JP5063299B2 - チャージポンプ回路の動作制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、出力電圧可変のチャージポンプ回路の動作制御方法に関し、特に、入力電圧の１倍から２倍の間の電圧を出力することができるチャージポンプ回路の動作制御方法に関する。
図１１は、従来のチャージポンプ回路の例を示した回路図である（例えば、特許文献１参照。）。
図１１のチャージポンプ回路では、ｎ（ｎは、ｎ＞１の整数）個のフライングコンデンサＣ１〜Ｃｎの数を適当に選ぶことによって、入力電圧Ｖｉｎを（１＋１／ｎ）倍に昇圧した電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力することができる。例えば、ｎ＝３の場合、３個のフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３で、入力電圧Ｖｉｎを（１＋１／３）倍に昇圧した電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力するようにしており、すなわち、フライングコンデンサの数に応じて、出力電圧Ｖｏｕｔとして、入力電圧Ｖｉｎの１倍から２倍の間の電圧を得ることができる。
特許第３９１１１８８号公報
図１１のチャージポンプ回路では、ｎ（ｎは、ｎ＞１の整数）個のフライングコンデンサＣ１〜Ｃｎの数を適当に選ぶことによって、入力電圧Ｖｉｎを（１＋１／ｎ）倍に昇圧した電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力することができる。例えば、ｎ＝３の場合、３個のフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３で、入力電圧Ｖｉｎを（１＋１／３）倍に昇圧した電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力するようにしており、すなわち、フライングコンデンサの数に応じて、出力電圧Ｖｏｕｔとして、入力電圧Ｖｉｎの１倍から２倍の間の電圧を得ることができる。
しかし、このような従来のチャージポンプ回路では、フライングコンデンサの数をｎ個としたとき、出力電圧Ｖｏｕｔとして、入力電圧Ｖｉｎを（１＋１／ｎ）倍にした１つの電圧値しか得ることができないという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、入力電圧Ｖｉｎと同じ電圧から入力電圧Ｖｉｎの２倍の電圧までの範囲で、複数の値の出力電圧Ｖｏｕｔを生成することができるチャージポンプ回路の動作制御方法を得ることを目的とする。
この発明に係るチャージポンプ回路の動作制御方法は、入力端子に入力された入力電圧で充電される複数のフライングコンデンサと、
該各フライングコンデンサを直列に接続する各第１のスイッチ素子と、
前記各フライングコンデンサと該各第１のスイッチ素子との直列回路の一端を前記入力端子に接続する第２のスイッチ素子と、
前記各フライングコンデンサと前記各第１のスイッチ素子との直列回路の他端を接地電圧に接続する第３のスイッチ素子と、
対応する前記フライングコンデンサにおける充電時の低電圧側端部と前記入力端子とをそれぞれ接続する各第４のスイッチ素子と、
対応する前記フライングコンデンサにおける充電時の高電圧側端部と所定の出力端子とをそれぞれ接続する各第５のスイッチ素子と、
を備え、前記入力電圧を昇圧して前記出力端子から出力電圧として出力する出力電圧可変のチャージポンプ回路の動作制御方法において、
前記フライングコンデンサの充電を行う充電期間では、
所望の前記出力電圧値に対応して選択した前記第１のスイッチ素子をオンさせて前記直列回路を形成し、
前記第２のスイッチ素子又は前記第４のスイッチ素子の１つを選択的にオンさせると共に前記第３のスイッチ素子をオンさせて、前記直列回路を前記入力電圧で充電させ、
前記フライングコンデンサの放電を行う放電期間では、
前記第２のスイッチ素子又は前記充電期間にオンさせた前記第４のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子とをそれぞれオフさせ、
前記所望の出力電圧値に対応して選択した前記第１のスイッチ素子のオン／オフ制御を行い、
１つ以上の前記第４のスイッチ素子と前記第５のスイッチ素子をそれぞれオンさせ、
前記直列回路の低電圧側端部を前記入力端子に接続すると共に、前記直列回路の高電圧側端部を前記出力端子に接続して、
前記入力電圧以上で、かつ前記入力電圧の２倍以下である所望の値の電圧を前記出力端子から出力し、
前記充電期間に前記入力電圧で充電されていない前記フライングコンデンサの低電圧側端部と前記入力端子との間に接続された前記第４のスイッチ素子と、該フライングコンデンサの高電圧側端部と前記出力端子との間に接続された前記第５のスイッチ素子とを常時オンさせるようにした。
該各フライングコンデンサを直列に接続する各第１のスイッチ素子と、
前記各フライングコンデンサと該各第１のスイッチ素子との直列回路の一端を前記入力端子に接続する第２のスイッチ素子と、
前記各フライングコンデンサと前記各第１のスイッチ素子との直列回路の他端を接地電圧に接続する第３のスイッチ素子と、
対応する前記フライングコンデンサにおける充電時の低電圧側端部と前記入力端子とをそれぞれ接続する各第４のスイッチ素子と、
対応する前記フライングコンデンサにおける充電時の高電圧側端部と所定の出力端子とをそれぞれ接続する各第５のスイッチ素子と、
を備え、前記入力電圧を昇圧して前記出力端子から出力電圧として出力する出力電圧可変のチャージポンプ回路の動作制御方法において、
前記フライングコンデンサの充電を行う充電期間では、
所望の前記出力電圧値に対応して選択した前記第１のスイッチ素子をオンさせて前記直列回路を形成し、
前記第２のスイッチ素子又は前記第４のスイッチ素子の１つを選択的にオンさせると共に前記第３のスイッチ素子をオンさせて、前記直列回路を前記入力電圧で充電させ、
前記フライングコンデンサの放電を行う放電期間では、
前記第２のスイッチ素子又は前記充電期間にオンさせた前記第４のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子とをそれぞれオフさせ、
前記所望の出力電圧値に対応して選択した前記第１のスイッチ素子のオン／オフ制御を行い、
１つ以上の前記第４のスイッチ素子と前記第５のスイッチ素子をそれぞれオンさせ、
前記直列回路の低電圧側端部を前記入力端子に接続すると共に、前記直列回路の高電圧側端部を前記出力端子に接続して、
前記入力電圧以上で、かつ前記入力電圧の２倍以下である所望の値の電圧を前記出力端子から出力し、
前記充電期間に前記入力電圧で充電されていない前記フライングコンデンサの低電圧側端部と前記入力端子との間に接続された前記第４のスイッチ素子と、該フライングコンデンサの高電圧側端部と前記出力端子との間に接続された前記第５のスイッチ素子とを常時オンさせるようにした。
また、同一の出力電圧値が得られる、前記充電期間及び前記放電期間における前記第１から第５の各スイッチ素子のオン／オフ状態の組み合わせが複数ある場合、前記放電期間において、前記直列回路を形成するフライングコンデンサの数が最も少なく、かつ並列に接続されるフライングコンデンサの数が最も多くなるように前記組み合わせを選択するようにした。
また、前記充電期間から前記放電期間に移行する間に、前記充電を停止する期間を設け、前記放電期間から前記充電期間に移行する間に、前記放電を停止する期間を設けるようにした。
また、前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続される、前記第１、第２、第４及び第５の各スイッチ素子の組み合わせの内、すべての組み合わせ又は一部の組み合わせのみのスイッチ素子をそれぞれオンさせるようにした。
また、前記第５のスイッチ素子を介して前記直列回路の一端を前記出力端子に、前記第３のスイッチ素子を介して該直列回路の他端を接地電圧にそれぞれ接続するようにした。
本発明のチャージポンプ回路の動作制御方法によれば、回路構成を変えることなく、入力電圧と同じ電圧から入力電圧の２倍の電圧までの範囲で、様々な値の電圧を出力することができ、フライングコンデンサの数を増やすことによって、更に多くの種類の出力電圧を生成することができる。
また、同じ出力電圧値を得るための各スイッチ素子のオン／オフ状態の組み合わせが複数ある場合は、前記放電期間において、前記直列回路を形成するフライングコンデンサの数が最も少なく、かつ並列に接続されるフライングコンデンサの数が最も多くなるように前記組み合わせを選択するようにしたことから、フライングコンデンサの合成静電容量が大きくなり、より効率の高い昇圧を行うことができる。
また、前記充電期間に前記入力電圧で充電されていない前記フライングコンデンサの低電圧側端部と前記入力端子との間に接続された前記第４のスイッチ素子と、該フライングコンデンサの高電圧側端部と前記出力端子との間に接続された前記第５のスイッチ素子とを常時オンさせるようにしたことから、昇圧動作に寄与しないフライングコンデンサが、出力端子に接続された出力コンデンサに並列に接続されるため、出力容量を大きくすることができ、出力電圧の安定性を向上させることができる。
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるチャージポンプ回路の回路例を示した図である。
図１におけるチャージポンプ回路１は、電池又は定電圧回路等の直流電源１０から入力端子ＩＮに入力された入力電圧Ｖｉｎを１〜２倍の間での所望の倍率に昇圧して出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子ＯＵＴから出力する。
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるチャージポンプ回路の回路例を示した図である。
図１におけるチャージポンプ回路１は、電池又は定電圧回路等の直流電源１０から入力端子ＩＮに入力された入力電圧Ｖｉｎを１〜２倍の間での所望の倍率に昇圧して出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子ＯＵＴから出力する。
チャージポンプ回路１は、同じ容量のｎ個のフライングコンデンサＣ１〜Ｃｎ（ｎは、ｎ＞１の整数）と、出力電圧を安定化させる出力コンデンサＣｏと、第１スイッチ素子Ｓ１（１）〜Ｓ１（ｎ−１）と、第２スイッチ素子Ｓ２と、第３スイッチ素子Ｓ３と、第４スイッチ素子Ｓ４（１）〜Ｓ４（ｎ）と、第５スイッチ素子Ｓ５（１）〜Ｓ５（ｎ）と、第１スイッチ素子Ｓ１（１）〜Ｓ１（ｎ−１）、第２スイッチ素子Ｓ２、第３スイッチ素子Ｓ３、第４スイッチ素子Ｓ４（１）〜Ｓ４（ｎ）及び第５スイッチ素子Ｓ５（１）〜Ｓ５（ｎ）のスイッチング制御を行う制御回路２とを備えている。
なお、第１スイッチ素子Ｓ１（１）〜Ｓ１（ｎ−１）はそれぞれ第１のスイッチ素子をなし、第２スイッチ素子Ｓ２は第２のスイッチ素子を、第３スイッチ素子Ｓ３は第３のスイッチ素子をそれぞれなす。また、第４スイッチ素子Ｓ４（１）〜Ｓ４（ｎ）はそれぞれ第４のスイッチ素子をなし、第５スイッチ素子Ｓ５（１）〜Ｓ５（ｎ）はそれぞれ第５のスイッチ素子をなす。
入力端子ＩＮと接地電圧との間には、第２スイッチ素子Ｓ２と、フライングコンデンサＣ（１）〜Ｃ（ｎ）及び第１スイッチ素子Ｓ１（１）〜Ｓ１（ｎ−１）が交互に接続された直列回路と、第３スイッチ素子Ｓ３とが直列に接続されている。すなわち、フライングコンデンサＣ１〜Ｃｎと第１スイッチ素子Ｓ１（１）〜Ｓ１（ｎ−１）の直列回路において、フライングコンデンサＣ１〜Ｃｎが、対応する第１スイッチ素子Ｓ１（１）〜Ｓ１（ｎ−１）を介してそれぞれ直列に接続されている。また、フライングコンデンサＣ１〜Ｃｎの各低電圧側端部と入力端子ＩＮとの間には第４スイッチ素子Ｓ４（１）〜Ｓ４（ｎ）が対応して接続され、フライングコンデンサＣ１〜Ｃｎの各高電圧側端部と出力端子ＯＵＴとの間には第５スイッチ素子Ｓ５（１）〜Ｓ５（ｎ）が対応して接続されている。なお、制御回路２と、第１スイッチ素子Ｓ１（１）〜Ｓ１（ｎ−１）、第２スイッチ素子Ｓ２、第３スイッチ素子Ｓ３、第４スイッチ素子Ｓ４（１）〜Ｓ４（ｎ）及び第５スイッチ素子Ｓ５（１）〜Ｓ５（ｎ）の各制御電極との接続の図示は省略している。
このような構成において、図１のチャージポンプ回路の動作を具体的に説明するために、以下、フライングコンデンサが３個、すなわちｎ＝３の場合を例にして説明する。
この場合、チャージポンプ回路１は、入力電圧Ｖｉｎに対して、１倍、（１＋１／３）倍、（１＋１／２）倍、（１＋２／３）倍及び２倍の５種類の電圧の何れか１つを出力電圧Ｖｏｕｔとして出力することができ、制御回路２は、選択した出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値に応じて、第１スイッチ素子Ｓ１（１），Ｓ１（２）、第２スイッチ素子Ｓ２、第３スイッチ素子Ｓ３、第４スイッチ素子Ｓ４（１）〜Ｓ４（３）及び第５スイッチ素子Ｓ５（１）〜Ｓ５（３）のオン／オフ制御を行う。
この場合、チャージポンプ回路１は、入力電圧Ｖｉｎに対して、１倍、（１＋１／３）倍、（１＋１／２）倍、（１＋２／３）倍及び２倍の５種類の電圧の何れか１つを出力電圧Ｖｏｕｔとして出力することができ、制御回路２は、選択した出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値に応じて、第１スイッチ素子Ｓ１（１），Ｓ１（２）、第２スイッチ素子Ｓ２、第３スイッチ素子Ｓ３、第４スイッチ素子Ｓ４（１）〜Ｓ４（３）及び第５スイッチ素子Ｓ５（１）〜Ｓ５（３）のオン／オフ制御を行う。
図２は、入力電圧Ｖｉｎに対して１倍の電圧を生成して出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する場合の各スイッチ素子の状態を示した図である。
図２（ａ）の場合は、第２スイッチ素子Ｓ２及び第５スイッチ素子Ｓ５（１）がそれぞれオンして導通状態になっており、他のスイッチ素子はそれぞれオフして遮断状態になっている。このため、第２スイッチ素子Ｓ２と第５スイッチ素子Ｓ５（１）によって入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴが接続され、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎに等しくなる。
図２（ａ）の場合は、第２スイッチ素子Ｓ２及び第５スイッチ素子Ｓ５（１）がそれぞれオンして導通状態になっており、他のスイッチ素子はそれぞれオフして遮断状態になっている。このため、第２スイッチ素子Ｓ２と第５スイッチ素子Ｓ５（１）によって入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴが接続され、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎに等しくなる。
図２（ｂ）の場合では、第１スイッチ素子Ｓ１（２）、第３スイッチ素子Ｓ３、第４スイッチ素子Ｓ４（２）及び第５スイッチ素子Ｓ５（３）がそれぞれオンして導通状態になっており、他のスイッチ素子はそれぞれオフして遮断状態になっている。このため、第１スイッチ素子Ｓ１（２）、第４スイッチ素子Ｓ４（２）及び第５スイッチ素子Ｓ５（３）によって入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴが接続され、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎに等しくなる。また、フライングコンデンサＣ３は、第３スイッチ素子Ｓ３及び第５スイッチ素子Ｓ５（３）によって出力コンデンサＣｏに並列に接続されており、出力端子ＯＵＴに接続される静電容量が増えるため、出力電圧Ｖｏｕｔの安定度を向上させることができる。
図２（ｃ）の場合では、第４スイッチ素子Ｓ４（３）がオフして遮断状態になっており、他のすべてのスイッチ素子はそれぞれオンして導通状態になっている。入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間に直列に接続されているスイッチ素子の組み合わせは、第２スイッチ素子Ｓ２及び第５スイッチ素子Ｓ５（１）の組み合わせと、第４スイッチ素子Ｓ４（１）、第１スイッチ素子Ｓ１（１）及び第５スイッチ素子Ｓ５（２）の組み合わせと、第４スイッチ素子Ｓ４（２）、第１スイッチ素子Ｓ１（２）及び第５スイッチ素子Ｓ５（３）の組み合わせの３通りあり、これらすべての組み合わせのスイッチ素子がそれぞれオンして導通状態になっている。すなわち、この状態では、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間に直列に接続されているすべてのスイッチ素子がオンして導通状態になっているため、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間のインピーダンスを最も小さくすることができる。
更に、図２（ｂ）の場合と同様、フライングコンデンサＣ３が出力コンデンサＣｏに並列に接続されているため、出力端子ＯＵＴに接続される静電容量が増加し、出力電圧Ｖｏｕｔの安定度を向上させることができる。なお、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとを短絡するスイッチ素子の状態は、図２の場合に限るものではなく、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間に直列に接続されているスイッチ素子の組み合わせであれば、どのような組み合わせでもよく、任意の複数の組み合わせのスイッチ素子をオンさせるようにしてもよい。また、出力コンデンサＣｏに並列に接続されるフライングコンデンサは、フライングコンデンサＣ３に限るものではなく、フライングコンデンサＣ３を含んで直列に接続されるフライングコンデンサの直列回路を出力コンデンサＣｏに並列に接続させるようにしてもよい。
次に、図３は、入力電圧Ｖｉｎの（１＋１／３）倍の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する場合の各スイッチ素子の動作例を示した図である。
図３（ａ）は、入力電圧ＶｉｎでフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３を充電する場合の各スイッチ素子の状態を示しており、図３（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎで充電されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を、出力端子ＯＵＴとコンデンサＣｏに放電する場合の各スイッチ素子の状態を示している。また、図３（ｂ）は、充電状態から放電状態、及び放電状態から充電状態に移行する際の各スイッチ素子の状態を示している。チャージポンプ回路１の動作として、図３（ａ）→図３（ｂ）→図３（ｃ）→図３（ｂ）→図３（ａ）という順序の動作を繰り返し行う。
図３（ａ）は、入力電圧ＶｉｎでフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３を充電する場合の各スイッチ素子の状態を示しており、図３（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎで充電されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を、出力端子ＯＵＴとコンデンサＣｏに放電する場合の各スイッチ素子の状態を示している。また、図３（ｂ）は、充電状態から放電状態、及び放電状態から充電状態に移行する際の各スイッチ素子の状態を示している。チャージポンプ回路１の動作として、図３（ａ）→図３（ｂ）→図３（ｃ）→図３（ｂ）→図３（ａ）という順序の動作を繰り返し行う。
まず、図３（ａ）の充電状態について説明する。
図３（ａ）では、すべての第１スイッチ素子Ｓ１（１）及びＳ１（２）がそれぞれオンして導通状態になっているため、すべてのフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３は直列に接続されている。また、第２スイッチ素子Ｓ２と第３スイッチ素子Ｓ３がそれぞれオンして導通状態になっていることから、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の直列回路には入力電圧Ｖｉｎが印加されている。この結果、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３はそれぞれ入力電圧Ｖｉｎの１／３の電圧に充電される。
図３（ａ）では、すべての第１スイッチ素子Ｓ１（１）及びＳ１（２）がそれぞれオンして導通状態になっているため、すべてのフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３は直列に接続されている。また、第２スイッチ素子Ｓ２と第３スイッチ素子Ｓ３がそれぞれオンして導通状態になっていることから、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の直列回路には入力電圧Ｖｉｎが印加されている。この結果、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３はそれぞれ入力電圧Ｖｉｎの１／３の電圧に充電される。
次に、図３（ｂ）の状態に移行する。図３（ｂ）では、第２スイッチ素子Ｓ２と第３スイッチ素子Ｓ３がそれぞれオフして遮断状態になると共に、すべての第１スイッチ素子Ｓ１（１）及びＳ１（２）がそれぞれオフして遮断状態になる。このため、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３への充電が停止する。
次に、図３（ｃ）の状態に移行する。図３（ｃ）では、すべての第４スイッチ素子Ｓ４（１）〜Ｓ４（３）とすべての第５スイッチ素子Ｓ５（１）〜Ｓ５（３）がそれぞれオンして導通状態になる。すなわち、すべてのフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３が並列に接続されると共に、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の各低電圧側端部がそれぞれ入力端子ＩＮに接続され、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の各高電圧側端部がそれぞれ出力端子ＯＵＴに接続される。このことから、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３に蓄えられた電荷が、出力コンデンサＣｏと出力端子ＯＵＴに接続された図示しない負荷に放電される。
次に、図３（ｃ）の状態に移行する。図３（ｃ）では、すべての第４スイッチ素子Ｓ４（１）〜Ｓ４（３）とすべての第５スイッチ素子Ｓ５（１）〜Ｓ５（３）がそれぞれオンして導通状態になる。すなわち、すべてのフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３が並列に接続されると共に、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の各低電圧側端部がそれぞれ入力端子ＩＮに接続され、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の各高電圧側端部がそれぞれ出力端子ＯＵＴに接続される。このことから、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３に蓄えられた電荷が、出力コンデンサＣｏと出力端子ＯＵＴに接続された図示しない負荷に放電される。
次に、再び図３（ｂ）の状態に移行する。図３（ｂ）では、すべての第４スイッチ素子Ｓ４（１）〜Ｓ４（３）とすべての第５スイッチ素子Ｓ５（１）〜Ｓ５（３）がそれぞれオフして遮断状態になるため、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３から、出力コンデンサＣｏと前記負荷への放電が停止する。次に、図３（ａ）に移行すると、前記のように再びフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３への充電が行われる。
ここで、図３（ｃ）の状態に移行した場合、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の高電圧側端部の電圧は、入力電圧ＶｉｎにフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の充電電圧である（Ｖｉｎ／３）の電圧が加算された電圧になる。このことから、前記動作を繰り返すことで、チャージポンプ回路１の出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎを（１＋１／３）倍に昇圧した電圧になる。
ここで、図３（ｃ）の状態に移行した場合、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の高電圧側端部の電圧は、入力電圧ＶｉｎにフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の充電電圧である（Ｖｉｎ／３）の電圧が加算された電圧になる。このことから、前記動作を繰り返すことで、チャージポンプ回路１の出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎを（１＋１／３）倍に昇圧した電圧になる。
次に、図４は、入力電圧Ｖｉｎの（１＋１／２）倍の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する場合の各スイッチ素子の動作例を示した図である。
図４（ａ）は、入力電圧ＶｉｎでフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３を充電する場合の各スイッチ素子の状態を示しており、図４（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎで充電されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を、出力端子ＯＵＴとコンデンサＣｏに放電する場合の各スイッチ素子の状態を示している。また、図４（ｂ）は、充電状態から放電状態、及び放電状態から充電状態に移行する際の各スイッチ素子の状態を示している。チャージポンプ回路１の動作として、図４（ａ）→図４（ｂ）→図４（ｃ）→図４（ｂ）→図４（ａ）という順序の動作を繰り返し行う。
図４（ａ）は、入力電圧ＶｉｎでフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３を充電する場合の各スイッチ素子の状態を示しており、図４（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎで充電されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を、出力端子ＯＵＴとコンデンサＣｏに放電する場合の各スイッチ素子の状態を示している。また、図４（ｂ）は、充電状態から放電状態、及び放電状態から充電状態に移行する際の各スイッチ素子の状態を示している。チャージポンプ回路１の動作として、図４（ａ）→図４（ｂ）→図４（ｃ）→図４（ｂ）→図４（ａ）という順序の動作を繰り返し行う。
まず、図４（ａ）の充電状態について説明する。
図４（ａ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（１），Ｓ１（２）、第３スイッチ素子Ｓ３及び第４スイッチ素子Ｓ４（１）がそれぞれオンして導通状態になり、他の各スイッチ素子はそれぞれオフして遮断状態になっている。この状態では、フライングコンデンサＣ２及びＣ３が直列に接続され、該直列回路には入力電圧Ｖｉｎが印加されている。この結果、フライングコンデンサＣ２及びＣ３はそれぞれ入力電圧Ｖｉｎの１／２の電圧に充電される。
図４（ａ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（１），Ｓ１（２）、第３スイッチ素子Ｓ３及び第４スイッチ素子Ｓ４（１）がそれぞれオンして導通状態になり、他の各スイッチ素子はそれぞれオフして遮断状態になっている。この状態では、フライングコンデンサＣ２及びＣ３が直列に接続され、該直列回路には入力電圧Ｖｉｎが印加されている。この結果、フライングコンデンサＣ２及びＣ３はそれぞれ入力電圧Ｖｉｎの１／２の電圧に充電される。
次に、図４（ｂ）の状態に移行する。図４（ｂ）では、第３スイッチ素子Ｓ３と第４スイッチ素子Ｓ４（１）がそれぞれオフして遮断状態になると共に、第１スイッチ素子Ｓ１（１）及びＳ１（２）がそれぞれオフして遮断状態になる。このため、フライングコンデンサＣ２及びＣ３への充電が停止する。
次に、図４（ｃ）の状態に移行する。図４（ｃ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（２），Ｓ４（３）と、第５スイッチ素子Ｓ５（２），Ｓ５（３）がそれぞれオンして導通状態になる。すなわち、フライングコンデンサＣ２とＣ３が並列に接続されると共に、フライングコンデンサＣ２とＣ３の各低電圧側端部がそれぞれ入力端子ＩＮに接続され、フライングコンデンサＣ２とＣ３の各高電圧側端部がそれぞれ出力端子ＯＵＴに接続される。このことから、フライングコンデンサＣ２とＣ３に蓄えられた電荷が、出力コンデンサＣｏと前記負荷に放電される。
次に、図４（ｃ）の状態に移行する。図４（ｃ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（２），Ｓ４（３）と、第５スイッチ素子Ｓ５（２），Ｓ５（３）がそれぞれオンして導通状態になる。すなわち、フライングコンデンサＣ２とＣ３が並列に接続されると共に、フライングコンデンサＣ２とＣ３の各低電圧側端部がそれぞれ入力端子ＩＮに接続され、フライングコンデンサＣ２とＣ３の各高電圧側端部がそれぞれ出力端子ＯＵＴに接続される。このことから、フライングコンデンサＣ２とＣ３に蓄えられた電荷が、出力コンデンサＣｏと前記負荷に放電される。
次に、再び図４（ｂ）の状態に移行する。図４（ｂ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（２），Ｓ４（３）と第５スイッチ素子Ｓ５（２），Ｓ５（３）がそれぞれオフして遮断状態になるため、フライングコンデンサＣ２とＣ３から、出力コンデンサＣｏと前記負荷への放電が停止する。次に、図４（ａ）に移行すると、前記のように再びフライングコンデンサＣ２とＣ３の充電が行われる。このような動作を繰り返すことで、チャージポンプ回路１の出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎを（１＋１／２）倍に昇圧した電圧になる。
次に、図５は、入力電圧Ｖｉｎの（１＋２／３）倍の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する場合の各スイッチ素子の動作例を示した図である。
図５（ａ）は、入力電圧ＶｉｎでフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３を充電する場合の各スイッチ素子の状態を示しており、図５（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎで充電されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を、出力端子ＯＵＴとコンデンサＣｏに放電する場合の各スイッチ素子の状態を示している。また、図５（ｂ）は、充電状態から放電状態、及び放電状態から充電状態に移行する際の各スイッチ素子の状態を示している。チャージポンプ回路１の動作として、図５（ａ）→図５（ｂ）→図５（ｃ）→図５（ｂ）→図５（ａ）という順序の動作を繰り返し行う。
図５（ａ）は、入力電圧ＶｉｎでフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３を充電する場合の各スイッチ素子の状態を示しており、図５（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎで充電されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を、出力端子ＯＵＴとコンデンサＣｏに放電する場合の各スイッチ素子の状態を示している。また、図５（ｂ）は、充電状態から放電状態、及び放電状態から充電状態に移行する際の各スイッチ素子の状態を示している。チャージポンプ回路１の動作として、図５（ａ）→図５（ｂ）→図５（ｃ）→図５（ｂ）→図５（ａ）という順序の動作を繰り返し行う。
まず、図５（ａ）の充電状態について説明する。
図５（ａ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（１），Ｓ１（２）、第２スイッチ素子Ｓ２及び第３スイッチ素子Ｓ３がそれぞれオンして導通状態になり、他の各スイッチ素子はそれぞれオフして遮断状態になっている。この状態では、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の直列回路には入力電圧Ｖｉｎが印加されている。この結果、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３はそれぞれ入力電圧Ｖｉｎの１／３の電圧に充電される。
図５（ａ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（１），Ｓ１（２）、第２スイッチ素子Ｓ２及び第３スイッチ素子Ｓ３がそれぞれオンして導通状態になり、他の各スイッチ素子はそれぞれオフして遮断状態になっている。この状態では、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の直列回路には入力電圧Ｖｉｎが印加されている。この結果、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３はそれぞれ入力電圧Ｖｉｎの１／３の電圧に充電される。
次に、図５（ｂ）の状態に移行する。図５（ｂ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（１）、第２スイッチ素子Ｓ２及び第３スイッチ素子Ｓ３がそれぞれオフして遮断状態になる。このため、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３への充電が停止する。
次に、図５（ｃ）の状態に移行する。図５（ｃ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（３）と第５スイッチ素子Ｓ５（２）がそれぞれオンして導通状態になる。この状態では、フライングコンデンサＣ２とＣ３の直列回路における低電圧側端部が入力端子ＩＮに接続され、該直列回路の高電圧側端部が出力端子ＯＵＴに接続されるため、フライングコンデンサＣ２とＣ３に蓄えられた電荷が、出力コンデンサＣｏと前記負荷に放電される。
次に、図５（ｃ）の状態に移行する。図５（ｃ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（３）と第５スイッチ素子Ｓ５（２）がそれぞれオンして導通状態になる。この状態では、フライングコンデンサＣ２とＣ３の直列回路における低電圧側端部が入力端子ＩＮに接続され、該直列回路の高電圧側端部が出力端子ＯＵＴに接続されるため、フライングコンデンサＣ２とＣ３に蓄えられた電荷が、出力コンデンサＣｏと前記負荷に放電される。
次に、再び図５（ｂ）の状態に移行する。図５（ｂ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（３）と第５スイッチ素子Ｓ５（２）がそれぞれオフして遮断状態になるため、直列に接続されたフライングコンデンサＣ２とＣ３から、出力コンデンサＣｏと前記負荷への放電が停止する。次に、図５（ａ）に移行すると、前記のように再びフライングコンデンサＣ２とＣ３の充電が行われる。直列に接続されたフライングコンデンサＣ２とＣ３の電圧は、入力電圧Ｖｉｎの２／３であることから、前記動作を繰り返すことで、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎを（１＋２／３）倍に昇圧した電圧になる。
次に、図６は、入力電圧Ｖｉｎの２倍の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する場合の各スイッチ素子の動作例を示した図である。
図６（ａ）は、入力電圧ＶｉｎでフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３を充電する場合の各スイッチ素子の状態を示しており、図６（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎで充電されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を、出力端子ＯＵＴとコンデンサＣｏに放電する場合の各スイッチ素子の状態を示している。また、図６（ｂ）は、充電状態から放電状態、及び放電状態から充電状態に移行する際の各スイッチ素子の状態を示している。チャージポンプ回路１の動作として、図６（ａ）→図６（ｂ）→図６（ｃ）→図６（ｂ）→図６（ａ）という順序の動作を繰り返し行う。
図６（ａ）は、入力電圧ＶｉｎでフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３を充電する場合の各スイッチ素子の状態を示しており、図６（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎで充電されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を、出力端子ＯＵＴとコンデンサＣｏに放電する場合の各スイッチ素子の状態を示している。また、図６（ｂ）は、充電状態から放電状態、及び放電状態から充電状態に移行する際の各スイッチ素子の状態を示している。チャージポンプ回路１の動作として、図６（ａ）→図６（ｂ）→図６（ｃ）→図６（ｂ）→図６（ａ）という順序の動作を繰り返し行う。
図６（ａ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（２）、第３スイッチ素子Ｓ３及び第４スイッチ素子Ｓ４（２）がそれぞれオンして導通状態になり、他の各スイッチ素子はそれぞれオフして遮断状態になっている。この状態ではフライングコンデンサＣ３だけが入力電圧Ｖｉｎで充電されるため、フライングコンデンサＣ３は入力電圧Ｖｉｎと同電圧に充電される。
次に、図６（ｂ）の状態に移行する。図６（ｂ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（２）、第３スイッチ素子Ｓ３及び第４スイッチ素子Ｓ４（２）がそれぞれオフして遮断状態になるため、フライングコンデンサＣ３への充電が停止する。
次に、図６（ｂ）の状態に移行する。図６（ｂ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（２）、第３スイッチ素子Ｓ３及び第４スイッチ素子Ｓ４（２）がそれぞれオフして遮断状態になるため、フライングコンデンサＣ３への充電が停止する。
次に、図６（ｃ）の状態に移行する。図６（ｃ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（３）と第５スイッチ素子Ｓ５（３）がそれぞれオンして導通状態になる。この状態ではフライングコンデンサＣ３の低電圧側端部が入力端子ＩＮに接続され、フライングコンデンサＣ３の高電圧側端部が出力端子ＯＵＴに接続される。このことから、フライングコンデンサＣ３に蓄えられた電荷が、出力コンデンサＣｏと前記負荷に放電される。
次に、再び図６（ｂ）の状態に移行する。図６（ｂ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（３）と第５スイッチ素子Ｓ５（３）がそれぞれオフして遮断状態になるため、フライングコンデンサＣ３から、出力コンデンサＣｏと前記負荷への放電が停止する。
次に、図６（ａ）の状態に移行すると、前記のように再びフライングコンデンサＣ３への充電が行われる。フライングコンデンサＣ３の電圧は入力電圧Ｖｉｎと同じであるから、前記動作を繰り返すことで、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎを２倍に昇圧した電圧になる。
次に、再び図６（ｂ）の状態に移行する。図６（ｂ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（３）と第５スイッチ素子Ｓ５（３）がそれぞれオフして遮断状態になるため、フライングコンデンサＣ３から、出力コンデンサＣｏと前記負荷への放電が停止する。
次に、図６（ａ）の状態に移行すると、前記のように再びフライングコンデンサＣ３への充電が行われる。フライングコンデンサＣ３の電圧は入力電圧Ｖｉｎと同じであるから、前記動作を繰り返すことで、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎを２倍に昇圧した電圧になる。
なお、同じ値の出力電圧Ｖｏｕｔを生成する場合において、通常は、放電期間で直列に接続されるフライングコンデンサの数が最も少なく、かつ並列に接続されるフライングコンデンサの数が最も多くなるように第１スイッチ素子から第５スイッチ素子のオン／オフ状態の組み合わせを採用するが、出力条件によっては他の組み合わせの条件を選んでもよい。
図７は、入力電圧Ｖｉｎの２倍の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する場合の各スイッチ素子の他の動作例を示した図である。
図７（ａ）は、入力電圧ＶｉｎでフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３を充電する場合の各スイッチ素子の状態を示しており、図７（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎで充電されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を、出力端子ＯＵＴとコンデンサＣｏに放電する場合の各スイッチ素子の状態を示している。また、図７（ｂ）は、充電状態から放電状態、及び放電状態から充電状態に移行する際の各スイッチ素子の状態を示している。チャージポンプ回路１の動作として、図７（ａ）→図７（ｂ）→図７（ｃ）→図７（ｂ）→図７（ａ）という順序の動作を繰り返し行う。
図７（ａ）は、入力電圧ＶｉｎでフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３を充電する場合の各スイッチ素子の状態を示しており、図７（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎで充電されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を、出力端子ＯＵＴとコンデンサＣｏに放電する場合の各スイッチ素子の状態を示している。また、図７（ｂ）は、充電状態から放電状態、及び放電状態から充電状態に移行する際の各スイッチ素子の状態を示している。チャージポンプ回路１の動作として、図７（ａ）→図７（ｂ）→図７（ｃ）→図７（ｂ）→図７（ａ）という順序の動作を繰り返し行う。
図７（ａ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（１），Ｓ１（２）、第２スイッチ素子Ｓ２及び第３スイッチ素子Ｓ３がそれぞれオンして導通状態になり、他の各スイッチ素子はそれぞれオフして遮断状態になっている。この状態では、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３はすべて直列に接続されている。また、該直列回路には入力電圧Ｖｉｎが印加されているため、直列に接続されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３は、入力電圧Ｖｉｎと同電圧に充電される。
次に、図７（ｂ）の状態に移行する。図７（ｂ）では、第２スイッチ素子Ｓ２及び第３スイッチ素子Ｓ３がそれぞれオフして遮断状態になるため、直列に接続されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３への充電が停止する。
次に、図７（ｂ）の状態に移行する。図７（ｂ）では、第２スイッチ素子Ｓ２及び第３スイッチ素子Ｓ３がそれぞれオフして遮断状態になるため、直列に接続されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３への充電が停止する。
次に、図７（ｃ）の状態に移行する。図７（ｃ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（３）と第５スイッチ素子Ｓ５（１）がそれぞれオンして導通状態になっている。この状態では直列に接続されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の低電圧側端部が入力端子ＩＮに接続され、直列に接続されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の高電圧側端部が出力端子ＯＵＴに接続される。このことから、フライングコンデンサＣ１〜Ｃ３に蓄えられた電荷が、出力コンデンサＣｏと前記負荷に放電される。
次に、再び図７（ｂ）の状態に移行する。図７（ｂ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（３）と第５スイッチ素子Ｓ５（１）がそれぞれオフして遮断状態になるため、直列に接続されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３から、出力コンデンサＣｏと前記負荷への放電が停止する。
次に、再び図７（ｂ）の状態に移行する。図７（ｂ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（３）と第５スイッチ素子Ｓ５（１）がそれぞれオフして遮断状態になるため、直列に接続されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３から、出力コンデンサＣｏと前記負荷への放電が停止する。
次に、図７（ａ）の状態に移行すると、前記のように再び直列に接続されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３への充電が行われる。該直列に接続されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電圧は入力電圧Ｖｉｎと同じであるから、前記動作を繰り返すことで、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎを２倍に昇圧した電圧になる。
しかしながら、図７の場合は、フライングコンデンサが３つ直列に接続されており、該直列回路の静電容量は図６のときの１／３になっている。このため、１サイクルで出力コンデンサＣｏと前記負荷に放電する電荷が少なくなり、出力に特別な条件がない限り通常は図６の方法で昇圧を行う。
しかしながら、図７の場合は、フライングコンデンサが３つ直列に接続されており、該直列回路の静電容量は図６のときの１／３になっている。このため、１サイクルで出力コンデンサＣｏと前記負荷に放電する電荷が少なくなり、出力に特別な条件がない限り通常は図６の方法で昇圧を行う。
なお、図示していないが、フライングコンデンサＣ２とＣ３が直列に接続された直列回路に入力電圧Ｖｉｎを印加しても、前記と同様の方法で入力電圧Ｖｉｎの２倍の出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができるが、この場合の該直列回路の静電容量は、図６のときよりも１／２になることから、前記と同様、出力に特別な条件がない限り通常は図６の方法で昇圧を行う。
図８は、入力電圧Ｖｉｎの（１＋１／３）倍の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する場合の各スイッチ素子の他の動作例を示した図である。
図８（ａ）は、入力電圧ＶｉｎでフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３を充電する場合の各スイッチ素子の状態を示しており、図８（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎで充電されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を、出力端子ＯＵＴとコンデンサＣｏに放電する場合の各スイッチ素子の状態を示している。また、図８（ｂ）は、充電状態から放電状態、及び放電状態から充電状態に移行する際の各スイッチ素子の状態を示している。チャージポンプ回路１の動作として、図８（ａ）→図８（ｂ）→図８（ｃ）→図８（ｂ）→図８（ａ）という順序の動作を繰り返し行う。
図８（ａ）は、入力電圧ＶｉｎでフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３を充電する場合の各スイッチ素子の状態を示しており、図８（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎで充電されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を、出力端子ＯＵＴとコンデンサＣｏに放電する場合の各スイッチ素子の状態を示している。また、図８（ｂ）は、充電状態から放電状態、及び放電状態から充電状態に移行する際の各スイッチ素子の状態を示している。チャージポンプ回路１の動作として、図８（ａ）→図８（ｂ）→図８（ｃ）→図８（ｂ）→図８（ａ）という順序の動作を繰り返し行う。
図８（ａ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（１），Ｓ１（２）、第２スイッチ素子Ｓ２及び第３スイッチ素子Ｓ３がそれぞれオンして導通状態になり、他の各スイッチ素子はそれぞれオフして遮断状態になっている。この状態ではフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３はすべて直列に接続されている。また、該直列回路には入力電圧Ｖｉｎが印加されているため、直列に接続されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３は、それぞれ入力電圧Ｖｉｎの１／３の電圧に充電される。
次に、図８（ｂ）の状態に移行する。図８（ｂ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（２）、第２スイッチ素子Ｓ２及び第３スイッチ素子Ｓ３がそれぞれオフして遮断状態になるため、直列に接続されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３への充電が停止する。
次に、図８（ｂ）の状態に移行する。図８（ｂ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（２）、第２スイッチ素子Ｓ２及び第３スイッチ素子Ｓ３がそれぞれオフして遮断状態になるため、直列に接続されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３への充電が停止する。
次に、図８（ｃ）の状態に移行する。図８（ｃ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（３）と第５スイッチ素子Ｓ５（３）がそれぞれオンして導通状態になっている。この状態ではフライングコンデンサＣ３の低電圧側端部が入力端子ＩＮに接続され、フライングコンデンサＣ３の高電圧側端部が出力端子ＯＵＴに接続される。このことから、フライングコンデンサＣ３に蓄えられた電荷が、出力コンデンサＣｏと前記負荷に放電される。
次に、再び図８（ｂ）の状態に移行する。図８（ｂ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（３）と第５スイッチ素子Ｓ５（３）がそれぞれオフして遮断状態になるため、フライングコンデンサＣ３から、出力コンデンサＣｏと前記負荷への放電が停止する。
次に、再び図８（ｂ）の状態に移行する。図８（ｂ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（３）と第５スイッチ素子Ｓ５（３）がそれぞれオフして遮断状態になるため、フライングコンデンサＣ３から、出力コンデンサＣｏと前記負荷への放電が停止する。
次に、図８（ａ）の状態に移行すると、前記のように再び直列に接続されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３への充電が行われる。フライングコンデンサＣ３の充電電圧は入力電圧Ｖｉｎの１／３であるから、前記動作を繰り返すことで、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎを（１＋１／３）倍に昇圧した電圧になる。
しかしながら、図８の場合は、放電時に使用されるフライングコンデンサが１つであるが、図３の方式では、フライングコンデンサを３つ並列に接続しており、フライングコンデンサの静電容量は図３の１／３になっている。このため、１サイクルで出力コンデンサＣｏと前記負荷に放電する電荷が少なくなり、出力に特別な条件がない限り通常は図３の方法で昇圧を行う。
しかしながら、図８の場合は、放電時に使用されるフライングコンデンサが１つであるが、図３の方式では、フライングコンデンサを３つ並列に接続しており、フライングコンデンサの静電容量は図３の１／３になっている。このため、１サイクルで出力コンデンサＣｏと前記負荷に放電する電荷が少なくなり、出力に特別な条件がない限り通常は図３の方法で昇圧を行う。
なお、出力電圧Ｖｏｕｔを入力電圧Ｖｉｎの（１＋１／３）倍にする方法としては、図示していないが、図８のフライングコンデンサＣ２とＣ３を並列に接続する方法もある。しかし、このようにした場合も、図３のときよりもフライングコンデンサの静電容量が少なくなるため、出力に特別な条件がない限り通常は図３の方法で昇圧を行う。
同じ値の出力電圧Ｖｏｕｔを得るための第１スイッチ素子から第５スイッチ素子の制御方法が複数ある場合は、出力に特別の条件がない限り、通常は放電期間において、直列に接続されるフライングコンデンサの数が最も少なく、且つ並列に接続されるフライングコンデンサの数が最も多くなるように、第１スイッチ素子から第５スイッチ素子のオン／オフ状態の組み合わせを採用する。このようにしたときの、入力電圧Ｖｉｎの（１＋１／２）倍の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する各スイッチ素子の他の動作例を図９に示し、入力電圧Ｖｉｎの２倍の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する各スイッチ素子の他の動作例を図１０に示す。
図９において、図９（ａ）は、入力電圧ＶｉｎでフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３を充電する場合の各スイッチ素子の状態を示しており、図９（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎで充電されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を、出力端子ＯＵＴとコンデンサＣｏに放電する場合の各スイッチ素子の状態を示している。また、図９（ｂ）は、充電状態から放電状態、及び放電状態から充電状態に移行する際の各スイッチ素子の状態を示している。チャージポンプ回路１の動作として、図９（ａ）→図９（ｂ）→図９（ｃ）→図９（ｂ）→図９（ａ）という順序の動作を繰り返し行う。
図９（ａ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（１），Ｓ１（２）、第３スイッチ素子Ｓ３、第４スイッチ素子Ｓ４（１）及び第５スイッチ素子Ｓ５（１）がそれぞれオンして導通状態になり、他の各スイッチ素子はそれぞれオフして遮断状態になっている。この状態では、直列に接続されたフライングコンデンサＣ２とＣ３は入力電圧Ｖｉｎで充電され、フライングコンデンサＣ２とＣ３はそれぞれ入力電圧Ｖｉｎの１／２の電圧に充電される。更に、フライングコンデンサＣ１は入力電圧Ｖｉｎに直列に接続され、該直列回路が出力コンデンサＣｏに並列に接続される。
次に、図９（ｂ）の状態に移行する。図９（ｂ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（１），Ｓ１（２）と第３スイッチ素子Ｓ３がそれぞれオフして遮断状態になるため、フライングコンデンサＣ２及びＣ３への充電が停止する。しかし、第４スイッチ素子Ｓ４（１）と第５スイッチ素子Ｓ５（１）はオンしたままであることから、フライングコンデンサＣ１と入力電圧Ｖｉｎの直列回路は、出力コンデンサＣｏに並列に接続されたままである。
次に、図９（ｃ）の状態に移行する。図９（ｃ）では、すべての第４スイッチ素子Ｓ４（１）〜Ｓ４（３）とすべての第５スイッチ素子Ｓ５（１）〜Ｓ５（３）がそれぞれオンして導通状態になる。フライングコンデンサＣ２とＣ３が並列に接続されると共に、フライングコンデンサＣ２とＣ３の低電圧側端部が入力端子ＩＮに接続され、フライングコンデンサＣ２とＣ３の高電圧側端部が出力端子ＯＵＴに接続される。このため、フライングコンデンサＣ２とＣ３に蓄えられた電荷が、出力コンデンサＣｏ、フライングコンデンサＣ１及び入力電圧Ｖｉｎの直列回路と前記負荷に放電される。
次に、図９（ｃ）の状態に移行する。図９（ｃ）では、すべての第４スイッチ素子Ｓ４（１）〜Ｓ４（３）とすべての第５スイッチ素子Ｓ５（１）〜Ｓ５（３）がそれぞれオンして導通状態になる。フライングコンデンサＣ２とＣ３が並列に接続されると共に、フライングコンデンサＣ２とＣ３の低電圧側端部が入力端子ＩＮに接続され、フライングコンデンサＣ２とＣ３の高電圧側端部が出力端子ＯＵＴに接続される。このため、フライングコンデンサＣ２とＣ３に蓄えられた電荷が、出力コンデンサＣｏ、フライングコンデンサＣ１及び入力電圧Ｖｉｎの直列回路と前記負荷に放電される。
次に、再び図９（ｂ）の状態に移行する。図９（ｂ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（２），Ｓ４（３）と第５スイッチ素子Ｓ５（２），Ｓ５（３）がそれぞれオフして遮断状態になるため、フライングコンデンサＣ２とＣ３からの、出力コンデンサＣｏ、フライングコンデンサＣ１及び入力電圧Ｖｉｎの直列回路と前記負荷への放電が停止する。
次に、図９（ａ）の状態に移行すると、前記のように再びフライングコンデンサＣ２とＣ３への充電を行う。前記動作を繰り返すことで、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎを（１＋１／２）倍に昇圧した電圧になる。
図９における図４との相違点は、図４では利用していなかったフライングコンデンサＣ１を出力コンデンサＣｏに並列に接続するようにしたことにあり、図９のようにすることにより、出力容量が増加して出力電圧Ｖｏｕｔの安定性を向上させることができる。
次に、図９（ａ）の状態に移行すると、前記のように再びフライングコンデンサＣ２とＣ３への充電を行う。前記動作を繰り返すことで、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎを（１＋１／２）倍に昇圧した電圧になる。
図９における図４との相違点は、図４では利用していなかったフライングコンデンサＣ１を出力コンデンサＣｏに並列に接続するようにしたことにあり、図９のようにすることにより、出力容量が増加して出力電圧Ｖｏｕｔの安定性を向上させることができる。
次に、図１０において、図１０（ａ）は、入力電圧ＶｉｎでフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３を充電する場合の各スイッチ素子の状態を示しており、図１０（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎで充電されたフライングコンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を、出力端子ＯＵＴとコンデンサＣｏに放電する場合の各スイッチ素子の状態を示している。また、図１０（ｂ）は、充電状態から放電状態、及び放電状態から充電状態に移行する際の各スイッチ素子の状態を示している。チャージポンプ回路１の動作として、図１０（ａ）→図１０（ｂ）→図１０（ｃ）→図１０（ｂ）→図１０（ａ）という順序の動作を繰り返し行う。
図１０（ａ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（２）、第３スイッチ素子Ｓ３、第４スイッチ素子Ｓ４（１），Ｓ４（２）及び第５スイッチ素子Ｓ５（１），Ｓ５（２）がそれぞれオンして導通状態になり、他の各スイッチ素子はそれぞれオフして遮断状態になっている。この状態では、フライングコンデンサＣ３が入力電圧Ｖｉｎで充電され、フライングコンデンサＣ３は入力電圧Ｖｉｎと同電圧に充電される。更に、フライングコンデンサＣ１とＣ２が並列に接続された状態で入力電圧Ｖｉｎと直列に接続され、該直列回路が出力コンデンサＣｏに並列に接続される。
次に、図１０（ｂ）の状態に移行する。図１０（ｂ）では、第１スイッチ素子Ｓ１（２）と第３スイッチ素子Ｓ３がそれぞれオフして遮断状態になるため、フライングコンデンサＣ３への充電が停止する。しかし、第４スイッチ素子Ｓ４（１），Ｓ４（２）、及び第５スイッチ素子Ｓ５（１），Ｓ５（２）がオンしたままであり、並列に接続されたフライングコンデンサＣ１，Ｃ２と入力電圧Ｖｉｎとの直列回路は、出力コンデンサＣｏに並列に接続されたままである。
次に、図１０（ｃ）の状態に移行する。図１０（ｃ）では、すべての第４スイッチ素子Ｓ４（１）〜Ｓ４（３）とすべての第５スイッチ素子Ｓ５（１）〜Ｓ５（３）がそれぞれオンして導通状態になっている。この状態では、フライングコンデンサＣ３の低電圧側端部が入力端子ＩＮに接続され、フライングコンデンサＣ３の高電圧側端部が出力端子ＯＵＴに接続される。このため、フライングコンデンサＣ３に蓄えられた電荷が、出力コンデンサＣｏに並列に接続されたフライングコンデンサＣ１、Ｃ２及び入力電圧Ｖｉｎの直列回路と前記負荷に放電される。
次に、図１０（ｃ）の状態に移行する。図１０（ｃ）では、すべての第４スイッチ素子Ｓ４（１）〜Ｓ４（３）とすべての第５スイッチ素子Ｓ５（１）〜Ｓ５（３）がそれぞれオンして導通状態になっている。この状態では、フライングコンデンサＣ３の低電圧側端部が入力端子ＩＮに接続され、フライングコンデンサＣ３の高電圧側端部が出力端子ＯＵＴに接続される。このため、フライングコンデンサＣ３に蓄えられた電荷が、出力コンデンサＣｏに並列に接続されたフライングコンデンサＣ１、Ｃ２及び入力電圧Ｖｉｎの直列回路と前記負荷に放電される。
次に、再び図１０（ｂ）の状態に移行する。図１０（ｂ）では、第４スイッチ素子Ｓ４（３）及び第５スイッチ素子Ｓ５（３）がそれぞれオフして遮断状態になるため、フライングコンデンサＣ３からの、出力コンデンサＣｏ、フライングコンデンサＣ１，Ｃ２及び入力電圧Ｖｉｎの直列回路と前記負荷への放電が停止する。
次に、図１０（ａ）の状態に移行すると、前記のように再びフライングコンデンサＣ３への充電を行う。前記動作を繰り返すことで、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎを２倍に昇圧した電圧になる。
次に、図１０（ａ）の状態に移行すると、前記のように再びフライングコンデンサＣ３への充電を行う。前記動作を繰り返すことで、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎを２倍に昇圧した電圧になる。
図１０における図６との相違点は、図６では利用していなかったフライングコンデンサＣ１，Ｃ２を出力コンデンサＣｏに並列に接続するようにしたことにあり、図１０のようにすることにより、出力容量が増加して出力電圧Ｖｏｕｔの安定性を向上させることができる。
図９及び図１０の場合、充電期間に入力電圧Ｖｉｎによって充電されていないフライングコンデンサの低電圧側端部と入力端子ＩＮとの間に接続されている第４スイッチ素子と、フライングコンデンサの高電圧側端部と出力端子ＯＵＴとの間に接続されている第５スイッチ素子をそれぞれ常にオン状態にし、入力電圧Ｖｉｎに直列に接続した状態で出力コンデンサＣｏに並列に接続して出力容量を大きくするようにした。このことから、出力電圧の安定性を更に向上させることができる。
図９及び図１０の場合、充電期間に入力電圧Ｖｉｎによって充電されていないフライングコンデンサの低電圧側端部と入力端子ＩＮとの間に接続されている第４スイッチ素子と、フライングコンデンサの高電圧側端部と出力端子ＯＵＴとの間に接続されている第５スイッチ素子をそれぞれ常にオン状態にし、入力電圧Ｖｉｎに直列に接続した状態で出力コンデンサＣｏに並列に接続して出力容量を大きくするようにした。このことから、出力電圧の安定性を更に向上させることができる。
このように、本第１の実施の形態におけるチャージポンプ回路は、従来と同じ回路を使用して、出力しようとする値の出力電圧Ｖｏｕｔに対応して選択した第１スイッチ素子から第５スイッチ素子のオン／オフ制御を行うことにより、入力電圧Ｖｉｎと同じ電圧から、入力電圧Ｖｉｎの２倍の電圧までの範囲で、様々な電圧を出力することができる。
なお、前記説明では、フライングコンデンサが３個の場合を例にしたが、フライングコンデンサの数を増やせば更に多くの種類の出力電圧を生成することができる。すなわち、出力可能な電圧の種類は、フライングコンデンサの数をｎ個とすると、入力電圧Ｖｉｎを昇圧する倍率は、（１＋１／ｎ）、（１＋２／ｎ）、（１＋３／ｎ）、・・・、｛１＋（ｎ−１）／ｎ｝、（１＋ｎ／ｎ）、｛１＋１／（ｎ−１）｝、｛１＋２／（ｎ−１）｝、｛１＋３／（ｎ−１）｝、・・・、｛１＋（ｎ−１）／（ｎ−１）｝、｛１＋（ｎ−１）／（ｎ−１）｝、・・・（１＋１／３）、（１＋２／３）、（１＋３／３）、（１＋１／２）、（１＋２／２）、（１＋１／１）、及び１になる。
また、前記説明では、入力端子ＩＮに正電圧が入力される場合を例にして説明したが、前記入力端子ＩＮに負電圧が入力されるようにしてもよい。このようにした場合においても各スイッチ素子の動作は同じであることからその説明を省略する。
１ チャージポンプ回路
２ 制御回路
１０ 直流電源
Ｓ１（１）〜Ｓ１（ｎ−１） 第１スイッチ素子
Ｓ２ 第２スイッチ素子
Ｓ３ 第３スイッチ素子
Ｓ４（１）〜Ｓ４（ｎ） 第４スイッチ素子
Ｓ５（１）〜Ｓ５（ｎ） 第５スイッチ素子
Ｃ１〜Ｃｎ フライングコンデンサ
Ｃｏ 出力コンデンサ
２ 制御回路
１０ 直流電源
Ｓ１（１）〜Ｓ１（ｎ−１） 第１スイッチ素子
Ｓ２ 第２スイッチ素子
Ｓ３ 第３スイッチ素子
Ｓ４（１）〜Ｓ４（ｎ） 第４スイッチ素子
Ｓ５（１）〜Ｓ５（ｎ） 第５スイッチ素子
Ｃ１〜Ｃｎ フライングコンデンサ
Ｃｏ 出力コンデンサ
Claims (5)
- 入力端子に入力された入力電圧で充電される複数のフライングコンデンサと、
該各フライングコンデンサを直列に接続する各第１のスイッチ素子と、
前記各フライングコンデンサと該各第１のスイッチ素子との直列回路の一端を前記入力端子に接続する第２のスイッチ素子と、
前記各フライングコンデンサと前記各第１のスイッチ素子との直列回路の他端を接地電圧に接続する第３のスイッチ素子と、
対応する前記フライングコンデンサにおける充電時の低電圧側端部と前記入力端子とをそれぞれ接続する各第４のスイッチ素子と、
対応する前記フライングコンデンサにおける充電時の高電圧側端部と所定の出力端子とをそれぞれ接続する各第５のスイッチ素子と、
を備え、前記入力電圧を昇圧して前記出力端子から出力電圧として出力する出力電圧可変のチャージポンプ回路の動作制御方法において、
前記フライングコンデンサの充電を行う充電期間では、
所望の前記出力電圧値に対応して選択した前記第１のスイッチ素子をオンさせて前記直列回路を形成し、
前記第２のスイッチ素子又は前記第４のスイッチ素子の１つを選択的にオンさせると共に前記第３のスイッチ素子をオンさせて、前記直列回路を前記入力電圧で充電させ、
前記フライングコンデンサの放電を行う放電期間では、
前記第２のスイッチ素子又は前記充電期間にオンさせた前記第４のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子とをそれぞれオフさせ、
前記所望の出力電圧値に対応して選択した前記第１のスイッチ素子のオン／オフ制御を行い、
１つ以上の前記第４のスイッチ素子と前記第５のスイッチ素子をそれぞれオンさせ、
前記直列回路の低電圧側端部を前記入力端子に接続すると共に、前記直列回路の高電圧側端部を前記出力端子に接続して、
前記入力電圧以上で、かつ前記入力電圧の２倍以下である所望の値の電圧を前記出力端子から出力し、
前記充電期間に前記入力電圧で充電されていない前記フライングコンデンサの低電圧側端部と前記入力端子との間に接続された前記第４のスイッチ素子と、該フライングコンデンサの高電圧側端部と前記出力端子との間に接続された前記第５のスイッチ素子とを常時オンさせることを特徴とするチャージポンプ回路の動作制御方法。 - 同一の出力電圧値が得られる、前記充電期間及び前記放電期間における前記第１から第５の各スイッチ素子のオン／オフ状態の組み合わせが複数ある場合、前記放電期間において、前記直列回路を形成するフライングコンデンサの数が最も少なく、かつ並列に接続されるフライングコンデンサの数が最も多くなるように前記組み合わせを選択することを特徴とする請求項１記載のチャージポンプ回路の動作制御方法。
- 前記充電期間から前記放電期間に移行する間に、前記充電を停止する期間を設け、前記放電期間から前記充電期間に移行する間に、前記放電を停止する期間を設けることを特徴とする請求項１又は２記載のチャージポンプ回路の動作制御方法。
- 前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続される、前記第１、第２、第４及び第５の各スイッチ素子の組み合わせの内、すべての組み合わせ又は一部の組み合わせのみのスイッチ素子をそれぞれオンさせることを特徴とする請求項１、２又は３記載のチャージポンプ回路の動作制御方法。
- 前記第５のスイッチ素子を介して前記直列回路の一端を前記出力端子に、前記第３のスイッチ素子を介して該直列回路の他端を接地電圧にそれぞれ接続することを特徴とする請求項４記載のチャージポンプ回路の動作制御方法。
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