイズの発生自体を抑えるものであり、従来用いていたようなフィルタを付加する必要がない。
一対のFETを介して各コンデンサの他端子に与えられる第1、第2の電圧はそれぞれ入力電圧、グランド電圧となる。この場合、FETは同一導電型(例えばNチャネル型)を用いているため、電圧入力端子側のFETがオンするには入力電圧よりもFETのしきい値電圧以上高いゲート電圧が必要となる。本手段では、このゲート電圧として当該昇圧回路自身が生成した昇圧電圧を用いているので、別に昇圧回路を設ける必要がなく、回路構成を簡単化できる。
【0016】
請求項7に記載した手段によれば、電圧入力端子から各コンデンサに至る充電経路に介在するダイオードの数を実質的に減らすことができ、昇圧開始前に入力電圧により各コンデンサに充電される初期電圧を高めることができる。その結果、昇圧開始時において、電圧入力端子側のFETに対してより高いゲート電圧を与えることができるため、その分低い入力電圧からFETのオンオフ動作ひいては昇圧回路の昇圧動作を行うことができるようになる。
【0017】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図1および図2を参照しながら説明する。
図1は、チャージポンプ回路の電気的構成を示している。このチャージポンプ回路1(昇圧回路に相当)は、例えば車両に搭載された電子制御装置において、ハイサイドスイッチとして機能するNチャネル型MOSトランジスタM1のゲート電圧を生成するために用いられるものである。チャージポンプ回路1のうち後述するコンデンサC1〜C4を除く回路部分は、図示しない制御用ICの一部として構成されている。
【0018】
チャージポンプ回路1の入力端子2(電圧入力端子に相当)、入力端子3には、図示しないバッテリの正極端子、負極端子からイグニッションスイッチなどを介してバッテリ電圧VBが印加されるようになっている。この入力電圧であるバッテリ電圧VBの公称電圧は12Vであるが、バッテリの使用期間、使用状態、車両の状態などにより大きく変化する。
【0019】
チャージポンプ回路1の出力端子4(電圧出力端子に相当)には、上記トランジスタM1のゲートが接続されている。トランジスタM1のドレインにはバッテリ電圧VBが印加されるようになっており、ソースと出力端子5との間にはソレノイド6が接続されるようになっている。なお、図1では、チャージポンプ回路1の負荷として1つのトランジスタM1のみを示しているが、実際には複数のNチャネル型MOSトランジスタのゲートが接続されている。
【0020】
このチャージポンプ回路1は、出力端子4に負荷としてのトランジスタM1等が接続された状態で、入力電圧(バッテリ電圧VB)が最小入力電圧である4.5Vにまで低下しても、所定電圧例えば(VB+8V)に近い出力電圧(昇圧電圧Vo)を出力できるような最大能力を有している。
【0021】
さて、入力端子2と出力端子4との間には、入力端子2側をアノードとしてダイオードD1、D2、D3、D4が直列に接続されている。そして、ダイオードD1とD2との共通接続点、ダイオードD2とD3との共通接続点、ダイオードD3とD4との共通接続点をそれぞれノードNa、Nb、Ncとすれば、入力端子2とノードNbとの間、入力端子2とノードNcとの間に、それぞれ入力端子2側をアノードとしてダイオードD5、D6が接続されている。ノードNa、Nb、Ncには、それぞれコンデンサC1、C2、C3の各一端子が接続されており、これらコンデンサC1、C2、C3の各他端子には、駆動回路7により所定電圧が与えられるようになっている。なお、出力端子4、5間には平滑用のコンデンサC4が接続されている。
【0022】
駆動回路7は以下のように構成されている。すなわち、入力端子2に繋がる電源線8と入力端子3に繋がる電源線9(グランド線)との間には、Nチャネル型MOSトランジスタM2とM3およびM4とM5がそれぞれ直列に接続されている。トランジスタM2のソースとトランジスタM3のドレインとの共通接続点であるノードNdは、上記コンデンサC1、C3の各他端子に接続されており、トランジスタM4のソースとトランジスタM5のドレインとの共通接続点であるノードNeは、上記コンデンサC2の他端子に接続されている。
【0023】
トランジスタM2のゲートと電源線9との間には、Nチャネル型MOSトランジスタM6が接続されており、さらにトランジスタM2のゲートは抵抗R1を介して上記ノードNbに接続されている。同様に、トランジスタM4のゲートと電源線9との間には、Nチャネル型MOSトランジスタM7が接続されており、さらにトランジスタM4のゲートは抵抗R2を介して上記ノードNcに接続されている。ここで、トランジスタM2、M3、M6および抵抗R1により駆動回路7aが構成され、トランジスタM4、M5、M7および抵抗R2により駆動回路7bが構成される。
【0024】
トランジスタM3とM6のゲートは共通に接続されており、後述する発振回路10からゲート信号g1が与えられるようになっている。同様に、トランジスタM5とM7のゲートも共通に接続されており、ゲート信号g1をインバータ11により反転したゲート信号g2が与えられるようになっている。駆動回路7で用いられるトランジスタM2〜M7(スイッチング素子に相当)は、高耐圧を有するパワーMOSFETである。
【0025】
電圧検出回路12は、入力端子2、3間の入力電圧(バッテリ電圧VB)を分圧した検出電圧Vbを出力する回路である。発振回路10(駆動能力調整手段に相当)は、検出電圧Vbに基づいてゲート信号g1の周波数を2段階に切り替えるもので、具体的には図2に示す電気的構成となっている。すなわち、コンパレータ13は、基準電圧Vref を抵抗R3、R4で分圧して得た切替基準電圧Va(しきい値に相当)と上記検出電圧Vbとを比較するようになっており、分周回路15は、CR発振回路14から出力されるクロックをコンパレータ13の出力電圧レベルに応じて分周したゲート信号g1を出力するようになっている。
【0026】
このチャージポンプ回路1は昇圧電圧Voについてオープンループ制御であるため、昇圧電圧Voが過大になる虞がある。そこで、電源線8と出力端子4との間には、8VのツェナーダイオードD7とダイオードD8と抵抗R5との直列回路からなるクランプ回路16が接続されている。
【0027】
次に、本実施形態の作用について説明する。
まず、チャージポンプ回路1の基本動作について説明する。車両のイグニッションスイッチ(図示せず)がオンされるなどして入力端子2、3間にバッテリ電圧VBが印加されると、コンデンサC1〜C4に初期電荷が充電される。このとき、コンデンサC1へはダイオードD1を介して充電され、コンデンサC2へはダイオードD5を介して充電され、コンデンサC3へはダイオードD6を介して充電される。すなわち、ダイオードD5、D6を設けたことにより、コンデンサC2の電圧(ノードNbの電圧)およびコンデンサC3の電圧(ノードNcの電圧)はともにVB−Vf(Vf:ダイオードの順方向電圧)となり、ダイオードD5、D6を設けない従来構成に比べVfまたは2・Vfだけ高い初期電圧を得ることができる。
【0028】
これは、本実施形態ではノードNb、Ncの電圧をそれぞれトランジスタM2、M4のゲート電圧として用いているため、昇圧開始時においてより高いゲート電圧を確保して、バッテリ電圧VBが最小入力電圧(4.5V)であってもトランジスタM2、M4を確実にオン駆動できるように工夫したものである。
【0029】
駆動回路7において、ゲート信号g1により駆動されるトランジスタM2、M3、M6とゲート信号g2により駆動されるトランジスタM4、M5、M7とは相補的に動作する。また、トランジスタM3とM6がオンするとトランジスタM2がオフとなり、同様にトランジスタM5とM7がオンするとトランジスタM4がオフとなる。つまり、トランジスタM2とM3およびトランジスタM4とM5はそれぞれ相補的に動作する。発振回路10内のCR発振回路14がクロックの発振を開始して、ゲート信号g1の出力を開始した後の動作は以下のようになる。なお、入力電圧(バッテリ電圧VB)が本発明でいう第1の電圧に相当し、グランド電圧が本発明でいう第2の電圧に相当する。
【0030】
▲1▼ トランジスタM3、M4:オン、トランジスタM2、M5:オフ
入力端子2から電源線8、ダイオードD1、コンデンサC1、トランジスタM3、電源線9、入力端子3を介して充電電流が流れ、コンデンサC1が充電される。
【0031】
▲2▼ トランジスタM3、M4:オフ、トランジスタM2、M5:オン
入力端子2から電源線8、トランジスタM2、コンデンサC1、ダイオードD2、コンデンサC2、トランジスタM5、電源線9、入力端子3を介して充電電流が流れ、コンデンサC1の充電電荷がダイオードD2を通して次段のコンデンサC2に移される。この過程で昇圧が行われる。
【0032】
▲3▼ トランジスタM3、M4:オン、トランジスタM2、M5:オフ
入力端子2から電源線8、トランジスタM4、コンデンサC2、ダイオードD3、コンデンサC3、トランジスタM3、電源線9、入力端子3を介して充電電流が流れ、コンデンサC2の充電電荷がダイオードD3を通して次段のコンデンサC3に移される。この過程でも昇圧が行われる。
【0033】
すなわち、チャージポンプ回路1の昇圧電圧Voは、出力電流をIout 、ゲート信号g1、g2の周波数(スイッチング周波数に相当)をf、コンデンサC1〜C4の容量をCとすれば、次の(1)式で示すようになる。
Vo=3・(VB−Vf)−Vf
−((3・Iout )/(C・f))+VB …(1)
【0034】
ここで、第1項は上述の▲2▼、▲3▼の昇圧動作によるもので、第2項はダイオードD1の順方向電圧のロスで、第3項は出力電流Iout による電圧低下分を表している。この(1)式をさらに一般化すると、昇圧段数をN、一段あたりのスイング電圧をVφとして次の(2)式のようになる。スイング電圧Vφとは、本発明でいう第1の電圧と第2の電圧との差電圧である。
Vo=N・(Vφ−Vf)−Vf
−((N・Iout )/(C・f))+VB …(2)
【0035】
これら(1)式、(2)式によれば、昇圧電圧Voは、昇圧段数Nおよびバッテリ電圧VB(スイング電圧Vφ)に比例して増加し、出力電流Iout が増加し周波数fが下がるほど低下することが分かる。
【0036】
さて、発振回路10内のコンパレータ13は、検出電圧Vbと切替基準電圧Vaとを常時比較している。切替基準電圧Vaは、バッテリ電圧VBの10Vに相当する電圧に設定されており、コンパレータ13は、バッテリ電圧VBが10Vよりも低下するとLレベルを出力し、バッテリ電圧VBが10V以上になるとHレベルを出力する。
【0037】
分周回路15は、コンパレータ13の出力レベルがLレベルになると、分周比を小さく設定して比較的高い周波数f1(第1の周波数に相当、一例として100kHz)のゲート信号g1を出力する。周波数f1は、バッテリ電圧VBが最小入力電圧である4.5Vにまで低下しても、12Vの昇圧電圧Voを出力できる最大能力が得られるような周波数である。この場合、コンデンサC1〜C4に流れる急峻な充放電電流が大きくなるとともに周波数f1の主要な高調波成分がラジオのAM帯(530kHz〜1620kHz)と重なるため、ラジオノイズは低減されない。しかしながら、バッテリ電圧VBが10Vよりも低下した状態は、通常の車両使用時にはほとんど生じないため、ラジオノイズが増加したとしても車両の利用者に与える影響は小さい。
【0038】
これに対し、分周回路15は、コンパレータ13の出力レベルがHレベルになると、分周比を大きく設定して比較的低い周波数f2(第2の周波数に相当、一例として数十kHz)のゲート信号g1を出力する。周波数f2は、バッテリ電圧VBが10Vの時に、所定電圧であるVB+8V=18Vの昇圧電圧Voを出力できる能力が得られるような周波数である。この場合、コンデンサC1〜C4に流れる急峻な充放電電流は小さくなるとともに、周波数f2の主要な高調波成分がラジオのAM帯から低周波数側にずれるため、ラジオノイズは減少する。通常の車両使用時においては、バッテリ電圧VBは10Vよりも高いため、利用者はクリアな音でラジオの音声を聞くことができるようになる。
【0039】
なお、バッテリ電圧VBが高くなるに従って昇圧電圧VoはVB+8Vを超えてさらに上昇する。しかし、昇圧電圧VoがほぼVB+9Vに達するとクランプ回路16に電流が流れてそれ以上の電圧上昇が抑えられるので、チャージポンプ回路1の構成部品および出力端子4に繋がるトランジスタM1等の耐圧を超える昇圧電圧Voが生成されることはない。
【0040】
以上説明したように、本実施形態のチャージポンプ回路1は、入力電圧(バッテリ電圧VB)を検出し、その入力電圧の大きさが所定のしきい値である10V以上になるとトランジスタM2〜M7のスイッチング周波数を下げて駆動回路7の駆動能力を低下させるので、チャージポンプ回路1から外部に放出されるノイズ量を低減できる。また、ノイズの周波数帯が低周波側にシフトするため、ノイズの主要な周波数成分をラジオのAM帯からずらすことができ、ラジオノイズについても大きな低減効果が得られる。
【0041】
このチャージポンプ回路1は、発生したノイズを除去するのではなく、ノイズの発生自体を抑えるものである。このため、従来用いていたようなリアクトルやコンデンサからなるフィルタを付加する必要がなくなり、小型化、低コスト化が図られる。また、入力電圧が10V未満になって昇圧能力が不足する場合には、トランジスタM2〜M7のスイッチング周波数を上げるため、所定電圧であるVB+8Vの昇圧電圧Voを出力することができる。
【0042】
さらに、上述したように駆動回路7の駆動能力を2段階に調整しあるいはフィルタ構成部品を削除することにより、チャージポンプ回路1での電力損失を低減でき、従来よりも効率を高める効果も得られる。また、従来構成に対し新たに追加する電圧検出回路12および発振回路10内のコンパレータ13や分周回路15は、回路規模が小さくIC化またはディスクリートでの付加が容易であるため、従来構成からの回路変更が容易となる。
【0043】
本実施形態で用いた駆動回路7においては、全てNチャネル型のMOSトランジスタを用いているので、チップ面積およびオン抵抗の面で有利である。また、自ら昇圧した電圧をゲート電圧として利用しているので、別に昇圧回路を設ける必要がなく回路構成を簡単化できる。
【0044】
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について図3および図4を参照しながら説明する。
図3は、チャージポンプ回路の電気的構成を示すもので、図1と同一構成部分には同一符号を付して示している。このチャージポンプ回路17の駆動回路18は、コンデンサC1、C3の他端子を駆動するための駆動回路18a1、18a2と、コンデンサC2の他端子を駆動するための駆動回路18b1、18b2とを有している。ここで、駆動回路18a1、18b1は、それぞれ図1に示す駆動回路7a、7bと同一回路であって、便宜上符号を付け替えたものである。
【0045】
駆動回路18a2は、駆動回路18a1と同様の回路形態を持ち、電源線8、9間に直列接続されたトランジスタM8、M9、トランジスタM8のゲートと電源線9との間に接続されたトランジスタM12、およびトランジスタM8のゲートとノードNbとの間に接続された抵抗R6から構成されている。駆動回路18b2も、同様にして電源線8、9間に直列接続されたトランジスタM10、M11、トランジスタM10のゲートと電源線9との間に接続されたトランジスタM13、およびトランジスタM10のゲートとノードNcとの間に接続された抵抗R7から構成されている。
【0046】
駆動制御回路19a(駆動能力調整手段に相当)は、後述する電圧検出回路20からの切替信号ScがLレベルの場合にあっては、ゲート信号g1をゲート信号g3、g4としてトランジスタM9、M12に対し出力し、切替信号ScがHレベルの場合にあっては、ゲート信号g3をLレベル、ゲート信号g4をHレベルとする。一方、駆動制御回路19b(駆動能力調整手段に相当)も、切替信号ScがLレベルの場合にあっては、ゲート信号g2をゲート信号g5、g6としてトランジスタM11、M13に対し出力し、切替信号ScがHレベルの場合にあっては、ゲート信号g5をLレベル、ゲート信号g6をHレベルとする。
【0047】
発振回路21は、CR発振回路を備えており、その発振周波数は一定(例えば100kHz)である。電圧検出回路20は、図4に示すように、入力端子2、3間の電圧を分圧して検出する抵抗R8、R9と、切替基準電圧Vaを生成するための抵抗R10、R11と、検出電圧と切替基準電圧Vaとを比較するコンパレータ22とから構成されている。
【0048】
本実施形態におけるスイッチング周波数、トランジスタM2〜M13のトランジスタサイズ等は、後述する駆動能力(昇圧特性)を満足するような値に設定されている。例えばトランジスタサイズを調整することにより、駆動回路18a1、18a2、18b1、18b2の各駆動能力、ひいては駆動回路18a1と18a2との能力比、駆動回路18b1と18b2との能力比を所望する値に設定することができる。
【0049】
次に、本実施形態の作用について説明する。
入力電圧であるバッテリ電圧VBが10Vよりも低下すると、電圧検出回路20はLレベルの切替信号Scを出力する。この場合、トランジスタM3、M6、M9、M12にはゲート信号g1が与えられ、トランジスタM5、M7、M11、M13にはゲート信号g2が与えられる。このため、駆動回路18a1と18a2および駆動回路18b1と18b2はそれぞれ並列動作を行い、最大駆動能力によりコンデンサC1〜C3の充放電動作を行う。その結果、より大きな充放電電流を流すことが可能となり、バッテリ電圧VBが最小入力電圧である4.5Vにまで低下しても、12Vの昇圧電圧Voを出力できるようになる。
【0050】
これに対し、バッテリ電圧VBが10V以上になると、電圧検出回路20はHレベルの切替信号Scを出力する。この場合、トランジスタM8、M9、M10、M11がオフとなり、駆動回路18a2と18b2は駆動動作を停止する。このため、駆動回路18a1と18b1のみがそれぞれ単独で駆動動作を行い、上記最大駆動能力に比べて低い駆動能力によりコンデンサC1〜C3の充放電動作を行う。この駆動能力は、バッテリ電圧VBが10Vの時に、所定電圧であるVB+8V=18Vの昇圧電圧Voを出力できるような駆動能力である。
【0051】
本実施形態によれば、駆動回路18a1と18a2および駆動回路18b1と18b2をそれぞれ並列動作させるモードと駆動回路18a1および18b1を単独動作させるモードとを備え、入力されたバッテリ電圧VBに応じて両動作モードを切り替えることにより、駆動回路18の駆動能力を調整するようになっている。従って、バッテリ電圧VBが最小入力電圧(4.5V)以上であればほぼVB+8Vの所定の昇圧電圧Voを出力できるとともに、バッテリ電圧VBが上昇した場合にはコンデンサC1〜C3の充放電電流を抑制して、発生するノイズ量を低減することができる。その結果、第1の実施形態と同様に、小型化、低コスト化、高効率化などが図られる。
【0052】
(その他の実施形態)
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
チャージポンプ回路1、17は、車載電子制御装置に限られず、昇圧電圧を必要とする他の装置にも適用可能である。
各コンデンサの他端子に与える第1の電圧と第2の電圧は、入力電圧(バッテリ電圧VB)とグランド電圧に限られない。
スイッチング素子は、FETに限らずバイポーラトランジスタやIGBTであっても良い。
【0053】
第1の実施形態で示したスイッチング周波数を可変する手段と、第2の実施形態で示した駆動装置の動作モードを切り替える手段とを組み合わせても良い。また、第1の実施形態において、入力電圧に応じてスイッチング周波数fを3段階以上に切り替えるように構成しても良い。また、入力電圧に応じてスイッチング周波数fを連続的に変化させるように構成しても良い。切り替える段階数を増やしあるいは連続的に変化させることにより、駆動回路の駆動能力を必要最小限の値に近づけることができ、発生ノイズを一層低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態を示すチャージポンプ回路の電気的構成図
【図2】 発振回路の電気的構成図
【図3】 本発明の第2の実施形態を示す図1相当図
【図4】 電圧検出回路の電気的構成図
【符号の説明】
1、17はチャージポンプ回路(昇圧回路)、2は入力端子(電圧入力端子)、4は出力端子(電圧出力端子)、7、7a、7b、18、18a1、18a2、18b1、18b2は駆動回路、10は発振回路(駆動能力調整手段)、12、20は電圧検出回路、19a、19bは駆動制御回路(駆動能力調整手段)、M2〜M13はMOSトランジスタ(FET、スイッチング素子)、D1〜D6はダイオード、C1〜C4はコンデンサである。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charge pump type booster circuit.
[0002]
[Prior art]
The charge pump circuit switches the connection state of capacitors provided in a plurality of stages via diodes, for example, at a frequency of about 100 kHz, thereby charging the capacitor and transferring the charge to the next-stage capacitor. The pressure is increased sequentially. The steep charge / discharge current flowing through the capacitor during the boosting operation is discharged to the outside as noise through the voltage input terminal of the charge pump circuit.
[0003]
One means for reducing this noise is disclosed in Patent Document 1. This booster circuit includes a charge / discharge circuit and an auxiliary charge / discharge circuit. When the booster circuit is started, the charge / discharge circuit and the auxiliary charge / discharge circuit are operated in parallel to increase the drive capability of the drive circuit (gate circuit). In the steady state where a large drive capacity is not required, the charge time of the capacitor is shortened. On the other hand, by operating the charge / discharge circuit independently, the drive capacity is reduced compared to the start-up, reducing power consumption loss and noise. is doing. That is, this means is intended to reduce noise while ensuring the starting ability.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-69747 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the charge pump circuit is used in an in-vehicle electronic control device, there is a situation that the input voltage of the charge pump circuit greatly varies depending on the battery voltage. In this case, even when the battery voltage reaches the minimum input voltage (for example, 4.5 V) for guaranteeing operation in a state where a predetermined load is connected to the charge pump circuit, the charge pump circuit has a predetermined voltage value. A boosted voltage of 12V or more (for example, 12V) must be output.
[0006]
Since the conventional charge pump circuit is designed assuming such a condition that it is difficult to boost, the boosting capability becomes excessive when the battery voltage is within a standard range (for example, about 12V), and noise generated There is a problem that increases. In particular, when the charge pump circuit is used in an on-vehicle electronic control device, the noise becomes a more serious problem because it becomes radio noise in the AM band.
[0007]
Therefore, conventionally, noise emission is suppressed by inserting a filter including a reactor and a capacitor in the input power supply line of the charge pump circuit. However, in order to effectively block noise, a large inductance and electrostatic capacity are required, so that the size of electronic components constituting the filter is increased, resulting in a mounting problem.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a booster circuit capable of obtaining a predetermined boosted voltage regardless of fluctuations in input voltage and reducing generated noise without adding a noise filter. It is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the means described in claim 1, the first voltage and the second voltage are alternately applied to the other terminal of each capacitor connected to the common connection point between the diodes. Are sequentially charged and transferred to the next-stage capacitor, and boosted by a charge pump system. In this case, the drive circuit has a maximum drive capability capable of boosting to a predetermined voltage or higher even when the voltage at the voltage input terminal is a predetermined minimum input voltage with a predetermined load connected to the voltage output terminal. I have. For this reason, even if the input voltage fluctuates, a predetermined boosted voltage can be obtained as long as the input voltage decreases to the minimum input voltage.
[0010]
  The drive capability adjusting means reduces the drive capability of the drive circuit as the input voltage detected by the voltage detection circuit is higher.This reduces the AM band radio noise when the battery voltage applied to the voltage input terminal is high.Therefore, even if the input voltage is higher than the minimum input voltage, it is possible to prevent the drive circuit from being excessively driven.AM band radioThe amount of noise generation can be reduced. This means occurredAM band radioRather than removing noiseAM band radioIt suppresses the generation of noise itself, and there is no need to add a filter as used conventionally.Since the booster circuit is used in an electronic control device mounted on a vehicle, the user can listen to the radio sound with a clear sound.
[0011]
According to the means described in claim 2, the drive capability adjusting means lowers the switching frequency when switching the connection state of the other terminals of the capacitors as the detection voltage is higher. When the switching frequency is lowered, the drive capability of the drive circuit is suppressed and the amount of noise is reduced. In addition, the harmonic components of the noise are shifted to the lower frequency side as a whole. This can be shifted from the AM band, and a radio noise can be greatly reduced in an in-vehicle electronic control device or the like.
[0012]
According to the means described in claim 3, the drive capacity adjusting means has an advantage that it is easy to configure as a digital circuit because the switching frequency is lowered stepwise as the detection voltage increases.
[0013]
According to the means described in claim 4, the driving ability adjusting means adjusts the switching frequency in two steps according to whether or not the detected input voltage is equal to or higher than a predetermined threshold value. According to this means, the circuit configuration of the drive capacity adjusting means becomes relatively simple, and additional application to the conventional booster circuit becomes easy.
[0014]
According to the means described in claim 5, since the driving capacity adjusting means continuously adjusts the switching frequency according to the detected voltage, the driving capacity of the driving circuit is always adjusted to the minimum necessary regardless of the input voltage. It becomes possible.
[0015]
According to the means described in claim 6,By alternately applying the first voltage and the second voltage to the other terminal of each capacitor connected to the common connection point between the diodes, the charge to each capacitor is charged and the capacitor to the next stage capacitor is charged. Charge transfer is sequentially performed, and boosting by a charge pump method is performed. In this case, the drive circuit has a maximum drive capability capable of boosting to a predetermined voltage or higher even when the voltage at the voltage input terminal is a predetermined minimum input voltage with a predetermined load connected to the voltage output terminal. I have. For this reason, even if the input voltage fluctuates, a predetermined boosted voltage can be obtained as long as the input voltage decreases to the minimum input voltage.
The drive capability adjusting means lowers the drive capability of the drive circuit as the input voltage detected by the voltage detection circuit is higher, so that the drive capability of the drive circuit is maintained even when the input voltage becomes higher than the minimum input voltage. It can be prevented from becoming excessive, and the amount of noise generated from the booster circuit can be reduced. This means does not remove the generated noise but suppresses the generation of noise itself, and it is not necessary to add a filter as used conventionally.
  The first and second voltages applied to the other terminal of each capacitor via a pair of FETs are an input voltage and a ground voltage, respectively. In this case, since the FETs have the same conductivity type (for example, N channel type), a gate voltage higher than the threshold voltage of the FET is required to turn on the FET on the voltage input terminal side. In this means, since the boosted voltage generated by the booster circuit itself is used as the gate voltage, it is not necessary to provide a separate booster circuit, and the circuit configuration can be simplified.
[0016]
According to the means described in claim 7, the number of diodes interposed in the charging path from the voltage input terminal to each capacitor can be substantially reduced, and the initial charging of each capacitor by the input voltage before the start of boosting. The voltage can be increased. As a result, at the start of boosting, a higher gate voltage can be applied to the FET on the voltage input terminal side, so that the FET can be turned on / off, and hence the boosting operation of the booster circuit can be performed from a lower input voltage. become.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 shows the electrical configuration of the charge pump circuit. This charge pump circuit 1 (corresponding to a booster circuit) is used for generating a gate voltage of an N-channel MOS transistor M1 functioning as a high-side switch, for example, in an electronic control device mounted on a vehicle. The circuit portion of the charge pump circuit 1 excluding capacitors C1 to C4 described later is configured as a part of a control IC (not shown).
[0018]
A battery voltage VB is applied to an input terminal 2 (corresponding to a voltage input terminal) and an input terminal 3 of the charge pump circuit 1 from a positive terminal and a negative terminal of a battery (not shown) via an ignition switch or the like. . The nominal voltage of the battery voltage VB, which is this input voltage, is 12 V, but it varies greatly depending on the battery usage period, usage condition, vehicle condition, and the like.
[0019]
The gate of the transistor M1 is connected to the output terminal 4 (corresponding to a voltage output terminal) of the charge pump circuit 1. A battery voltage VB is applied to the drain of the transistor M 1, and a solenoid 6 is connected between the source and the output terminal 5. In FIG. 1, only one transistor M1 is shown as the load of the charge pump circuit 1, but in reality, the gates of a plurality of N-channel MOS transistors are connected.
[0020]
Even if the input voltage (battery voltage VB) drops to 4.5 V which is the minimum input voltage in a state where the transistor M1 as a load is connected to the output terminal 4, the charge pump circuit 1 has a predetermined voltage, for example, It has the maximum capability to output an output voltage (boost voltage Vo) close to (VB + 8V).
[0021]
Now, between the input terminal 2 and the output terminal 4, diodes D1, D2, D3, and D4 are connected in series with the input terminal 2 side as an anode. If the common connection point between the diodes D1 and D2, the common connection point between the diodes D2 and D3, and the common connection point between the diodes D3 and D4 are nodes Na, Nb, and Nc, respectively, the input terminal 2 and the node Nb Between the input terminal 2 and the node Nc, diodes D5 and D6 are connected with the input terminal 2 side as an anode, respectively. The nodes Na, Nb, and Nc are connected to one terminals of capacitors C1, C2, and C3, respectively, and a predetermined voltage is applied to the other terminals of the capacitors C1, C2, and C3 by the drive circuit 7. It has become. A smoothing capacitor C4 is connected between the output terminals 4 and 5.
[0022]
The drive circuit 7 is configured as follows. That is, N-channel MOS transistors M2 and M3 and M4 and M5 are connected in series between the power supply line 8 connected to the input terminal 2 and the power supply line 9 (ground line) connected to the input terminal 3, respectively. A node Nd, which is a common connection point between the source of the transistor M2 and the drain of the transistor M3, is connected to the other terminals of the capacitors C1 and C3, and is a common connection point between the source of the transistor M4 and the drain of the transistor M5. A certain node Ne is connected to the other terminal of the capacitor C2.
[0023]
An N-channel MOS transistor M6 is connected between the gate of the transistor M2 and the power supply line 9, and the gate of the transistor M2 is connected to the node Nb via a resistor R1. Similarly, an N-channel MOS transistor M7 is connected between the gate of the transistor M4 and the power supply line 9, and the gate of the transistor M4 is connected to the node Nc via a resistor R2. Here, the drive circuit 7a is constituted by the transistors M2, M3, M6 and the resistor R1, and the drive circuit 7b is constituted by the transistors M4, M5, M7 and the resistor R2.
[0024]
The gates of the transistors M3 and M6 are connected in common, and a gate signal g1 is given from an oscillation circuit 10 described later. Similarly, the gates of the transistors M5 and M7 are also connected in common, and a gate signal g2 obtained by inverting the gate signal g1 by the inverter 11 is given. Transistors M2 to M7 (corresponding to switching elements) used in the drive circuit 7 are power MOSFETs having a high breakdown voltage.
[0025]
The voltage detection circuit 12 is a circuit that outputs a detection voltage Vb obtained by dividing the input voltage (battery voltage VB) between the input terminals 2 and 3. The oscillation circuit 10 (corresponding to drive capability adjusting means) switches the frequency of the gate signal g1 in two steps based on the detection voltage Vb, and specifically has an electrical configuration shown in FIG. That is, the comparator 13 compares the switching reference voltage Va (corresponding to the threshold value) obtained by dividing the reference voltage Vref with the resistors R3 and R4 with the detection voltage Vb. Is configured to output a gate signal g1 obtained by dividing the clock output from the CR oscillation circuit 14 in accordance with the output voltage level of the comparator 13.
[0026]
Since the charge pump circuit 1 uses open loop control for the boosted voltage Vo, the boosted voltage Vo may be excessive. Therefore, a clamp circuit 16 composed of a series circuit of an 8V Zener diode D7, a diode D8, and a resistor R5 is connected between the power supply line 8 and the output terminal 4.
[0027]
Next, the operation of this embodiment will be described.
First, the basic operation of the charge pump circuit 1 will be described. When a battery voltage VB is applied between the input terminals 2 and 3 by turning on an ignition switch (not shown) of the vehicle or the like, initial charges are charged in the capacitors C1 to C4. At this time, the capacitor C1 is charged via the diode D1, the capacitor C2 is charged via the diode D5, and the capacitor C3 is charged via the diode D6. That is, by providing the diodes D5 and D6, the voltage of the capacitor C2 (the voltage of the node Nb) and the voltage of the capacitor C3 (the voltage of the node Nc) are both VB−Vf (Vf: forward voltage of the diode). An initial voltage higher by Vf or 2 · Vf can be obtained than in the conventional configuration in which D5 and D6 are not provided.
[0028]
In this embodiment, since the voltages of the nodes Nb and Nc are used as the gate voltages of the transistors M2 and M4, respectively, a higher gate voltage is secured at the start of boosting, and the battery voltage VB is set to the minimum input voltage (4 .5V), the transistors M2 and M4 are devised so as to be surely turned on.
[0029]
In the drive circuit 7, the transistors M2, M3, M6 driven by the gate signal g1 and the transistors M4, M5, M7 driven by the gate signal g2 operate in a complementary manner. When the transistors M3 and M6 are turned on, the transistor M2 is turned off. Similarly, when the transistors M5 and M7 are turned on, the transistor M4 is turned off. That is, the transistors M2 and M3 and the transistors M4 and M5 operate complementarily. The operation after the CR oscillation circuit 14 in the oscillation circuit 10 starts oscillation of the clock and starts outputting the gate signal g1 is as follows. The input voltage (battery voltage VB) corresponds to the first voltage referred to in the present invention, and the ground voltage corresponds to the second voltage referred to in the present invention.
[0030]
(1) Transistors M3 and M4: ON, transistors M2 and M5: OFF
A charging current flows from the input terminal 2 through the power supply line 8, the diode D1, the capacitor C1, the transistor M3, the power supply line 9, and the input terminal 3, and the capacitor C1 is charged.
[0031]
(2) Transistors M3 and M4: off, transistors M2 and M5: on
A charging current flows from the input terminal 2 through the power supply line 8, the transistor M2, the capacitor C1, the diode D2, the capacitor C2, the transistor M5, the power supply line 9, and the input terminal 3, and the charge of the capacitor C1 passes through the diode D2 to the next stage. Moved to capacitor C2. Boosting is performed in this process.
[0032]
(3) Transistors M3 and M4: ON, transistors M2 and M5: OFF
A charging current flows from the input terminal 2 through the power supply line 8, the transistor M4, the capacitor C2, the diode D3, the capacitor C3, the transistor M3, the power supply line 9, and the input terminal 3, and the charging charge of the capacitor C2 passes through the diode D3. Moved to capacitor C3. Boosting is also performed in this process.
[0033]
That is, the boosted voltage Vo of the charge pump circuit 1 is expressed as follows, assuming that the output current is Iout, the frequency of the gate signals g1 and g2 (corresponding to the switching frequency) is f, and the capacitances of the capacitors C1 to C4 are C. As shown in the formula.
Vo = 3 · (VB−Vf) −Vf
-((3 · Iout) / (C · f)) + VB (1)
[0034]
Here, the first term is due to the above-described step-up operations (2) and (3), the second term is the forward voltage loss of the diode D1, and the third term is the voltage drop due to the output current Iout. ing. Further generalizing this equation (1) gives the following equation (2), where N is the number of boosting stages and Vφ is the swing voltage per stage. The swing voltage Vφ is a difference voltage between the first voltage and the second voltage in the present invention.
Vo = N · (Vφ−Vf) −Vf
− ((N · Iout) / (C · f)) + VB (2)
[0035]
According to these equations (1) and (2), the boost voltage Vo increases in proportion to the number of boost stages N and the battery voltage VB (swing voltage Vφ), and decreases as the output current Iout increases and the frequency f decreases. I understand that
[0036]
Now, the comparator 13 in the oscillation circuit 10 constantly compares the detection voltage Vb with the switching reference voltage Va. The switching reference voltage Va is set to a voltage corresponding to 10V of the battery voltage VB, and the comparator 13 outputs an L level when the battery voltage VB falls below 10V, and an H level when the battery voltage VB becomes 10V or higher. Is output.
[0037]
When the output level of the comparator 13 becomes L level, the frequency dividing circuit 15 sets the frequency dividing ratio to be small and outputs a gate signal g1 having a relatively high frequency f1 (corresponding to the first frequency, 100 kHz as an example). The frequency f1 is a frequency at which the maximum capability of outputting the boosted voltage Vo of 12V is obtained even when the battery voltage VB is reduced to 4.5V that is the minimum input voltage. In this case, the steep charge / discharge current flowing through the capacitors C1 to C4 is increased, and the main harmonic component of the frequency f1 overlaps with the radio AM band (530 kHz to 1620 kHz), so that radio noise is not reduced. However, since the state in which the battery voltage VB is lower than 10V hardly occurs during normal vehicle use, even if radio noise increases, the influence on the vehicle user is small.
[0038]
On the other hand, when the output level of the comparator 13 becomes H level, the frequency dividing circuit 15 sets a high frequency dividing ratio and has a relatively low frequency f2 (corresponding to the second frequency, for example, several tens of kHz). The signal g1 is output. The frequency f2 is a frequency at which the ability to output a boosted voltage Vo of VB + 8V = 18V, which is a predetermined voltage, is obtained when the battery voltage VB is 10V. In this case, the steep charge / discharge current flowing in the capacitors C1 to C4 is reduced, and the main harmonic component of the frequency f2 is shifted from the AM band of the radio to the low frequency side, so that the radio noise is reduced. During normal vehicle use, the battery voltage VB is higher than 10V, so that the user can hear the radio sound with a clear sound.
[0039]
Note that, as the battery voltage VB increases, the boosted voltage Vo further increases beyond VB + 8V. However, when the boosted voltage Vo reaches approximately VB + 9V, a current flows through the clamp circuit 16 and further voltage rise is suppressed. Therefore, the boosted voltage exceeds the breakdown voltage of the components of the charge pump circuit 1 and the transistor M1 connected to the output terminal 4. The voltage Vo is not generated.
[0040]
As described above, the charge pump circuit 1 according to the present embodiment detects the input voltage (battery voltage VB), and when the magnitude of the input voltage becomes 10 V or more which is a predetermined threshold value, the transistors M2 to M7 Since the switching frequency is lowered to lower the drive capability of the drive circuit 7, the amount of noise emitted from the charge pump circuit 1 to the outside can be reduced. In addition, since the noise frequency band shifts to the low frequency side, the main frequency components of noise can be shifted from the AM band of the radio, and a significant reduction effect can be obtained for radio noise.
[0041]
The charge pump circuit 1 does not remove generated noise but suppresses generation of noise itself. For this reason, it is not necessary to add a filter comprising a reactor or a capacitor as used in the prior art, and the size and cost can be reduced. Further, when the input voltage becomes less than 10V and the boosting capability is insufficient, the boosted voltage Vo of VB + 8V, which is a predetermined voltage, can be output in order to increase the switching frequency of the transistors M2 to M7.
[0042]
Further, as described above, by adjusting the driving capability of the driving circuit 7 in two stages or by removing the filter components, it is possible to reduce the power loss in the charge pump circuit 1 and to obtain the effect of improving the efficiency compared to the conventional case. . Further, the voltage detection circuit 12 newly added to the conventional configuration and the comparator 13 and the frequency dividing circuit 15 in the oscillation circuit 10 have a small circuit scale and can be easily integrated into an IC or discretely. Circuit modification is easy.
[0043]
In the drive circuit 7 used in this embodiment, all N-channel MOS transistors are used, which is advantageous in terms of chip area and on-resistance. Further, since the voltage boosted by itself is used as the gate voltage, it is not necessary to provide a separate booster circuit, and the circuit configuration can be simplified.
[0044]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 shows an electrical configuration of the charge pump circuit, and the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The drive circuit 18 of the charge pump circuit 17 includes drive circuits 18a1 and 18a2 for driving other terminals of the capacitors C1 and C3, and drive circuits 18b1 and 18b2 for driving the other terminals of the capacitor C2. Yes. Here, the drive circuits 18a1 and 18b1 are the same circuits as the drive circuits 7a and 7b shown in FIG. 1, respectively, and are renumbered for convenience.
[0045]
The drive circuit 18a2 has a circuit configuration similar to that of the drive circuit 18a1, and includes transistors M8 and M9 connected in series between the power supply lines 8 and 9, a transistor M12 connected between the gate of the transistor M8 and the power supply line 9, And a resistor R6 connected between the gate of the transistor M8 and the node Nb. Similarly, the drive circuit 18b2 includes transistors M10 and M11 connected in series between the power supply lines 8 and 9, a transistor M13 connected between the gate of the transistor M10 and the power supply line 9, and the gate of the transistor M10 and the node Nc. The resistor R7 is connected between the two.
[0046]
The drive control circuit 19a (corresponding to the drive capability adjusting means) converts the gate signal g1 into the gate signals g3 and g4 to the transistors M9 and M12 when the switching signal Sc from the voltage detection circuit 20 described later is at the L level. If the switching signal Sc is at the H level, the gate signal g3 is set at the L level and the gate signal g4 is set at the H level. On the other hand, the drive control circuit 19b (corresponding to the drive capability adjusting means) also outputs the gate signal g2 as the gate signals g5 and g6 to the transistors M11 and M13 when the switching signal Sc is at the L level. When Sc is at the H level, the gate signal g5 is set to the L level and the gate signal g6 is set to the H level.
[0047]
The oscillation circuit 21 includes a CR oscillation circuit, and the oscillation frequency is constant (for example, 100 kHz). As shown in FIG. 4, the voltage detection circuit 20 divides and detects the voltage between the input terminals 2 and 3, resistors R8 and R9, resistors R10 and R11 for generating the switching reference voltage Va, and the detection voltage. And a comparator 22 for comparing the switching reference voltage Va.
[0048]
In the present embodiment, the switching frequency, the transistor sizes of the transistors M2 to M13, and the like are set to values that satisfy drive capability (step-up characteristics) described later. For example, by adjusting the transistor size, each drive capability of the drive circuits 18a1, 18a2, 18b1, and 18b2, and thus the capability ratio between the drive circuits 18a1 and 18a2, and the capability ratio between the drive circuits 18b1 and 18b2 are set to desired values. be able to.
[0049]
Next, the operation of this embodiment will be described.
When the battery voltage VB, which is the input voltage, drops below 10V, the voltage detection circuit 20 outputs an L level switching signal Sc. In this case, the gate signal g1 is applied to the transistors M3, M6, M9, and M12, and the gate signal g2 is applied to the transistors M5, M7, M11, and M13. For this reason, the drive circuits 18a1 and 18a2 and the drive circuits 18b1 and 18b2 perform parallel operations, respectively, and perform charge / discharge operations of the capacitors C1 to C3 with the maximum drive capability. As a result, a larger charge / discharge current can be allowed to flow, and a 12V boosted voltage Vo can be output even when the battery voltage VB drops to 4.5V, which is the minimum input voltage.
[0050]
On the other hand, when the battery voltage VB becomes 10 V or more, the voltage detection circuit 20 outputs an H level switching signal Sc. In this case, the transistors M8, M9, M10, and M11 are turned off, and the drive circuits 18a2 and 18b2 stop the drive operation. For this reason, only the drive circuits 18a1 and 18b1 perform the drive operation independently, and perform the charge / discharge operation of the capacitors C1 to C3 with a drive capability lower than the maximum drive capability. This driving capability is a driving capability that can output a boosted voltage Vo of VB + 8V = 18V, which is a predetermined voltage, when the battery voltage VB is 10V.
[0051]
According to the present embodiment, the drive circuits 18a1 and 18a2 and the drive circuits 18b1 and 18b2 are respectively operated in parallel and the drive circuits 18a1 and 18b1 are independently operated, and both operations are performed according to the input battery voltage VB. The drive capability of the drive circuit 18 is adjusted by switching the mode. Therefore, when the battery voltage VB is equal to or higher than the minimum input voltage (4.5 V), a predetermined boosted voltage Vo of approximately VB + 8 V can be output, and when the battery voltage VB increases, the charging / discharging currents of the capacitors C1 to C3 are suppressed. Thus, the amount of generated noise can be reduced. As a result, similar to the first embodiment, downsizing, cost reduction, high efficiency, and the like can be achieved.
[0052]
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and can be modified or expanded as follows, for example.
The charge pump circuits 1 and 17 are not limited to the on-vehicle electronic control device, and can be applied to other devices that require a boosted voltage.
The first voltage and the second voltage applied to the other terminal of each capacitor are not limited to the input voltage (battery voltage VB) and the ground voltage.
The switching element is not limited to the FET, but may be a bipolar transistor or an IGBT.
[0053]
The means for changing the switching frequency shown in the first embodiment may be combined with the means for switching the operation mode of the driving device shown in the second embodiment. In the first embodiment, the switching frequency f may be switched to three or more stages according to the input voltage. Further, the switching frequency f may be continuously changed according to the input voltage. By increasing or continuously changing the number of stages to be switched, the drive capability of the drive circuit can be brought close to the minimum necessary value, and the generated noise can be further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electrical configuration diagram of a charge pump circuit showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an electrical configuration diagram of an oscillation circuit.
FIG. 3 is a view corresponding to FIG. 1, showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an electrical configuration diagram of a voltage detection circuit.
[Explanation of symbols]
Reference numerals 1 and 17 are charge pump circuits (boost circuits), 2 is an input terminal (voltage input terminal), 4 is an output terminal (voltage output terminal), 7, 7a, 7b, 18, 18a1, 18a2, 18b1, and 18b2 are drive circuits. 10 is an oscillation circuit (drive capability adjusting means), 12 and 20 are voltage detection circuits, 19a and 19b are drive control circuits (drive capability adjusting means), M2 to M13 are MOS transistors (FET, switching elements), D1 to D6 Is a diode, and C1-C4 are capacitors.

Claims (7)

車両に搭載された電子制御装置において用いられるもので、
電圧入力端子と電圧出力端子との間に同一の極性で直列に接続された複数のダイオードと、
前記ダイオード同士が接続された各接続点に対し各一端子が接続された複数のコンデンサと、
前記各コンデンサの他端子に第1の電圧と第2の電圧とを交互に印加するものであって、前記電圧出力端子に所定の負荷が接続された状態で前記電圧入力端子の電圧が所定の最小入力電圧である場合に、前記電圧出力端子の電圧が所定電圧以上となるような最大駆動能力を備えた駆動回路と、
前記電圧入力端子に与えられるバッテリ電圧を検出する電圧検出回路と、
前記検出電圧が高いほど前記駆動回路の駆動能力を低下させることにより、前記電圧入力端子の電圧が高いときにAM帯のラジオノイズを低減させる駆動能力調整手段とを備えていることを特徴とする昇圧回路。
Used in an electronic control device mounted on a vehicle,
A plurality of diodes connected in series with the same polarity between the voltage input terminal and the voltage output terminal;
A plurality of capacitors each having one terminal connected to each connection point where the diodes are connected;
The first voltage and the second voltage are alternately applied to the other terminals of the capacitors, and the voltage at the voltage input terminal is set to a predetermined value with a predetermined load connected to the voltage output terminal. A drive circuit having a maximum drive capability such that the voltage at the voltage output terminal is equal to or higher than a predetermined voltage when the input voltage is the minimum input voltage;
A voltage detection circuit for detecting a battery voltage applied to the voltage input terminal;
By lowering the driving capability of the driving circuit as the detected voltage is higher, characterized in that a drive capability adjusting means for reducing radio noise of AM band when the voltage of the voltage input terminal is higher Boost circuit.
前記駆動回路は、前記各コンデンサの他端子の接続状態を切り替えるスイッチング素子を備えて構成され、
前記駆動能力調整手段は、前記検出電圧が高いほど前記スイッチング素子のスイッチング周波数を下げるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の昇圧回路。
The drive circuit includes a switching element that switches a connection state of the other terminals of the capacitors,
2. The booster circuit according to claim 1, wherein the drive capability adjusting means is configured to lower a switching frequency of the switching element as the detection voltage is higher.
前記駆動能力調整手段は、前記検出電圧に応じて前記スイッチング周波数を段階的に調整するように構成されていることを特徴とする請求項2記載の昇圧回路。3. The booster circuit according to claim 2, wherein the drive capability adjusting means is configured to adjust the switching frequency in a stepwise manner in accordance with the detected voltage. 前記駆動能力調整手段は、前記検出電圧が所定のしきい値未満である場合にあっては、前記駆動回路が前記最大駆動能力を有するように前記スイッチング周波数を第1の周波数に設定し、前記検出電圧が所定のしきい値以上である場合にあっては、前記スイッチング周波数を前記第1の周波数よりも低い第2の周波数に設定するように構成されていることを特徴とする請求項3記載の昇圧回路。The drive capability adjusting means sets the switching frequency to a first frequency so that the drive circuit has the maximum drive capability when the detected voltage is less than a predetermined threshold, 4. When the detection voltage is equal to or higher than a predetermined threshold value, the switching frequency is configured to be set to a second frequency lower than the first frequency. The booster circuit described. 前記駆動能力調整手段は、前記検出電圧に応じて前記スイッチング周波数を連続的に調整するように構成されていることを特徴とする請求項2記載の昇圧回路。3. The booster circuit according to claim 2, wherein the drive capacity adjusting means is configured to continuously adjust the switching frequency in accordance with the detected voltage. 電圧入力端子と電圧出力端子との間に同一の極性で直列に接続された複数のダイオードと、
前記ダイオード同士が接続された各接続点に対し各一端子が接続された複数のコンデンサと、
前記各コンデンサの他端子に第1の電圧と第2の電圧とを交互に印加するものであって、前記電圧出力端子に所定の負荷が接続された状態で前記電圧入力端子の電圧が所定の最小入力電圧である場合に、前記電圧出力端子の電圧が所定電圧以上となるような最大駆動能力を備えた駆動回路と、
前記電圧入力端子の電圧を検出する電圧検出回路と、
前記検出電圧が高いほど前記駆動回路の駆動能力を低下させる駆動能力調整手段とを備え、
前記駆動回路は、互いに相補動作を行う同一導電型のFETが前記電圧入力端子とグランド端子との間に前記各コンデンサの他端子を挟んで直列に接続された形態を有し、前記電圧入力端子側のFETは自ら昇圧した電圧をゲート電圧として動作するように構成されていることを特徴とする昇圧回路。
A plurality of diodes connected in series with the same polarity between the voltage input terminal and the voltage output terminal;
A plurality of capacitors each having one terminal connected to each connection point where the diodes are connected;
The first voltage and the second voltage are alternately applied to the other terminals of the capacitors, and the voltage at the voltage input terminal is set to a predetermined value with a predetermined load connected to the voltage output terminal. A drive circuit having a maximum drive capability such that the voltage at the voltage output terminal is equal to or higher than a predetermined voltage when the input voltage is the minimum input voltage;
A voltage detection circuit for detecting a voltage of the voltage input terminal;
Driving capability adjusting means for reducing the driving capability of the driving circuit as the detection voltage is higher,
The drive circuit has a form in which FETs of the same conductivity type that perform complementary operations are connected in series with the other terminal of each capacitor interposed between the voltage input terminal and a ground terminal, and the voltage input terminal side of the FET you characterized in that it is configured to operate themselves boosted voltage as the gate voltage boost circuit.
前記電圧入力端子と前記ダイオード同士の共通接続点との間に、前記ダイオードと同一極性となるように更にダイオードが接続されていることを特徴とする請求項6記載の昇圧回路。7. The booster circuit according to claim 6, wherein a diode is further connected between the voltage input terminal and a common connection point of the diodes so as to have the same polarity as the diode.
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