JP4886364B2 - 昇圧電源回路及びその制御方法、ドライバｉｃ - Google Patents

昇圧電源回路及びその制御方法、ドライバｉｃ Download PDF

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Description

本発明は、昇圧電源回路及びその制御方法、ドライバＩＣに関し、特にスタンバイモードを有する昇圧電源回路及びその制御方法、ドライバＩＣに関する。
半導体集積回路技術においては、低電源電圧化や低消費電力化が進められている。ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等を駆動するためのドライバＩＣにおいても、電源電圧の低電圧化が行われている。一方、ＬＣＤ等を駆動するために必要な電圧は画素材料によってそれぞれ決まっており、更に、表示品位の向上を図るために高輝度出力の可能な高電圧が要求されることが多い。このため、ドライバＩＣは昇圧回路を内蔵しており、ＬＣＤを駆動する電圧は昇圧回路から供給される。
このようにＬＣＤ（Liquid Crystal Display）ドライバＩＣを初めとして、外部から電源の供給を受け、昇圧回路により内部電圧を生成するＩＣは多く存在する。昇圧回路により生成された出力電圧は、通常、平滑用コンデンサを接続して出力の安定化を図っている。
このような昇圧回路が内蔵されたドライバＩＣは、低消費電力化を図るために、表示を行う必要のない期間中、この昇圧回路の動作を停止させている。このように、ＬＣＤに駆動電圧を供給せずに、低消費電力状態に保持した状態をスタンバイモードという。このドライバＩＣにおいて、外部電源が入力されたまま昇圧回路の動作を停止するとき、すなわちスタンバイモードとなるとき、平滑用コンデンサに充電されていた電荷の放電を行っている。
平滑用コンデンサに充電されていた電荷を放電する方法としては、特許文献１に示されるような平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を単純にグランドに放電するものや、特許文献２及び３に示されるような昇圧回路の入力電源である外部電源に接続して外部電源から放電するもの等が挙げられる。
図１７及び図１８に、特許文献１に記載の昇圧電源回路の構成と略同等の構成を有する昇圧電源回路１０の回路図を示す。図１７は通常の動作モードにおける昇圧電源回路１０の構成を示しており、図１８はスタンバイモードにおける昇圧電源回路１０の構成を示している。図１７に示すように、昇圧電源回路１０は、昇圧回路１１、制御回路１２等を有している。昇圧回路１１の入力側には、外部電源ＶＣＣの平滑化を行う第１の平滑用コンデンサＣ１が設けられている。また、昇圧回路１１の出力側には、昇圧電圧Ｖｏｕｔの平滑化を行う第２の平滑用コンデンサＣ２が設けられている。そして、第２の平滑用コンデンサＣ２は、第１のスイッチ素子ＳＷ１を介して抵抗Ｒ１に接続されている。抵抗Ｒ１は、電流制限用の抵抗である。
また、昇圧電源回路１０は、制御回路１２を有している。制御回路１２は、スタンバイモードと動作モードとを切替えるＳＴＢＹＢ信号を出力する。ＳＴＢＹＢ信号が"Ｈ"のとき昇圧電源回路１０は動作モードとなり、図１７に示すように第１のスイッチ素子ＳＷ１はオフ状態となる。このとき、昇圧回路１１は通常の昇圧動作を行う。一方、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｌ"のとき昇圧電源回路１０はスタンバイモードとなり、図１８に示すように第１のスイッチ素子ＳＷ１はオン状態となる。このとき、昇圧回路１１は昇圧動作を停止する。
図１９に、この昇圧電源回路１０の動作出力波形を示す。動作モードにおいては、第１のスイッチ素子ＳＷ１はオフ状態であり、第２の平滑用コンデンサＣ２は昇圧電位Ｖｏｕｔの電圧を安定化する容量として機能する。一方、スタンバイモードにおいては、昇圧回路１１は昇圧動作を停止し、第１のスイッチ素子ＳＷ１をオン状態として第２の平滑用コンデンサＣ２の電荷をグランドへ放電する。
このように、特許文献１に記載の昇圧電源回路１０においては、スタンバイモードのときに、第２の平滑用コンデンサＣ２の電荷を全てグランドへ放電する。確かに、ＬＣＤパネルにＤＣ電位を印加し続けることは、パネルの寿命の上でも問題となり、グランドまで放電することは有効である。しかしながら、昇圧電源回路１０をドライバＩＣ内部の電源等の用途に利用する場合には、第２の平滑用コンデンサＣ２の電荷をグランドまで放電すると、スタンバイモードから動作モードへ移行した場合に多くの電荷を供給しなければならず、消費電力が増大してしまう。
これを解決するために、特許文献２及び３に記載の昇圧電源回路２０が提案されている。図２０及び図２１に、特許文献２及び３に記載の昇圧電源回路の構成と略同等の構成を有する昇圧電源回路２０の回路図を示す。図２０は、電源立ち上げのとき及びスタンバイモードにおける昇圧電源回路２０の構成を示している。また、図２１は、通常の動作モードにおける昇圧電源回路２０の構成を示している。図２０に示すように、昇圧電源回路２０は、昇圧回路２１、制御回路２２等を有している。昇圧回路２１の入力側には、外部電源ＶＣＣの平滑化を行う第１の平滑用コンデンサＣ１が設けられている。また、昇圧回路２１の出力側には、昇圧電圧Ｖｏｕｔの平滑化を行う第２の平滑用コンデンサＣ２が設けられている。昇圧回路２１と第２の平滑用コンデンサＣ２との間には、第１のスイッチ素子ＳＷ１が設けられている。また、第１の平滑用コンデンサＣ１と第２の平滑用コンデンサＣ２とは、第２のスイッチ素子ＳＷ２を介して接続されている。
また、昇圧電源回路２０は、制御回路２２を有している。制御回路２２は、スタンバイモードと動作モードとを切替えるＳＴＢＹＢ信号を出力する。ＳＴＢＹＢ信号が"Ｌ"のとき、昇圧電源回路２０はスタンバイモードとなる。このとき、図２０に示すように、第１のスイッチ素子ＳＷ１はオフ状態、第２のスイッチ素子ＳＷ２はオン状態をなり、昇圧回路２１は昇圧動作を停止する。一方、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｈ"のとき、昇圧電源回路２０は動作モードとなる。このとき、図２１に示すように、第１のスイッチ素子ＳＷ１はオン状態、第２のスイッチ素子ＳＷ２はオフ状態となり、昇圧回路２１は昇圧動作を行う。
図２２にこの昇圧電源回路２０の動作出力波形を示す。動作モード（ＳＴＢＹＢ＝"Ｈ"）の時には第１のスイッチ素子ＳＷ１はオン状態、第２のスイッチ素子ＳＷ２はオフ状態であり、第２の平滑用コンデンサＣ２は昇圧電圧Ｖｏｕｔの電圧を安定化する容量として機能する。一方、スタンバイモード（ＳＴＢＹＢ＝"Ｌ"）の時には昇圧回路２１は昇圧動作を停止し、第１のスイッチ素子ＳＷ１をオフ状態、第２のスイッチ素子ＳＷ２をオン状態として第２の平滑用コンデンサＣ２の電荷を外部電源ＶＣＣへ放電する。
このように、特許文献２及び３に記載の昇圧電源回路２０では、第２の平滑用コンデンサＣ２から入力端子に接続する外部電源ＶＣＣへの経路を設け、スタンバイモードでは第２の平滑用コンデンサＣ２の電荷を外部電源ＶＣＣへ放電する。このため、スタンバイモードにおいて、第２の平滑用コンデンサＣ２には外部電源ＶＣＣの電位まで電荷が充電されている。したがって、再びスタンバイモードから動作モードへ移行した場合に、昇圧回路２１は、外部電源ＶＣＣの電位から出力電位Ｖｏｕｔまで昇圧すればよい。このため、電荷の無駄な移動を最小限にすることができ、また昇圧完了までの時間も短縮することが可能となる。
しかしながら、外部電源ＶＣＣが、第２の平滑用コンデンサＣ２の電荷を放電するのに十分な能力がない場合には、図２２に示すように、外部電源ＶＣＣの電位が持ち上がってしまう。このため、外部電源ＶＣＣや昇圧回路２１の入力部分に規定以上の電圧が印加され、破壊される可能性がある。
特開平５−５５７３７号公報 特開平６−２２５５４６号公報 特開平７−４４１３４号公報
このように、電荷の無駄な移動を最小限にして消費電力を抑制し、昇圧回路の入力の電源の吸い込み能力が小さい場合でも昇圧回路の入力部の耐圧を超える高電圧が印加されることを防止した、信頼性の高い昇圧電源回路の開発が望まれている。
本発明に係る昇圧電源回路の一態様は、動作モードとスタンバイモードとを有する昇圧電源回路であって、外部電源から入力される入力電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力側に接続され、前記昇圧回路により昇圧された出力電圧を平滑化する第１の平滑用コンデンサと、動作モードからスタンバイモードへの切替時に、前記第２の平滑用コンデンサから他の電源への放電先と放電量を制御する制御回路とを備えるものである。このような構成を有することによって、電荷の無駄な移動を最小限にすることができる。また、電荷を移動させすぎないので、昇圧完了までの時間を短縮することが可能となり、消費電力を抑制することができる。さらに、昇圧回路等の入力部に高電圧が印加されることを防止できるため、信頼性の高い昇圧電源回路を提供することができる。
本発明に係る昇圧回路の制御方法の一態様は、動作モードとスタンバイモードとを有する昇圧電源回路の制御方法であって、前記動作モードのとき、外部電源から入力電圧を昇圧回路に入力し、前記入力電圧に基づいて昇圧された出力電圧を平滑用コンデンサにより平滑化して出力し、前記動作モードから前記スタンバイモードに切り替わるとき、前記平滑化コンデンサの電荷の移動先と移動量とを制御する。これにより、電荷の無駄な移動を最小限にすることができる。また、電荷を移動させすぎないので、昇圧完了までの時間を短縮することが可能となり、消費電力を抑制することができる。さらに、昇圧回路等の入力部に高電圧が印加されることを防止できるため、信頼性の高い昇圧電源回路を提供することができる。
本発明によれば、電荷の無駄な移動を最小限とすることで消費電力を抑制し、昇圧回路の入力電源の吸い込み能力が小さい場合でも、昇圧回路等の入力部の耐電圧を越えるような高電圧が印加されることを防止して、信頼性の高い昇圧電源回路を提供することができる。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る昇圧電源回路１００について図１及び図２を参照して説明する。本発明に係る昇圧電源回路１００は、通常の昇圧動作を行う動作モードと、低消費電力状態となるスタンバイモードとを有する。図１及び図２は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の構成を示す図である。図１は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の動作モードにおけるスイッチ素子の状態を示している。また、図２は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の動作モードからスタンバイモードに変化した直後のスイッチ素子の状態を示している。図１及び図２に示すように、昇圧電源回路１００は、昇圧回路１０１、制御回路１０２、外部電源ＶＣＣ等を有している。
昇圧回路１０１は、外部電源ＶＣＣから入力される入力電圧を所望の電圧値の出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧する。昇圧回路１０１の入力側には、入力電圧の平滑化を行う第１の平滑用コンデンサＣ１が設けられている。第１の平滑用コンデンサＣ１の一方の電極と、昇圧回路１０１の入力側との接点をＡ点とする。また、第１の平滑用コンデンサＣ１の他方の電極は、接地電位に接続されている。
また、昇圧回路１０１の出力側には、第１のスイッチ素子ＳＷ１を介して、第２の平滑用コンデンサＣ２が設けられている。第２の平滑用コンデンサＣ２は、出力電圧Ｖｏｕｔの平滑化を行う。第２の平滑用コンデンサＣ２の一方の電極と、昇圧回路１０１の出力側との接点をＢ点とする。また、第２の平滑用コンデンサＣ２の他方の電極は、接地電位に接続されている。さらに、第１の平滑用コンデンサＣ１と第２の平滑用コンデンサＣ２とは、第２のスイッチ素子ＳＷ２を介して接続されている。そして、第２の平滑用コンデンサＣ２の一方の電極は、第３のスイッチ素子ＳＷ３及び電流制限用抵抗素子Ｒ１を介して、接地電位に接続されている。
制御回路１０２は、ＳＴＢＹＢ信号（スタンバイモード制御信号）及びＤＩＳＣ信号（ディスチャージ制御信号）を出力する。ＳＴＢＹＢ信号は、上述した動作モードとスタンバイモードとを切替える信号である。昇圧電源回路１００は、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｈ"のときに動作モードとなり、"Ｌ"のときにスタンバイモードとなる。また、ＤＩＳＣ信号は、第２の平滑用コンデンサＣ２に蓄積されている電荷をグランドへ放電するために、第２のスイッチ素子ＳＷ２及び第３のスイッチ素子ＳＷ３を制御する信号である。
ここで、図３を参照して、上述の昇圧電源回路１００の制御方法について説明する。図３は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の動作出力波形を示す図である。図３に示すように、電源ＯＦＦの状態から電源ＯＮの状態として、外部電源ＶＣＣから入力電圧を供給すると、Ａ点の電位は入力電圧のＶＣＣ電位となる。このとき、ＳＴＢＹＢ信号は"Ｌ"であるため、昇圧電源回路１００はスタンバイモードとなっている。電源ＯＮ直後のスタンバイモードにおいては、第１のスイッチ素子ＳＷ１はオフ状態、第２のスイッチ素子ＳＷ２はオン状態、第３のスイッチ素子ＳＷ３はオフ状態である。また、スタンバイモードにおいては、昇圧回路１０１は昇圧動作を行わず、入力電圧をそのまま出力するため、Ｂ点の電位は昇圧回路１０１の入力側のＡ点の電位と等しくＶＣＣ電位となる。
そして、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｈ"となる第１のタイミングで、昇圧電源回路１００は動作モードに切り替わる。動作モードにおいては、ＳＴＢＹＢ信号が立ち上がる第１のタイミングで第１のスイッチ素子ＳＷ１がオフ状態からオン状態に切り替わり、一方、第２のスイッチ素子ＳＷ２がオン状態からオフ状態に切り替わる。また、第３のスイッチ素子ＳＷ３は、オフ状態のままである。従って、動作モードにおいては、図１に示すように、第１のスイッチ素子ＳＷ１はオン状態、第２のスイッチ素子ＳＷ２及び第３のスイッチ素子ＳＷ３はオフ状態の構成となる。このとき、昇圧回路１０１は、入力電圧を所望の出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧する。そして、昇圧回路１０１により昇圧された出力電圧Ｖｏｕｔは、第１のスイッチ素子ＳＷ１を介して内部回路へ出力される。これにより、図３に示すように、Ｂ点の電位は昇圧された出力電圧Ｖｏｕｔの昇圧電位になる。このとき、第２の平滑用コンデンサＣ２は、出力電位Ｖｏｕｔの電圧を安定化する容量として機能する。
その後、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｌ"となる第２のタイミングで、昇圧電源回路１００は、動作モードからスタンバイモードへと切り替わる。スタンバイモードにおいては、まず、ＳＴＢＹＢ信号が立ち下がる第２のタイミングで第１のスイッチ素子ＳＷ１がオン状態からオフ状態に切り替わる。また、第２のタイミングで、ＤＩＳＣ信号が立ち上がる。このＤＩＳＣ信号の立ち上がるタイミングで第３のスイッチ素子ＳＷ３がオフ状態からオン状態に切り替わる。このとき、第２のスイッチ素子ＳＷ２はオフ状態のままである。これにより、第２の平滑用コンデンサに蓄積されていた電荷をグランドに放電することができる。すなわち、ＤＩＳＣ信号が"Ｈ"のときに、第２の平滑用コンデンサＣ２に蓄積されている電荷をグランドへ放電する。従って、スタンバイモードにおいて、第２の平滑用コンデンサＣ２の放電を行っている場合には、図２に示すように、昇圧電源回路１００に設けられている第１のスイッチ素子ＳＷ１及び第２のスイッチ素子ＳＷ２はオフ状態となっており、第３のスイッチ素子ＳＷ３はオン状態となっている。
そして、第２の平滑用コンデンサＣ２の電荷が移動して、第２の平滑用コンデンサＣ２の電位が入力電圧のＶＣＣ電位よりも低くなったとき、ＤＩＳＣ信号の立ち下がる第３のタイミングで、第２のスイッチ素子ＳＷ２をオフ状態からオン状態へと切り替え、第３のスイッチ素子ＳＷ３をオン状態からオフ状態へと切替える。これにより、第２の平滑用コンデンサＣ２をＶＣＣ電位まで再充電する。
ＤＩＳＣ信号の"Ｈ"の期間は、第２の平滑用コンデンサＣ２の容量、第３のスイッチ素子ＳＷ３及び電流制限用抵抗素子Ｒ１の抵抗値から、第２の平滑用コンデンサＣ２の電位がＶＣＣ電位よりも低くなるまでの放電時間を考慮して決定することができる。すなわち、ＤＩＳＣ信号は、スタンバイモードとなってから、第２の平滑用コンデンサＣ２の電荷を放電して、第２の平滑用コンデンサＣ２の電位がＶＣＣ電荷よりも低くなるまでアクティブとなるように設計する。なお、第２の平滑用コンデンサＣ２の電位がＶＣＣ電位と等しくなるように放電を行うことが好ましい。これにより、第２の平滑用コンデンサＣ２に再充電するために必要な電力を、抑制することができる。
このように、ＤＩＳＣ信号により、第２のスイッチ素子ＳＷ２及び第３のスイッチ素子ＳＷ３を制御することによって、スタンバイモードに切り替わるときに、第２の平滑用コンデンサＣ２に蓄積されている電荷を全て放出しない。このため、スタンバイモードから動作モードへ移行したときに第２の平滑用コンデンサＣ２に供給する電荷を少なくすることができ、消費電力を抑制することができる。
また、第２の平滑用コンデンサＣ２を再充電し、その電位をＶＣＣ電位としている。このため、従来のように第２の平滑用コンデンサＣ２に残留していた電荷により、Ａ点の電位が上昇してしまうことがない。これにより、外部電源ＶＣＣや、昇圧回路１０１の入力部分に規定外の電圧が印加されることもない。このため、昇圧電源回路１００の信頼性を向上させることができる。
その後、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｈ"となるタイミングで、昇圧電源回路１００は再びスタンバイモードから動作モードに切り替わる。動作モードにおいては、ＳＴＢＹＢ信号が立ち上がるタイミングで第１のスイッチ素子ＳＷ１がオフ状態からオン状態に切り替わり、一方、第２のスイッチ素子ＳＷ２がオン状態からオフ状態に切り替わる。また、第３のスイッチ素子ＳＷ３は、オフ状態のままである。このとき、上述したように、スタンバイモード中に、第２の平滑用コンデンサＣ２の電位がＶＣＣ電位となるように再充電されている。このため、スタンバイモードから動作モードの移行した際に、昇圧完了までの時間を短縮することが可能となる。
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る昇圧電源回路１００について図４〜図６を参照して説明する。図４〜６は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の構成を示す図である。図４は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の動作モードにおけるスイッチ素子の状態を示している。また、図５は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の動作モードからスタンバイモードに変化した直後（Ａ点の電位がＢ点の電位よりも低いとき）のスイッチ素子の状態を示している。図６は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の動作モードからスタンバイモードに変化して所定の期間経過後（Ａ点の電位がＢ点の電位よりも高いとき）のスイッチ素子の状態を示している。本実施の形態において実施の形態１と異なる点は、制御回路からＤＩＳＣ信号を供給せず、代わりにＡ点とＢ点の電位を比較するコンパレータを設けた点である。図４〜図６において、図１を同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図４〜図６に示すように、本実施の形態にかかる昇圧電源回路１００は、昇圧回路１０１、制御回路１０２、コンパレータ１０３等を有している。本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の構成は、実施の形態１において説明したものと略同一である。具体的には、昇圧回路１０１の入力側には、第１の平滑用コンデンサＣ１が設けられており、第１の平滑用コンデンサＣ１の他方の電極は、接地電位に接続されている。また、昇圧回路１０１の出力側には、第１のスイッチ素子ＳＷ１を介して、第２の平滑用コンデンサＣ２が設けられており、第２の平滑用コンデンサＣ２の他方の電極は、接地電位に接続されている。さらに、第１の平滑用コンデンサＣ１と第２の平滑用コンデンサＣ２とは、第２のスイッチ素子ＳＷ２を介して接続されている。そして、第２の平滑用コンデンサＣ２の一方の電極は、第３のスイッチ素子ＳＷ３及び電流制限用抵抗素子Ｒ１を介して、接地電位に接続されている。なお、第１の平滑用コンデンサＣ１の一方の電極と、昇圧回路１０１の入力側との接点をＡ点とする。第２の平滑用コンデンサＣ２の一方の電極と、昇圧回路１０１の出力側との接点をＢ点とする。
本実施の形態において用いられる制御回路１０２は、ＳＴＢＹＢ信号を出力する。上述したように、ＳＴＢＹＢ信号は、上述した動作モードとスタンバイモードとを切替える信号である。昇圧電源回路１００は、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｈ"のときに動作モードとなり、"Ｌ"のときにスタンバイモードとなる。
コンパレータ１０３は、Ａ点及びＢ点の電位を常時モニタしている。また、コンパレータ１０３は、スタンバイモードにおいて、第２の平滑用コンデンサＣ２に蓄積されている電荷をグランドへ放電するか、あるいは、第２の平滑用コンデンサＣ２を第１の平滑用コンデンサＣ１と接続するために、第２のスイッチ素子ＳＷ２及び第３のスイッチ素子ＳＷ３を制御する。すなわち、実施の形態１においては、第２のスイッチ素子ＳＷ２及び第３のスイッチ素子ＳＷ３を制御回路１０２から入力されるＤＩＳＣ信号により制御していたが、実施の形態２においては、コンパレータ１０３が直接Ａ点とＢ点の電位をモニタし、各スイッチ素子の制御を行う。本実施の形態においては、コンパレータ１０３の＋入力端子にＡ点が接続され、−入力端子にＢ点が接続されている。従って、コンパレータ１０３は、Ａ点の電位がＢ点の電位よりも高い場合には"Ｈ"レベルの信号を、Ｂ点の電位がＡ点の電位よりも高い場合には、"Ｌ"レベルの信号を出力する。
ここで、図７を参照して、実施の形態２にかかる昇圧電源回路１００の制御方法について説明する。図７は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の動作出力波形を示す図である。図７に示すように、電源ＯＦＦの状態から電源ＯＮの状態として、外部電源ＶＣＣから入力電圧を供給すると、Ａ点の電位は入力電圧のＶＣＣ電位となる。このとき、ＳＴＢＹＢ信号は"Ｌ"であるため、昇圧電源回路１００はスタンバイモードとなっている。電源ＯＮ直後のスタンバイモードにおいては、第１のスイッチ素子ＳＷ１はオフ状態、第２のスイッチ素子ＳＷ２はオン状態、第３のスイッチ素子ＳＷ３はオフ状態である。また、スタンバイモードにおいては、昇圧回路１０１は昇圧動作を行わず、入力電圧をそのまま出力するため、Ｂ点の電位は昇圧回路１０１の入力側のＡ点の電位と等しくＶＣＣ電位となる。
そして、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｈ"となる第１のタイミングで、昇圧電源回路１００は動作モードに切り替わる。動作モードにおいては、ＳＴＢＹＢ信号が立ち上がる第１のタイミングで第１のスイッチ素子ＳＷ１がオフ状態からオン状態に切り替わり、一方、第２のスイッチ素子ＳＷ２がオン状態からオフ状態に切り替わる。また、第３のスイッチ素子ＳＷ３は、オフ状態のままである。従って、動作モードにおいては、図４に示すように、第１のスイッチ素子ＳＷ１はオン状態、第２のスイッチ素子ＳＷ２及び第３のスイッチ素子ＳＷ３はオフ状態の構成となる。このとき、昇圧回路１０１は、入力電圧を所望の出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧する。そして、昇圧回路１０１により昇圧された出力電圧Ｖｏｕｔは、第１のスイッチ素子ＳＷ１を介して内部回路へ出力される。これにより、図７に示すように、Ｂ点の電位は昇圧された出力電圧Ｖｏｕｔの昇圧電位になる。このとき、第２の平滑用コンデンサＣ２は、出力電位Ｖｏｕｔの電圧を安定化する容量として機能する。
その後、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｌ"となる第２のタイミングで、昇圧電源回路１００は、動作モードからスタンバイモードへと切り替わる。スタンバイモードにおいては、まず、ＳＴＢＹＢ信号が立ち下がる第２のタイミングで第１のスイッチ素子ＳＷ１がオン状態からオフ状態に切り替わる。そして、コンパレータ１０３は、スタンバイモード（ＳＴＢＹＢ信号＝"Ｌ"）のときにのみ動作し、上述のようにＡ点とＢ点の電位を比較する。そして、Ａ点の電位がＢ点の電位よりも低い場合、コンパレータ１０３は、"Ｌ"の信号を出力する。コンパレータ１０３からの出力が"Ｌ"のとき、図５に示すように、第２のスイッチ素子ＳＷ２をオフ状態とし、第３のスイッチ素子ＳＷ３をオン状態とする。これにより、第２の平滑用コンデンサに蓄積されていた電荷をグランドに放電することができる。
逆に、Ａ点の電位がＢ点の電位よりも高い場合、コンパレータ１０３は"Ｈ"の信号を出力する。コンパレータ１０３からの出力が"Ｈ"のとき、図６に示すように、第２のスイッチ素子ＳＷ２をオン状態とし、第３のスイッチ素子をオフ状態とする。これにより、第２の平滑用コンデンサＣ２は外部電源ＶＣＣに接続され、ＶＣＣ電位が充電される。
このように、コンパレータ１０３により、第２のスイッチ素子ＳＷ２及び第３のスイッチ素子ＳＷ３を制御することによって、スタンバイモードに切り替わるときに、第２の平滑用コンデンサＣ２に蓄積されている電荷を全て放出しない。このため、スタンバイモードから動作モードへ移行したときに第２の平滑用コンデンサＣ２に供給する電荷を少なくすることができ、消費電力を抑制することができる。また、第２の平滑用コンデンサＣ２の電位を常にＶＣＣ電位とすることができるため、第２の平滑用コンデンサＣ２に残留していた電荷により、Ａ点の電位が上昇してしまうことがない。これにより、外部電源ＶＣＣや、昇圧回路１０１の入力部分に規定外の電圧が印加されることもない。このため、昇圧電源回路１００の信頼性を向上させることができる。さらに、スタンバイモード中においても、第２の平滑用コンデンサＣ２の電位がＶＣＣ電位となるように充電されている。このため、スタンバイモードから動作モードの移行した際に、昇圧完了までの時間を短縮することが可能となる。
また、実施の形態１と比較すると、コンパレータ１０３により直接Ａ点とＢ点の電位をモニタして、第２のスイッチ素子ＳＷ２及び第３のスイッチ素子ＳＷ３を制御することができるため、第２の平滑用コンデンサＣ２の電荷を放電しすぎることがない。また、第２の平滑用コンデンサＣ２がＶＣＣ電位となるまでの放電時間を考慮して設計する必要もなくなるため、昇圧電源回路１００の設計が容易となる。
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る昇圧電源回路１００について、図８及び図９を参照して説明する。図８及び図９は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の構成を示す図である。図８は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の動作モードにおけるスイッチ素子の状態を示している。また、図９は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の動作モードからスタンバイモードに変化した直後のスイッチ素子の状態を示している。本実施の形態に係る昇圧電源回路１００は、他のコンデンサを用いて、第２の平滑用コンデンサＣ２の電荷を相殺させ、放電したのと同等の効果を得るものである。本実施の形態は、昇圧回路１０１として、特に正極電圧と負極電圧の両方を生成するような多出力の昇圧回路を用いた場合に特に有効である。図８及び図９において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図８及び図９に示すように、本実施の形態にかかる昇圧電源回路１００は、昇圧回路１０１、制御回路１０２等を有している。本実施の形態において用いられる昇圧回路１０１は、外部電源ＶＣＣから入力される入力電圧を所望の正極の出力電圧（正極出力）Ｖｏｕｔ＋昇圧し、また、負極の出力電圧（負極出力）Ｖｏｕｔ−に降圧する。昇圧回路１０１の入力側には、入力電圧の平滑化を行う第１の平滑用コンデンサＣ１が設けられている。第１の平滑用コンデンサＣ１の一方の電極と、昇圧回路１０１の入力側との接点をＡ点とする。また、第１の平滑用コンデンサＣ１の他方の電極は、接地電位に接続されている。
また、昇圧回路１０１の正極出力Ｖｏｕｔ＋の出力側には、第１のスイッチ素子ＳＷ１を介して、第２の平滑用コンデンサＣ２が設けられている。第２の平滑用コンデンサＣ２は、正極出力Ｖｏｕｔ＋の平滑化を行う。第２の平滑用コンデンサＣ２の一方の電極と、昇圧回路１０１の出力側との接点をＢ点とする。また、第２の平滑用コンデンサＣ２の他方の電極は、接地電位に接続されている。さらに、第１の平滑用コンデンサＣ１と第２の平滑用コンデンサＣ２とは、第２のスイッチ素子ＳＷ２を介して接続されている。
また、昇圧回路１０１の負極出力Ｖｏｕｔ−の出力側には、第３のスイッチ素子ＳＷ３を介して、第３の平滑用コンデンサＣ３が設けられている。第３の平滑用コンデンサＣ３は、負極出力Ｖｏｕｔ−の平滑化を行う。第３の平滑用コンデンサＣ３の一方の電極と、昇圧回路１０１の出力側との接点をＣ点とする。また、第３の平滑用コンデンサＣ３の他方の電極は、接地電位に接続されている。そして、第２の平滑用コンデンサＣ２と第３の平滑用コンデンサＣ３とは、第４のスイッチ素子ＳＷ４を介して接続されている。すなわち、正極出力Ｖｏｕｔ＋と負極出力Ｖｏｕｔ−とは第４のスイッチ素子ＳＷ４を介して接続されている。
制御回路１０２は、ＳＴＢＹＢ信号（スタンバイモード制御信号）及びＰＲＥＣ信号（プリチャージ制御信号）を出力する。ＳＴＢＹＢ信号は、上述した動作モードとスタンバイモードとを切替える信号である。昇圧電源回路１００は、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｈ"のときに動作モードとなり、"Ｌ"のときにスタンバイモードとなる。また、ＰＲＥＣ信号は、第２の平滑用コンデンサＣ２をＶＣＣ電位まで充電するため、第２のスイッチ素子ＳＷ２を制御する信号である。
ここで、図１０を参照して、実施の形態３にかかる昇圧電源回路１００の制御方法について説明する。図１０は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の動作出力波形を示す図である。図１０に示すように、電源ＯＦＦの状態から電源ＯＮの状態として、外部電源ＶＣＣから入力電圧を供給すると、Ａ点の電位は入力電圧のＶＣＣ電位となる。このとき、ＳＴＢＹＢ信号は"Ｌ"であるため、昇圧電源回路１００はスタンバイモードとなっている。電源ＯＮ直後のスタンバイモードにおいては、第１のスイッチ素子ＳＷ１はオフ状態、第２のスイッチ素子ＳＷ２はオン状態、第３のスイッチ素子ＳＷ３はオフ状態、第４のスイッチ素子ＳＷ４はオフ状態である。また、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００においては、スタンバイモード中昇圧回路１０１は昇圧動作を行わず、正極出力Ｖｏｕｔ＋からは入力電圧をそのまま出力する。このため、Ｂ点の電位は昇圧回路１０１の入力側のＡ点の電位と等しくＶＣＣ電位となる。一方、昇圧回路１０１の負極出力Ｖｏｕｔ−からは、接地電位を出力する。従って、Ｃ点の電位は接地電位となる。
そして、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｈ"となる第１のタイミングで、昇圧電源回路１００は動作モードに切り替わる。動作モードにおいては、ＳＴＢＹＢ信号が立ち上がる第１のタイミングで第１のスイッチ素子ＳＷ１及び第３のスイッチ素子ＳＷ３がオフ状態からオン状態に切り替わる。一方、第２のスイッチ素子ＳＷ２がオン状態からオフ状態に切り替わる。また、第４のスイッチ素子ＳＷ４は、オフ状態のままである。従って、動作モードにおいては、図８に示すように、第１のスイッチ素子ＳＷ１及び第３のスイッチ素子ＳＷ３はオン状態、第２のスイッチ素子ＳＷ２及び第４のスイッチ素子ＳＷ４はオフ状態の構成となる。
このとき、昇圧回路１０１は、外部電源ＶＣＣから入力電圧を所望の正極出力Ｖｏｕｔ＋に昇圧する。そして、正極出力Ｖｏｕｔ＋から出力された正極の出力電圧は、第１のスイッチ素子ＳＷ１を介して内部回路に出力される。これにより、図１０に示すように、Ｂ点の電位は昇圧された正極出力Ｖｏｕｔ＋の昇圧電位になる。このとき、第２の平滑用コンデンサＣ２は、正極出力Ｖｏｕｔ＋の電圧を安定化する容量として機能する。
また、昇圧回路１０１は、外部電源ＶＣＣから入力される入力電圧を所望の負極出力Ｖｏｕｔ−に降圧する。そして、負極出力Ｖｏｕｔ−から出力された負極の出力電圧は、第３のスイッチ素子ＳＷ３を介して内部回路に出力される。これにより、図１０に示すように、Ｃ点の電位は降圧された負極出力Ｖｏｕｔ−の降圧電位になる。このとき、第３の平滑用コンデンサＣ３は、負極出力Ｖｏｕｔ−の電圧を安定化する容量として機能する。
その後、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｌ"となる第２のタイミングで、昇圧電源回路１００は、動作モードからスタンバイモードへと切り替わる。スタンバイモードにおいては、まず、ＳＴＢＹＢ信号が立ち下がる第２のタイミングで第１のスイッチ素子ＳＷ１及び第３のスイッチ素子ＳＷ３がオン状態からオフ状態に切り替わる。また、第２のスイッチ素子ＳＷ２はオフ状態のままであり、第４のスイッチ素子ＳＷ４はオフ状態からオン状態へと切り替わる。これにより、スタンバイモードにおいては、まず図９に示すように、第１のスイッチ素子ＳＷ１、第２のスイッチ素子ＳＷ２及び第３のスイッチ素子ＳＷ３はオフ状態、第４のスイッチ素子ＳＷ４はオン状態の構成となる。これにより、正極電圧が蓄積された第２の平滑用コンデンサＣ２と負極電圧が蓄積された第３の平滑用コンデンサＣ３とを第４のスイッチ素子ＳＷ４によりショートさせる。これにより、第２の平滑用コンデンサＣ２及び第３の平滑用コンデンサＣ３に蓄積されている電荷が相殺され、放電したときと同等の効果を得ることができる。
電荷を相殺した後の第２の平滑用コンデンサＣ２及び第３の平滑用コンデンサＣ３の電位は、正極出力Ｖｏｕｔ＋及び負極出力Ｖｏｕｔ−、第２の平滑用コンデンサＣ２及び第３の平滑用コンデンサＣ３の容量によって一意に決定される。例えば、正極出力Ｖｏｕｔ＋の電位をＶ１[Ｖ]，負極出力Ｖｏｕｔ−の電位を−Ｖ２[Ｖ]、第２の平滑用コンデンサＣ２の容量をＣ１[Ｆ]、第３の平滑用コンデンサＣ３の容量をＣ２[Ｆ]とすると、第４のスイッチ素子ＳＷ４をオン状態として正極出力Ｖｏｕｔ＋と負極出力Ｖｏｕｔ−とをショートさせた後のＢ点及びＣ点の電位Ｖｏ[Ｖ]は、以下の式により表される。
Ｖｏ＝（Ｃ１・Ｖ１−Ｃ２・Ｖ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）[Ｖ]
上記の式により、正極出力Ｖｏｕｔ＋の電位と負極出力Ｖｏｕｔ−の電位が正負対称かつＣ１＝Ｃ２である場合には、電位Ｖｏは、０[Ｖ]となる。
その後、ＰＲＥＣ信号が"Ｈ"となると、第２のスイッチ素子ＳＷ２はオフ状態からオン状態へと切り替わり、第４のスイッチ素子ＳＷ４はオン状態からオフ状態へと切り替わる。このとき、第１のスイッチ素子ＳＷ１及び第３のスイッチ素子ＳＷ３は、オフ状態のままである。これにより、第２の平滑用コンデンサＣ２は、第２のスイッチ素子ＳＷ２を介して、第１の平滑用コンデンサＣ１に接続される。これにより、第２の平滑用コンデンサＣ２はＶＣＣ電位まで再充電される。なお、第３の平滑用コンデンサＣ３は、動作モードにおいては、負極出力Ｖｏｕｔ−に接続され負極の電圧が供給されるため、正極の電位であるＶＣＣ電位に充電する利点はない。このため、第３の平滑用コンデンサＣ３は、ＶＣＣ電位に接続しない。
このように、第４のスイッチ素子ＳＷ４により、第２の平滑用コンデンサＣ２と第３の平滑用コンデンサＣ３とをショートさせる。これにより、スタンバイモードに切り替わるときに、第２の平滑用コンデンサＣ２及び第３の平滑用コンデンサＣ３に残留していた電荷により、Ａ点の電位が上昇してしまうことがない。また、外部電源ＶＣＣや、昇圧回路１０１の入力部分に規定外の電圧が印加されることもない。このため、昇圧電源回路１００の信頼性を向上させることができる。
その後、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｈ"となるタイミングで、昇圧電源回路１００は再びスタンバイモードから動作モードに切り替わる。動作モードにおいては、ＳＴＢＹＢ信号が立ち上がるタイミングで第１のスイッチ素子ＳＷ１及び第３のスイッチ素子ＳＷ３がオフ状態からオン状態に切り替わり、一方、第２のスイッチ素子ＳＷ２がオン状態からオフ状態に切り替わる。また、第４のスイッチ素子ＳＷ４は、オフ状態のままである。このとき、上述したように、スタンバイモード中に、第２の平滑用コンデンサＣ２の電位がＶＣＣ電位となるように再充電されている。このため、スタンバイモードから動作モードの移行した際に、昇圧完了までの時間を短縮することが可能となる。
また、図１０において、電源ＯＦＦの直前は、Ｂ点の電位を破線で示すように第２の平滑用コンデンサＣ２をＶＣＣ電位まで再充電する必要はない。このため、あらかじめ電源をＯＦＦすることが分かっているのであれば、第２の平滑用コンデンサＣ２を再充電しないように制御してもよい。
上述したように、正極出力Ｖｏｕｔ＋と負極出力Ｖｏｕｔ−とをショートするたかだか１つのスイッチ素子を設けて制御することにより、簡単な回路構成で第２の平滑用コンデンサＣ２及び第３の平滑用コンデンサＣ３の電荷を放電した場合と同等の効果を得ることができる。従って、多出力昇圧回路を有する既存の昇圧電源回路にスイッチ素子を１つと制御回路を設けるだけなので、回路規模の増大を防止することができる。
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る昇圧電源回路１００について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１及び図１２は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の構成を示す図である。図１１は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の動作モードにおけるスイッチ素子の状態を示している。また、図１２は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の動作モードからスタンバイモードに変化した直後のスイッチの状態を示している。本実施の形態に係る昇圧電源回路１００は、昇圧回路１０１に設けられている昇圧用コンデンサＣ４を用いて、第２の平滑用コンデンサＣ２の電荷を放電するものである。
図１１及び図１２に示すように、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００は、昇圧回路１０１、制御回路１０２等を有している。また、昇圧回路１０１は、昇圧用コンデンサＣ４を有している。なお、昇圧用コンデンサ１０１は、複数の昇圧用コンデンサを有している場合もある。動作モードにおいては、昇圧回路１０１は、外部から入力されるＣＬＫ信号に応じて昇圧動作を行い、外部電源ＶＣＣから入力された入力電圧から所望の出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。昇圧回路１０１の入力側には、入力電圧の平滑化を行う第１の平滑用コンデンサＣ１が設けられている。第１の平滑用コンデンサＣ１の一方の電極と、昇圧回路１０１の入力側との接点をＡ点とする。また、第１の平滑用コンデンサＣ１の他方の電極は、接地電位に接続されている。
また、昇圧回路１０１の出力側には、第１のスイッチ素子ＳＷ１を介して、第２の平滑用コンデンサＣ２が設けられている。第２の平滑用コンデンサＣ２は、出力電圧Ｖｏｕｔの平滑化を行う。第２の平滑用コンデンサＣ２の一方の電極と、昇圧回路１０１の出力側との接点をＢ点とする。また、第２の平滑用コンデンサＣ２の他方の電極は、接地電位に接続されている。さらに、第１の平滑用コンデンサＣ１と第２の平滑用コンデンサＣ２とは、第２のスイッチ素子ＳＷ２を介して接続されている。
また、昇圧回路１０１内の昇圧用コンデンサＣ４の一方の電極は、第３のスイッチ素子ＳＷ３を介して接地電位に接続されている。一方、昇圧用コンデンサＣ４の他方の電極は、第４のスイッチ素子ＳＷ４を介して昇圧回路１０１の出力側に、Ｂ点よりも下流側に接続されている。
制御回路１０２は、ＳＴＢＹＢ信号（スタンバイモード制御信号）を出力する。ＳＴＢＹＢ信号は、上述した動作モードとスタンバイモードとを切替える信号である。昇圧電源回路１００は、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｈ"のときに動作モードとなり、"Ｌ"のときにスタンバイモードとなる。
ここで、図１３〜図１５を参照して、実施の形態４にかかる昇圧電源回路１００の制御方法について説明する。図１３は、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００の動作出力波形を示す図である。また、図１４は、図１１及び図１２に示す昇圧用コンデンサＣ４の電位波形を示す図である。図１４において、昇圧用コンデンサＣ４の＋電極の電位波形を実線で示し、−電極の電位波形を一点破線で示している。図１５は、スタンバイモードにおける昇圧電源回路１００の一部の等価回路である。ここでは、昇圧回路１０１が２倍昇圧を行う場合について説明する。
図１３に示すように、電源ＯＦＦの状態から電源ＯＮの状態として、外部電源ＶＣＣから入力電圧を供給すると、Ａ点の電位は入力電圧のＶＣＣ電位となる。このとき、ＳＴＢＹＢ信号は"Ｌ"であるため、昇圧電源回路１００はスタンバイモードとなっている。電源入力直後のスタンバイモードにおいては、第１のスイッチ素子ＳＷ１はオフ状態、第２のスイッチ素子ＳＷ２はオン状態、第３のスイッチ素子ＳＷ３はオフ状態、第４のスイッチ素子ＳＷ４はオフ状態である。また、本実施の形態に係る昇圧電源回路１００においては、スタンバイモード中昇圧回路１０１は昇圧動作を行わず、出力電圧Ｖｏｕｔからは入力電圧がそのまま出力される。このため、Ｂ点の電位は昇圧回路１０１の入力側のＡ点の電位と等しくＶＣＣ電位となる。
そして、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｈ"となる第１のタイミングで、昇圧電源回路１００は動作モードに切り替わる。動作モードにおいては、ＳＴＢＹＢ信号が立ち上がる第１のタイミングで第１のスイッチ素子ＳＷ１は、オフ状態からオン状態に切り替わる。一方、第２のスイッチ素子ＳＷ２がオン状態からオフ状態に切り替わる。また、第３のスイッチ素子ＳＷ３及び第４のスイッチ素子ＳＷ４は、オフ状態のままである。従って、動作モードにおいては、図１１に示すように、第１のスイッチ素子ＳＷ１はオン状態、第２のスイッチ素子ＳＷ２、第３のスイッチ素子ＳＷ３及び第４のスイッチ素子ＳＷ４はオフ状態の構成となる。
このとき、昇圧回路１０１は、昇圧用コンデンサＣ４を用いて、外部電源ＶＣＣから入力される入力電圧を所望の出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧する。図１４に示すように、まず、昇圧用コンデンサＣ４の＋電極にはＶＣＣ電位が供給され、−電極には接地電位が供給される。外部から入力されるＣＬＫ信号が立ち上がると、−電極にはＶＣＣ電位が供給される。このとき、昇圧用コンデンサＣ４の両電極の電位差はＶＣＣ電位のままであるため、昇圧用コンデンサＣ４の＋電極には２倍のＶＣＣ電位となる。そして、昇圧回路１０１内に設けられているスイッチ素子（不図示）がオン状態となり、この昇圧された２倍のＶＣＣ電位である出力電圧Ｖｏｕｔが昇圧回路１０１から出力される。この出力電圧Ｖｏｕｔは、第１のスイッチ素子ＳＷ１を介して内部回路に出力される。また、第２の平滑用コンデンサＣ２にも２倍のＶＣＣ電位（昇圧電位）が供給される。その後、ＣＬＫ信号が立ち下がると、昇圧用コンデンサＣ４の−電極には接地電位が供給される。このため、昇圧用コンデンサＣ４の＋電極は、ＶＣＣ電位となる。このとき、昇圧回路１０１内に設けられているスイッチ素子（不図示）がオフ状態となるため、昇圧回路１０１から電圧は出力されず、第２の平滑用コンデンサＣ２に蓄積されている昇圧電位が内部回路に出力される。このため、動作モードにおいては、図１３に示すように、Ｂ点の電位は昇圧回路１０１により昇圧された昇圧電位になる。このとき、第２の平滑用コンデンサＣ２は、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧を安定化する容量として機能する。
その後、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｌ"となる第２のタイミングで、昇圧電源回路１００は、動作モードからスタンバイモードへと切り替わる。スタンバイモードにおいては、まず、ＳＴＢＹＢ信号が立ち下がる第２のタイミングで第１のスイッチ素子ＳＷ１がオン状態からオフ状態へと切り替わる。また、第３のスイッチ素子ＳＷ３及び第４のスイッチ素子ＳＷ４はオフ状態からオン状態へと切り替わる。一方、第２のスイッチ素子ＳＷ２は、オフ状態のままである。これにより、スタンバイモードにおいては、図１２に示すように、第１のスイッチ素子ＳＷ１及び第２のスイッチ素子ＳＷ２はオフ状態、第３のスイッチ素子ＳＷ３及び第４のスイッチ素子ＳＷ４はオン状態の構成となる。
第３のスイッチ素子ＳＷ３がオン状態となることにより、昇圧用コンデンサＣ４の＋電極が接地電位に接続される。昇圧用コンデンサＣ４の両電極の電位差はＶＣＣのまま変化しないため、昇圧用コンデンサＣ４の−電極は−ＶＣＣ電位となる。そして、第４のスイッチ素子ＳＷ４がオン状態となることにより、−ＶＣＣ電位の昇圧用コンデンサＣ４の−電極と２ＶＣＣ電位である第２の平滑用コンデンサＣ２の電極とが接続される。すなわち、図１５に示すように、第２の平滑用コンデンサＣ２と昇圧用コンデンサＣ４とをショートさせる。これにより、第２の平滑用コンデンサＣ２と昇圧用コンデンサＣ４とにそれぞれ蓄積された電荷が相殺され、放電したときと同等の効果を得ることができる。
電荷を相殺した後の第２の平滑用コンデンサＣ２及び昇圧用コンデンサＣ４の電位は、出力電圧Ｖｏｕｔの昇圧電位及び昇圧用コンデンサＣ４にかかる電位、第２の平滑用コンデンサＣ２及び昇圧用コンデンサＣ４の容量によって一意に決定される。例えば、昇圧回路１０１を２倍昇圧とした本実施の形態の場合、出力電圧Ｖｏｕｔの電位をＶ１[Ｖ]とすると、昇圧用コンデンサＣ４の両端の電位はＶ１／２[Ｖ]となる。また、第２の平滑用コンデンサＣ２の容量をＣ１[Ｆ]、昇圧用コンデンサＣ４の容量をＣ２[Ｆ]とすると、動作モードにおける各コンデンサの充電量は、下記のように表される。
第２の平滑用コンデンサＣ２：Ｑ２＝Ｃ１×Ｖ１
昇圧用コンデンサＣ４：Ｑ４＝Ｃ２×Ｖ１／２
スタンバイモードにおいては、これがショートされて相殺されるため、第２の平滑用コンデンサＣ２及び昇圧用コンデンサＣ４にはそれぞれ、
Ｑ２−Ｑ４＝（２×Ｃ１−Ｃ２）×Ｖ１／２
の電荷が残留することになる。
また、図１５に示すように、第２の平滑用コンデンサＣ２と昇圧用コンデンサＣ４とは、並列容量となり、その合成容量はＣ１＋Ｃ２となる。従って、第３のスイッチ素子ＳＷ３及び第４のスイッチ素子をオン状態として、第２の平滑用コンデンサＣ２と昇圧用コンデンサＣ４とをショートさせた後のＢ点の電位Ｖｏ[Ｖ]は、以下の式により表される。
Ｖｏ＝（Ｑ２−Ｑ４）／（Ｃ１＋Ｃ２）
＝（２Ｃ１−Ｃ２）Ｖ１／２（Ｃ１＋Ｃ２）[Ｖ]
このように、第２の平滑用コンデンサＣ２と昇圧用コンデンサＣ４とをショートさせる。これにより、スタンバイモードに切り替わるときに、第２の平滑用コンデンサＣ２に残留していた電荷により、Ａ点の電位が上昇してしまうことがない。また、外部電源ＶＣＣや、昇圧回路１０１の入力部分に規定外の電圧が印加されることもない。このため、昇圧電源回路１００の信頼性を向上させることができる。
その後、ＳＴＢＹＢ信号が"Ｈ"となるタイミングで、昇圧電源回路１００は再びスタンバイモードから動作モードに切り替わる。動作モードにおいては、ＳＴＢＹＢ信号が立ち上がるタイミングで第１のスイッチ素子ＳＷ１がオフ状態からオン状態に切り替わる。そして、第３のスイッチ素子ＳＷ３及び第４のスイッチ素子ＳＷ４がオン状態からオフ状態に切り替わる。また、第２のスイッチ素子ＳＷ２はオフ状態のままである。このとき、上述したように、スタンバイモード中に、第２の平滑用コンデンサＣ２の電位が略ＶＣＣ電位となるように充電された状態となっている。このため、スタンバイモードから動作モードの移行した際に、昇圧完了までの時間を短縮することが可能となる。なお、第２の平滑用コンデンサＣ２と昇圧用コンデンサＣ４とをショートさせることにより、第２の平滑用コンデンサＣ２の電位がＶＣＣ電位まで充電された状態となるように、各コンデンサの容量、電位を決定することができる。
上述したように、第２の平滑用コンデンサＣ２と昇圧用コンデンサＣ４とをショートする２つのスイッチ素子を設けて制御することにより、簡単な回路構成で第２の平滑用コンデンサＣ２及び第３の平滑用コンデンサＣ３の電荷を放電した場合と同等の効果を得ることができる。従って、既存の昇圧電源回路にスイッチ素子を２つ設けるだけなので、回路規模の増大を防止することができる。なお、本実施の形態においては、実施の形態３において説明したように、昇圧回路１０１が多出力昇圧回路の場合に限定されず、どのような昇圧回路１０１であっても適用することができる。
なお、本実施の形態においては、スタンバイモードにおいて第２の平滑用コンデンサＣ２の電位がＶＣＣ電位となるように、昇圧用コンデンサＣ４に蓄積される電荷を規定した場合について説明したが、これに限定されない。例えば、実施の形態３において説明したように、ＰＲＥＣ信号を新たに加えて、各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御し、第２の平滑用コンデンサにＣ２をＶＣＣ電位まで再充電する方式をとってもよい。具体的には、第２の平滑用コンデンサＣ２と昇圧用コンデンサＣ４とをショートした後に、第３のスイッチ素子ＳＷ３及び第４のスイッチ素子ＳＷ４をオフ状態、第２のスイッチ素子ＳＷ２をオン状態とすることができる。
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係るドライバＩＣについて、図１６を参照して説明する。図１６は、本実施の形態に係るドライバＩＣ２００の構成を示す図である。本実施の形態にかかるドライバＩＣ２００は、上述した実施の形態１〜４の昇圧電源回路１００を適宜適用したドライバＩＣである。ここでは、図１６に示すように、実施の形態３及び実施の形態４に係る２つの昇圧回路１００を内蔵した、１チップの電源内蔵ＬＣＤドライバＩＣを例として説明する。
図１６に示すように、本実施の形態に係るドライバＩＣ２００は、レギュレータ２０１、内部レギュレータ２０２、２つ昇圧電源回路１００を有している。ドライバＩＣ２００は、液晶表示装置のゲート線の駆動回路を内蔵している。ドライバＩＣ２００に内蔵される２つの昇圧電源回路１００のうちの一方は、液晶表示装置のゲート線に供給する電源として正極電圧ＶＧＨ、負極電圧ＶＧＬを生成する実施の形態３において説明したものである。また、２つの昇圧電源回路１００のうちの他方は、内部レギュレータ２０２用の電源ＶＤＤ２を生成する実施の形態４において説明したものである。なお、図１６において、実施の形態３に係る昇圧電源回路１００内には、昇圧用コンデンサＣ５及びＣ６を図示している。昇圧用コンデンサＣ５及びＣ６は、昇圧回路１０１内に設けられており、昇圧動作を行うものである。
ＶＣＣは外部電源で、ＶＤＤ２は実施の形態４に係る昇圧電源回路１００により生成された内部レギュレータ２０２用の電源である。また、正極電圧ＶＧＨ及び負極電圧ＶＧＬは、実施の形態３に係る昇圧電源回路１００により生成されたゲート線用の電源である。この電源は、ＬＣＤパネルに印加される電源となるため、スタンバイモードにおいて電荷を相殺するときに、第２の平滑用コンデンサＣ２及び第３の平滑用コンデンサＣ３の電位が接地電位まで落ちるように、各平滑用コンデンサの容量を設計する必要がある。なお、内部レギュレータ２０２用の電源ＶＤＤ２を生成する昇圧電源回路としては、実施の形態１あるいは実施の形態２に係る昇圧電源回路を適用することも可能である。
このようにして構成されたドライバＩＣは、上述したようにスタンバイモードのときに昇圧回路からの出力電圧の平滑用コンデンサの電荷を放電する際に、全ての電荷を放電せず、ある一定の電荷を保持する。このため、再び動作モードになったときの昇圧回路の立ち上がり時間を短縮することができる。また、外部電源の電位が持ち上がることがなく、素子を破壊する可能性がない。
以上説明したように、本発明によれば、スタンバイモードのときに昇圧回路１０１の出力側の第２の平滑用コンデンサＣ２の電荷を放電する際に、全ての電荷を放電せず、ある一定の電荷を第２の平滑用コンデンサＣ２が保持するようにする。これにより、再び動作モードになったときの昇圧回路の立ち上がり時間を短縮することができる。また、第２の平滑用コンデンサＣ２の電荷を無駄に放電させることがなく効率的である。さらに、外部電源の電位が持ち上がることがなく、素子を破壊するおそれを低減することができる。また、簡単な構成により簡便な制御で上記の構成を実現することができる。
実施の形態１に係る昇圧電源回路の動作モードにおけるスイッチ素子の状態を示す図である。 実施の形態１に係る昇圧電源回路の動作モードからスタンバイモードに変化した直後のスイッチの状態を示す図である。 実施の形態１に係る昇圧電源回路の動作を説明するための図である。 実施の形態２に係る昇圧電源回路の動作モードにおけるスイッチ素子の状態を示す図である。 実施の形態２に係る昇圧電源回路の動作モードからスタンバイモードに変化した直後（Ａ点の電位がＢ点の電位よりも低いとき）のスイッチ素子の状態を示す図である。 実施の形態２に係る昇圧電源回路の動作モードからスタンバイモードに変化して所定の期間経過後（Ａ点の電位がＢ点の電位よりも高いとき）のスイッチ素子の状態を示す図である。 実施の形態２に係る昇圧電源回路の動作を説明するための図である。 実施の形態３に係る昇圧電源回路の動作モードにおけるスイッチ素子の状態を示す図である。 実施の形態３に係る昇圧電源回路の動作モードからスタンバイモードに変化した直後のスイッチ素子の状態を示す図である。 実施の形態３に係る昇圧電源回路の動作を説明するための図である。 実施の形態４に係る昇圧電源回路の動作モードにおけるスイッチ素子の状態を示す図である。 実施の形態４に係る昇圧電源回路の動作モードからスタンバイモードに変化した直後のスイッチの状態を示す図である。 実施の形態４に係る昇圧電源回路の動作を説明するための図である。 実施の形態４に係る昇圧用コンデンサの電位を示す図である。 実施の形態４に係る昇圧電源回路のスタンバイモードにおける等価回路図である。 実施の形態５に係るドライバＩＣの構成を示す図である。 従来の昇圧電源回路の構成を示す図である。 従来の昇圧電源回路の構成を示す図である。 従来の昇圧電源回路の動作出力波形を示す図である。 従来の昇圧電源回路の構成を示す図である。 従来の昇圧電源回路の構成を示す図である。 従来の昇圧電源回路の動作出力波形を示す図である。
符号の説明
１００ 昇圧電源回路
１０１ 昇圧回路
１０２ 制御回路
１０３ コンパレータ
２００ ドライバＩＣ
２０１ レギュレータ
２０２ 内部レギュレータ
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 平滑用コンデンサ
Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６ 昇圧用コンデンサ、
Ｃ２１、Ｃ３１ 昇圧用コンデンサ
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４ スイッチ素子
Ｒ１ 電流制御用抵抗素子

Claims (13)

  1. 動作モードと、スタンバイモードとを有する昇圧電源回路であって、
    外部電源から入力される入力電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、
    前記昇圧回路の出力側に接続され、前記昇圧回路により昇圧された出力電圧を平滑化する第１の平滑用コンデンサと、
    前記動作モードから前記スタンバイモードへの切替時に、前記第１の平滑用コンデンサの電荷の移動先と移動量とを制御する制御回路と、
    前記昇圧回路の入力部の電位と、前記第１の平滑用コンデンサの前記昇圧回路の出力側に接続された電極の電位とを比較して比較信号を出力するコンパレータと、
    を備え、
    前記制御回路は、前記コンパレータから出力された前記比較信号に基づいて、前記第１の平滑用コンデンサの電荷の移動先と移動量とを制御する昇圧電源回路。
  2. 前記昇圧回路からの出力電圧を後段の回路に出力する第１のスイッチ素子と、
    前記外部電源と前記第１の平滑用コンデンサとを接続する第２のスイッチ素子と、
    前記第１の平滑用コンデンサを抵抗素子を介して接地電位に接続する第３のスイッチ素子とをさらに有し、
    前記制御回路は、
    前記動作モードから前記スタンバイモードに切り替わる第１のタイミングで、前記第１のスイッチ素子をオフ状態、前記第２のスイッチ素子をオフ状態、前記第３のスイッチ素子をオン状態とし、
    前記第１のタイミングから所定の期間経過した第２のタイミングで、前記第２のスイッチ素子をオン状態、前記第３のスイッチ素子をオフ状態とする請求項１に記載の昇圧電源回路。
  3. 前記第３のスイッチ素子は、前記第１の平滑用コンデンサの前記昇圧回路の出力側に接続された電極を前記接地電位に接続する請求項２に記載の昇圧電源回路。
  4. 前記コンパレータは、
    前記昇圧回路の入力部の電位が前記第１の平滑用コンデンサの電位よりも高い場合には、前記第１の平滑用コンデンサの電荷を前記外部電源に接続し、
    前記昇圧回路の入力部の電位が前記第１の平滑用コンデンサの電位よりも低い場合には、前記第１の平滑用コンデンサを接地電位に接続する請求項１〜３のいずれか１項に記載の昇圧電源回路。
  5. 動作モードと、スタンバイモードとを有する昇圧電源回路であって、
    外部電源から入力される入力電圧を昇圧して出力する、正極電圧出力と負極電圧出力とを有する昇圧回路と、
    前記正極電圧出力に接続され、前記昇圧回路により昇圧された出力電圧を平滑化する第１の平滑用コンデンサと、
    前記負極電圧出力に接続された第２の平滑用コンデンサと、
    前記第１の平滑用コンデンサと前記第２の平滑用コンデンサとを接続する第４のスイッチ素子と、
    前記動作モードから前記スタンバイモードへの切替時に、前記第１の平滑用コンデンサの電荷の移動先と移動量とを制御する制御回路とを備える昇圧電源回路。
  6. 前記第４のスイッチ素子は、前記動作モードから前記スタンバイモードへと切り替わる第１のタイミングでオン状態となり、所定の期間経過後にオフ状態になると同時に、前記第１の平滑用コンデンサは前記外部電源に接続される請求項５に記載の昇圧電源回路。
  7. 動作モードと、スタンバイモードとを有する昇圧電源回路であって、
    外部電源から入力される入力電圧を昇圧して出力する、昇圧用コンデンサを有する昇圧回路と、
    前記昇圧回路の出力側に接続され、前記昇圧回路により昇圧された出力電圧を平滑化する第１の平滑用コンデンサと、
    前記動作モードから前記スタンバイモードへの切替時に、前記第１の平滑用コンデンサの電荷の移動先と移動量とを制御する制御回路とを備え、
    前記第１の平滑用コンデンサと前記昇圧用コンデンサとを接続することにより、前記第１の平滑用コンデンサの電荷を移動させる昇圧電源回路。
  8. 前記動作モードから前記スタンバイモードに切り替わる第１のタイミングで、前記第１の平滑用コンデンサと前記昇圧用コンデンサとを接続する請求項７に記載の昇圧電源回路。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の昇圧電源回路を１つ以上有するドライバＩＣ。
  10. 動作モードとスタンバイモードとを有する昇圧電源回路の制御方法であって、
    前記動作モードのとき、
    外部電源から入力電圧を昇圧回路に入力し、
    前記入力電圧に基づいて昇圧された出力電圧を平滑用コンデンサにより平滑化して出力し、
    前記動作モードから前記スタンバイモードに切り替わる第１のタイミングで前記平滑用コンデンサの前記昇圧回路の出力側に接続された電極を所定の放電手段に結合し、
    前記第１のタイミングから所定の期間経過した第２のタイミングで前記電極を前記外部電源に結合する制御方法。
  11. 前記平滑用コンデンサの前記昇圧回路の出力側に接続された電極を、前記第１のタイミ
    ングで接地電位に結合する請求項１０に記載の制御方法。
  12. 前記平滑用コンデンサの前記昇圧回路の出力側に接続された電極を、前記第１のタイミ
    ングで、前記平滑用コンデンサの電極の電位と逆電位に結合する請求項１０に記載の制御方法。
  13. 前記スタンバイモードにおいて、
    前記昇圧回路の入力部の電位と前記平滑用コンデンサの前記昇圧回路の出力側に接続された電極の電位とを比較し、
    比較結果に基づいて、前記平滑用コンデンサの前記昇圧回路の出力側に接続された電極を、前記所定の放電手段または前記外部電源のいずれか一つに選択的に結合させる請求項１０に記載の制御方法。
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