JP5232892B2 - チャージポンプ回路 - Google Patents
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Description
図9に示す昇圧比1倍の動作モードにおいて、P型MOSトランジスタ101〜103,105〜107はオン状態であり、P型MOSトランジスタ104とN型MOSトランジスタ108,109はオフ状態である。図示していないが、スイッチ113はP型MOSトランジスタ103のバックゲートを入力端子10側に接続している。この動作モードにおいて、入力端子10は、オン状態にあるP型MOSトランジスタ101,105を介して、出力端子20に接続され、入力電圧Viの1倍の電圧が出力される。
以上のように、図10の(a)と(b)の状態が交互に繰り返されることにより、出力端子20から入力電圧Viの約1.5倍の電圧を得ることができる。
以上のように、図11の(a)と(b)の状態が交互に繰り返されることにより、出力端子20から入力電圧Viの約2倍の電圧を得ることができる。
本発明は、昇圧比を1倍、1.5倍、又は2倍に選択して入力電圧を変換して出力するチャージポンプ回路の小型化を目的として、チャージポンプ回路の構成要素であるスイッチング素子の低減化を図り、電子機器の小型携帯化に寄与することのできるチャージポンプ回路の提供を目的とする。
入力電圧が入力される入力端子と、
出力電圧を出力する出力端子と、
接地端子と、
少なくとも第1のコンデンサと第2のコンデンサを有するコンデンサと、
前記入力端子と前記第1のコンデンサの一端の間に接続される第1のスイッチと、
前記第1のコンデンサの他端と前記第2のコンデンサの一端の間に接続される第2のスイッチと、
前記入力端子と前記第2のコンデンサの他端の間に接続される第3のスイッチと、
第1のコンデンサの一端と前記第2のコンデンサの一端の間に接続される第4のスイッチと、
前記第1のコンデンサの一端と前記出力端子の間に接続される第5のスイッチと、
前記第2のコンデンサの他端と前記接地端子の間に接続される第6のスイッチと、
前記第1のコンデンサの他端と前記第2のコンデンサの他端の間に接続される第7のスイッチと、
前記各スイッチのオンオフを制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサを並列接続して前記入力電圧で充電する第1の状態と、
前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサを並列接続して前記入出力端子間に接続し、出力側に放電する第2の状態と、を繰り返して昇圧比が2倍となる動作モード(2倍圧モード)と、
前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサを直列接続して前記入力電圧で充電する第3の状態と、
前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサを並列接続して前記入出力端子間に接続し、出力側に放電する第4の状態と、を繰り返して昇圧比が1.5倍となる動作モード(1.5倍圧モード)とを有しており
前記制御回路は、
前記第1の状態において、前記第1のスイッチと前記第4のスイッチと前記第6のスイッチと前記第7のスイッチがオン状態であり、他のスイッチがオフ状態となり、
前記第2の状態において、前記第3のスイッチと前記第4のスイッチと前記第5のスイッチと前記第7のスイッチがオン状態であり、他のスイッチがオフ状態となり、
前記第3の状態において、前記第1のスイッチと前記第2のスイッチと前記第6のスイッチがオン状態であり、他のスイッチがオフ状態となり、
前記第4の状態において、前記第3のスイッチと前記第4のスイッチと前記第5のスイッチと前記第7のスイッチがオン状態であり、他のスイッチがオフ状態となるよう制御しており、さらに
前記制御回路は、
前記第1のスイッチと前記第2のスイッチと前記第5のスイッチと前記第6のスイッチがオン状態であり、他のスイッチがオフ状態となる1倍圧モードを有するよう構成されている。以上のように構成された本発明のチャージポンプ回路においては、構成要素であるスイッチング素子の配設数の低減化を図ることが可能となり、昇圧比を変更できるチャージポンプ回路を用いた装置の小型携帯化を達成することができる。また、本発明においては、昇圧比を選択して入力電圧を変換し、出力するチャージポンプ回路の小型化を達成することができる。
前記制御回路が、前記入力電圧に基づいて、前記2倍圧モードまたは前記1.5倍圧モードまたは1倍圧モードを選択するよう構成しても良い。
前記出力電圧を制御するために、前記第6のスイッチのオン抵抗を調整する帰還回路を設けても良い。このように帰還回路を設けて第6のスイッチのオン抵抗を制御することにより、出力電圧を所定の値に制御することができる。
まず、本発明に係る第1の実施形態のチャージポンプ回路について、添付の図1から図3を参照しつつ説明する。図1は本発明の第1の実施形態に係るチャージポンプ回路の回路構成図である。
図1に示す第1の実施形態のチャージポンプ回路において、入力端子1に直流の入力電圧Viが印加され、その入力電圧Viが検出されて昇圧率が選定され、出力端子2から所望の出力電圧Voが出力されるよう構成されている。第1の実施形態のチャージポンプ回路には、8個のスイッチング素子と、第1のコンデンサ3と、第2のコンデンサ4と、出力コンデンサ5が設けられている。出力コンデンサ5は、出力端子2に接続され、図示していないが負荷に直流の出力電圧Voを出力する。第1のコンデンサ3と第2のコンデンサ4の静電容量は等しく設定されている。
図2の(b)に示すように、2倍圧モードにおける第1の状態では、第1のスイッチ11と第4のスイッチ14と第6のスイッチ16と第7のスイッチ17がオン状態で、他のスイッチはオフ状態である。尚、オフ状態のスイッチはボディダイオードを表示している。従って、第1の状態において、第1のコンデンサ3は入力電圧Viで充電されるとともに、第2のコンデンサ4は入力端子1と出力端子2の間に接続されて、その電荷を出力側に放電する。
図3の(b)に示すように、1.5倍圧モードにおける第3の状態では、第1のスイッチ11と第3のスイッチ13と第8のスイッチ18がオン状態で、他のスイッチはオフ状態である。尚、オフ状態のスイッチはボディダイオードを表示している。従って、第3の状態において、第1のコンデンサ3と第2のコンデンサ4は直列に接続され、入力電圧Viで充電される。即ち、第1のコンデンサ3と第2のコンデンサ4のそれぞれは、入力電圧Viの約半分の電圧Vi/2に充電される。
図4は本発明に係る第2の実施形態のチャージポンプ回路の回路構成図である。図4に示す第2の実施形態のチャージポンプ回路において、入力端子1に直流の入力電圧Viが印加され、その入力電圧Viが検出されて昇圧率が選定され、出力端子2から所望の出力電圧Voが出力されるよう構成されている。第2の実施形態のチャージポンプ回路には、8個のスイッチング素子と、第1のコンデンサ3aと、第2のコンデンサ4aと、出力コンデンサ5が設けられている。出力コンデンサ5は、出力端子2に接続され、図示していないが負荷に直流の出力電圧Voを出力する。第1のコンデンサ3aと第2のコンデンサ4bの静電容量は等しく設定されている。
図5の(b)に示すように、2倍圧モードにおける第1の状態では、第1のスイッチ21と第4のスイッチ24と第6のスイッチ26と第7のスイッチ27のN型MOSトランジスタ27bがオン状態であり、他のスイッチはオフ状態である。尚、オフ状態のスイッチはボディダイオードを表示している。第7のスイッチ27のP型MOSトランジスタ27aに関しては、駆動信号V27aのゲート電位はLレベルとなっているが、ソース電位もLレベルであるためオンできない。この第1の状態において、第1のコンデンサ3aと第2のコンデンサ4aはともに入力電圧Viで充電される。
尚、第1の実施形態及び第2の実施形態のチャージポンプ回路の1倍圧モードでは、第1のコンデンサと第2のコンデンサが直列に入力電圧Viで充電したが、これは入力電圧Viが低下して1.5倍圧モードに切り替わる際に各コンデンサ電圧の変動を抑え、スムーズな動作モードの切換を行うためである。
前述の第2の実施形態において、第7のスイッチ27は双方向に電流が流れる上、接地電位や入力電圧Viとなるため、P型MOSトランジスタ27aとN型MOSトランジスタ27bを並列接続した構成となっている。このため、第2の実施形態のチャージポンプ回路においては、1.5倍圧モードの第3の状態や1倍圧モードにおいては、第7のスイッチ27のP型MOSトランジスタ27aとN型MOSトランジスタ27bはオフ状態であるが、これらのボディダイオードは並列且つ双方向に接続されている。このため、第2の実施形態における第2のコンデンサ4aの電圧は、P型MOSトランジスタ27aとN型MOSトランジスタ27bのボディダイオードの順方向電圧以下という制約がある。
まず、駆動信号V26がLレベルである時、第2の実施形態であれば第6のスイッチ26はオフ状態となるが、第3の実施形態においても同様にオフ状態となる。即ち、Lレベルの駆動信号V26はインバータ63によってHレベルとなり、これによってN型MOSトランジスタ62がオン状態となって、第6のスイッチ26のゲート電位を接地して第6のスイッチ26をオフ状態とする。
逆に、出力電圧Voが基準電圧源60の電圧より低くなろうとすると、誤差増幅器61の出力は上昇し、第6のスイッチ26のオン抵抗を低くする。このため、第1のコンデンサ3a及び第2のコンデンサ4aの充電電流は増え、充電電圧が高くなるので、出力電圧Voも高くなる。
以上の動作によって、第3の実施形態のチャージポンプ回路の出力電圧Voは、基準電圧源60の電圧と等しくなるように制御される。
2 出力端子
3 第1のコンデンサ
4 第2のコンデンサ
5 出力コンデンサ
6 制御回路
11 第1のスイッチ素子
12 第2のスイッチ素子
13 第3のスイッチ素子
14 第4のスイッチ素子
15 第5のスイッチ素子
16 第6のスイッチ素子
17 第7のスイッチ素子
18 第8のスイッチ素子
Claims (5)
- 入力電圧が入力される入力端子と、
出力電圧を出力する出力端子と、
接地端子と、
少なくとも第1のコンデンサと第2のコンデンサを有するコンデンサと、
前記入力端子と前記第1のコンデンサの一端の間に接続される第1のスイッチと、
前記第1のコンデンサの他端と前記第2のコンデンサの一端の間に接続される第2のスイッチと、
前記入力端子と前記第2のコンデンサの他端の間に接続される第3のスイッチと、
第1のコンデンサの一端と前記第2のコンデンサの一端の間に接続される第4のスイッチと、
前記第1のコンデンサの一端と前記出力端子の間に接続される第5のスイッチと、
前記第2のコンデンサの他端と前記接地端子の間に接続される第6のスイッチと、
前記第1のコンデンサの他端と前記第2のコンデンサの他端の間に接続される第7のスイッチと、
前記各スイッチのオンオフを制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサを並列接続して前記入力電圧で充電する第1の状態と、
前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサを並列接続して前記入出力端子間に接続し、出力側に放電する第2の状態と、を繰り返す2倍圧モードと、
前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサを直列接続して前記入力電圧で充電する第3の状態と、
前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサを並列接続して前記入出力端子間に接続し、出力側に放電する第4の状態と、を繰り返す1.5倍圧モードを有しており、
前記制御回路は、
前記第1の状態において、前記第1のスイッチと前記第4のスイッチと前記第6のスイッチと前記第7のスイッチがオン状態であり、他のスイッチがオフ状態となり、
前記第2の状態において、前記第3のスイッチと前記第4のスイッチと前記第5のスイッチと前記第7のスイッチがオン状態であり、他のスイッチがオフ状態となり、
前記第3の状態において、前記第1のスイッチと前記第2のスイッチと前記第6のスイッチがオン状態であり、他のスイッチがオフ状態となり、
前記第4の状態において、前記第3のスイッチと前記第4のスイッチと前記第5のスイッチと前記第7のスイッチがオン状態であり、他のスイッチがオフ状態となるよう制御しており、さらに
前記制御回路は、
前記第1のスイッチと前記第2のスイッチと前記第5のスイッチと前記第6のスイッチがオン状態であり、他のスイッチがオフ状態となる1倍圧モードを有するチャージポンプ回路。 - 前記制御回路は、前記入力電圧に基づいて、前記2倍圧モードまたは前記1.5倍圧モードまたは1倍圧モード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。
- 前記第7のスイッチがP型MOSトランジスタとN型MOSトランジスタを並列接続した構成である請求項1記載のチャージポンプ回路。
- 前記出力電圧を制御するために、前記第6のスイッチのオン抵抗を調整する帰還回路が設けられたことを特徴とする請求項1記載のチャージポンプ回路。
- 前記帰還回路が、出力電圧と基準電圧とを比較し増幅する差動増幅器を有し、前記第6のスイッチの駆動信号がオフ状態とき前記第6のスイッチをオフ状態とし、前記第6のスイッチの駆動信号がオン状態とき前記第6のスイッチを前記差動増幅器の出力により駆動するよう構成された請求項4記載のチャージポンプ回路。
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