JP5650431B2

JP5650431B2 - チャージポンプ型の昇圧回路及び昇圧方法

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Description

本発明は、入力電圧を３以上の整数倍の電圧に昇圧するチャージポンプ型の昇圧回路及び昇圧方法に関する。

液晶表示装置では、液晶パネルを駆動するために電源電圧より高い電圧が必要とされている。また、小型軽量化のために駆動回路を構成する半導体集積回路内に電源電圧を昇圧するチャージポンプ型の昇圧回路を備えることが行われている（特許文献１参照）。

図１は従来のチャージポンプ型の３倍昇圧回路の構成を示している。この従来の昇圧回路は、スイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂを半導体回路１内に備えている。スイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂはオンオフスイッチであり、そのオンオフが図示しないコントローラによって制御される。半導体集積回路１には外付け部品の接続端子としてＡ１〜Ａ３，ＡＣ＋，ＡＣ−，ＡＧが設けられている。スイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ２Ｂ各々の一端が接続端子Ａ１に接続され、スイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ３Ｂ各々の一端が接続端子Ａ２に接続され、スイッチ素子ＳＷ３Ａの一端が接続端子Ａ３に接続されている。スイッチ素子ＳＷ１Ｂの一端はグランド端子である接続端子ＡＧに接続されている。更に、スイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ２Ａ，ＳＷ３Ａ各々の他端が接続端子ＡＣ＋に接続され、スイッチ素子ＳＷ１Ｂ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ｂ各々の他端が接続端子ＡＣ−に接続されている。また、この昇圧回路は半導体集積回路１外の外付け部品として電荷蓄積のためのコンデンサＣａ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を含んでいる。ポンピング用コンデンサＣａの一端は接続端子ＡＣ＋に接続され、他端はＡＣ−に接続される。コンデンサＣ１の一端は接続端子Ａ１に接続され、コンデンサＣ２の一端は接続端子Ａ２に接続され、コンデンサＣ３の一端は接続端子Ａ３に接続される。コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３各々の他端は接続端子ＡＧと共にグランド（Ｖss）に接続されている。以下の説明を容易にするためにグランドの電位Ｖssを０Ｖとする。

かかる従来の３倍昇圧回路においては、入力電圧がコンデンサＣ１に印加される。この入力電圧をＶＬ１とする。昇圧動作時には第１工程〜第４工程の各動作が繰り返される。第１工程〜第４工程各々の時間的長さは等しい。図２に示すように、最初の第１工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂがオンとなり、そしてスイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオフとなる。次の第２工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオフとなり、スイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂがオンとなる。第３工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂがオンとなり、そしてスイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオフとなる。第４工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂがオフとなり、スイッチ素子ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオンとなる。

第１工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ各々のオンにより入力電圧ＶＬ１がコンデンサＣａに印加されるので、コンデンサＣａが充電され、コンデンサＣａの接続端子ＡＣ＋の電圧Ｃ＋がＶＬ１となり、接続端子ＡＣ−の電圧Ｃ−がＶssとなる。

第２工程ではスイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ各々のオンにより入力電圧ＶＬ１とコンデンサＣａの電圧ＶＬ１とが加算されてコンデンサＣ２に印加されるので、コンデンサＣ２が充電される。コンデンサＣａの電圧Ｃ＋がＶＬ１＋ＶＬ１となり、接続端子ＡＣ−の電圧Ｃ−がＶＬ１となる。コンデンサＣ２の接続端子Ａ２の電圧ＶＬ２はＶＬ１＋ＶＬ１となる。

第３工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ各々のオンにより入力電圧ＶＬ１がコンデンサＣａに印加されるので、コンデンサＣａが充電され、コンデンサＣａの接続端子ＡＣ＋の電圧Ｃ＋がＶＬ１となり、接続端子ＡＣ−の電圧Ｃ−がＶssとなる。

第４工程ではスイッチ素子ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂ各々のオンによりコンデンサＣ２の電圧ＶＬ２とコンデンサＣａの電圧ＶＬ１とが加算されてコンデンサＣ３に印加されるので、コンデンサＣ３が充電される。コンデンサＣａの電圧Ｃ＋がＶＬ２＋ＶＬ１となり、接続端子ＡＣ−の電圧Ｃ−がコンデンサＣ２のＶＬ２に等しくなる。よって、コンデンサＣ３の接続端子Ａ３の電圧ＶＬ３はＶＬ２＋ＶＬ１、すなわち３ＶＬ１となる。

第１工程〜第４工程の順に動作が繰り返されることにより接続端子Ａ３の電圧ＶＬ３が３倍昇圧電圧３ＶＬ１となり、接続端子Ａ２の電圧ＶＬ２が２倍昇圧電圧２ＶＬ１となる。

特開２００４−６４９３７号公報

かかる従来の昇圧回路においては、昇圧動作開始時には未充電にあるコンデンサＣ２，Ｃ３へ比較的大なる電流が一時的に流れ込みピーク電流が生じる。ところで、かかる従来の昇圧回路の入力電圧ＶＬ１は他の回路の電源電圧として用いられる。例えば、昇圧回路がＳＴＮ液晶表示用チップの駆動電圧発生回路として用いられる場合には、入力電圧ＶＬ１はその半導体チップ内のロジック回路や発振回路等の他の回路の電源電圧として用いられる。しかしながら、半導体チップではチップサイズ縮小のため電源電圧の入力端子はそれらの回路のために兼用されているので、昇圧回路の昇圧動作開始時に上記のコンデンサＣ２，Ｃ３へ流れるピーク電流の影響で、電圧ＶＬ１のレベルダウンが一時的発生して正常動作電圧以下となりチップ自体が誤動作を起こすという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、昇圧動作開始時に入力電圧のレベル低下を招くことなく入力電圧を３以上の整数倍の電圧に昇圧することができるチャージポンプ型の昇圧回路及び昇圧方法を提供することである。

本発明の昇圧回路は、入力電圧を３以上の整数倍の電圧に昇圧するチャージポンプ型の昇圧回路であって、前記入力電圧を第１コンデンサに印加する充電手段と、昇圧動作開始からの第１所定期間内において前記入力電圧を第２コンデンサに印加しつつ前記入力電圧と前記第１コンデンサの両端電圧との加算電圧を出力コンデンサに印加する２倍昇圧手段と、前記第１所定期間の終了後、前記入力電圧と前記第１コンデンサの両端電圧との加算電圧を前記第２コンデンサに印加する工程と、前記第１コンデンサの両端電圧と前記第２コンデンサの両端電圧との加算電圧を前記出力コンデンサに印加する工程とをその順番で繰り返す３倍昇圧手段と、を備えることを特徴としている。

本発明の昇圧方法は、入力電圧を３以上の整数倍の電圧に昇圧する昇圧方法であって、昇圧動作開始からの第１所定期間内において前記入力電圧を第１コンデンサに印加した後に前記入力電圧と前記第１コンデンサの両端電圧との加算電圧を出力コンデンサに印加する２倍昇圧ステップと、前記第１所定期間の終了後、前記入力電圧を第１コンデンサに印加した後に前記入力電圧と当該第１コンデンサの両端電圧との加算電圧を第２コンデンサに印加する第１印加工程と、前記入力電圧を第１コンデンサに印加した後に当該第１コンデンサの両端電圧と前記第２コンデンサの両端電圧との加算電圧を前記出力コンデンサに印加する第２印加工程と、をその順番で繰り返す３倍昇圧ステップと、を備えることを特徴としている。

本発明の昇圧回路及び方法によれば、昇圧動作開始からの第１所定期間内において出力コンデンサへの印加電圧は入力電圧の２倍の電圧となり、第１所定期間の終了後において出力コンデンサへの印加電圧は入力電圧の３倍の電圧となる。また、第１所定期間内において入力電圧が第２コンデンサに印加されて第２コンデンサの両端電圧は入力電圧に等しい電圧にされ、第１所定期間の終了後において第２コンデンサへの印加電圧は入力電圧の２倍の電圧となる。すなわち、第２コンデンサ及び出力コンデンサ各々の両端電圧は段階的に上昇する。よって、昇圧動作開始時に第２コンデンサ及び出力コンデンサ各々に流れ込むピーク電流を従来の昇圧回路よりも抑えることができ、これにより、入力電圧のレベル低下を招くことなく入力電圧を３以上の整数倍の電圧に昇圧することができる。

従来の３倍昇圧回路を示す回路図である。図１の昇圧回路のスイッチ素子のオンオフ及びポンピング用コンデンサの端子電圧を示す図である。本発明の実施例として３倍昇圧回路を示す回路図である。図３の昇圧回路のスイッチ素子のオンオフ及びポンピング用コンデンサの端子電圧を示す図である。本発明の他の実施例として４倍昇圧回路を示す回路図である。図５の昇圧回路のスイッチ素子のオンオフ及びポンピング用コンデンサの端子電圧を示す図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図３は本発明の実施例としてチャージポンプ型の３倍昇圧回路を示している。この昇圧回路は、図１の回路と同様に、スイッチ素子ＳＷ１Ａ（第１スイッチ素子Ａ），ＳＷ１Ｂ（第１スイッチ素子Ｂ），ＳＷ２Ａ（第２スイッチ素子Ａ），ＳＷ２Ｂ（第２スイッチ素子Ｂ），ＳＷ３Ａ（第３スイッチ素子Ａ），ＳＷ３Ｂ（第３スイッチ素子Ｂ）を半導体集積回路１内に備え、半導体集積回路１の外付け部品の接続端子Ａ１〜Ａ３，ＡＣ＋，ＡＣ−，ＡＧが設けられている。接続端子Ａ１が非基準電位側入力端子であり、接続端子ＡＧが基準電位側入力端子である。

また、スイッチ素子ＳＷＣ（第４スイッチ素子）が半導体集積回路１内に備えている。スイッチ素子ＳＷＣもオンオフスイッチである。スイッチ素子ＳＷＣの一端は接続端子Ａ１に接続され、他端は接続端子Ａ２に接続されている。また、スイッチ素子ＳＷＣは、スイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂと同様に図示しないコントローラによってオンオフ制御される。そのコントローラは図示しないクロック発生器から生成されるクロックに応じてスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂ，ＳＷＣ各々のオンオフの切り替えを行う。

更に、半導体集積回路１外の外付け部品として電荷蓄積のためのコンデンサＣａ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が図１の回路と同様に接続される。ポンピング用のコンデンサＣａが第１コンデンサ、コンデンサＣ１が入力コンデンサ、コンデンサＣ２が第２コンデンサ、コンデンサＣ３が出力コンデンサである。

なお、その他の構成は図１の３倍昇圧回路の構成と同一であるので、ここでの説明は省略される。

かかる本発明の３倍昇圧回路においては、図４に示すように、動作モードが２倍昇圧動作モードと３倍昇圧動作モードとに分けられる。３倍昇圧出力のためには、先ず、起動時には２倍昇圧動作モードが第１所定期間において行われ、その後、３倍昇圧動作モードに移行することが行われる。２倍昇圧動作モードではスイッチ素子ＳＷＣがオンとなり、３倍昇圧動作モードではスイッチ素子ＳＷＣがオフとなる。

２倍昇圧動作モードでは図４に示すように第１工程（２倍昇圧用第１工程）及び第２工程（２倍昇圧用第２工程）の各動作が繰り返される。スイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂは常時オフである。スイッチ素子ＳＷＣが上記のように常時オンとなる。第１工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂがオンとなり、そしてスイッチ素子ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオフとなる。次の第２工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂがオフとなり、スイッチ素子ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオンとなる。

第１工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ各々のオンにより入力電圧ＶＬ１がコンデンサＣａ及びコンデンサＣ２に印加されるので、コンデンサＣａ，Ｃ２が充電され、コンデンサＣａの接続端子ＡＣ＋の電圧Ｃ＋がＶＬ１となり、接続端子ＡＣ−の電圧Ｃ−がＶssとなる。

第２工程ではスイッチ素子ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂ各々のオンによりコンデンサＣａの電圧ＶＬ１と入力電圧ＶＬ１とが加算されてコンデンサＣ３に印加されるので、コンデンサＣ３が充電される。コンデンサＣａの電圧Ｃ＋がＶＬ１＋ＶＬ１となり、接続端子ＡＣ−の電圧Ｃ−がＶＬ１となる。コンデンサＣ３の接続端子Ａ３の電圧ＶＬ３はＶＬ１＋ＶＬ１となる。

第１工程及び第２工程の順に動作が第１所定期間に亘って繰り返されることにより接続端子Ａ３の電圧ＶＬ３が２倍昇圧電圧２ＶＬ１となる。図４において第１所定期間は２倍昇圧用第１工程と２倍昇圧用第２工程との期間を１周期として４周期分に対応するが、これに限定されず、例えば、１周期分であっても良い。

次に、３倍昇圧動作モードでは図４に示すように第１工程〜第４工程（３倍昇圧用第１工程〜３倍昇圧用第４工程）の各動作が繰り返される。スイッチ素子ＳＷＣが上記のように常時オフとなる。第１工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂがオンとなり、そしてスイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオフとなる。次の第２工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオフとなり、スイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂがオンとなる。第３工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂがオンとなり、そしてスイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオフとなる。第４工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂがオフとなり、スイッチ素子ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオンとなる。

第２工程ではスイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ各々のオンにより入力電圧ＶＬ１とコンデンサＣａの電圧ＶＬ１とが加算されてコンデンサＣ２に印加されるので、コンデンサＣ２が充電される。すなわち、コンデンサＣａの電圧Ｃ＋＝ＶＬ１＋ＶＬ１がコンデンサＣ２に印加され、接続端子ＡＣ−の電圧Ｃ−がＶＬ１となる。３倍昇圧動作モードになった直後においてコンデンサＣ２は既に充電されており、接続端子Ａ２の電圧はＶＬ１であるので、第２工程においてコンデンサＣａの電圧Ｃ＋のコンデンサＣ２への印加によりコンデンサＣ２に流れ込む電流のピークは図１の従来回路に比べて抑えられる。

第４工程ではスイッチ素子ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂ各々のオンによりコンデンサＣ２の電圧ＶＬ２とコンデンサＣａの電圧ＶＬ１とが加算されてコンデンサＣ３に印加されるので、コンデンサＣ３が充電される。コンデンサＣａの電圧Ｃ＋がＶＬ２＋ＶＬ１となり、接続端子ＡＣ−の電圧Ｃ−がコンデンサＣ２のＶＬ２に等しくなる。３倍昇圧動作モードになった直後においてコンデンサＣ３は既に充電されており、接続端子Ａ３の電圧は２ＶＬ１であるので、第４工程においてコンデンサＣａの電圧Ｃ＋のコンデンサＣ３への印加によりコンデンサＣ３に流れ込む電流のピークは図１の従来回路に比べて抑えられる。よって、コンデンサＣ３の接続端子Ａ３の電圧ＶＬ３はＶＬ２＋ＶＬ１、すなわち３ＶＬ１となる。

その後、３倍昇圧動作モードで第１工程〜第４工程の順に動作が繰り返されることにより接続端子Ａ３の電圧ＶＬ３が３倍昇圧電圧３ＶＬ１となり、接続端子Ａ２の電圧ＶＬ２が２倍昇圧電圧２ＶＬ１となる。

かかる実施例の本発明の３倍昇圧回路によれば、昇圧動作開始からの第１所定期間内の２倍昇圧動作モードにおいてコンデンサＣ２が入力電圧ＶＬ１の印加によって充電されてコンデンサＣ２の両端電圧はＶＬ１に等しくなり、第１所定期間の終了後の３倍昇圧用第２工程においてコンデンサＣ２への印加電圧は入力電圧ＶＬ１の２倍の電圧ＶＬ１＋ＶＬ１となる。また、第１所定期間内の２倍昇圧用第２工程においてコンデンサＣ３への電圧ＶＬ１＋ＶＬ１の印加によってコンデンサＣ３の両端電圧は入力電圧ＶＬ１の２倍の２ＶＬ１に等しくなり、第１所定期間の終了後の３倍昇圧用第４工程においてコンデンサＣ３への印加電圧は入力電圧の３倍の電圧３ＶＬ１に等しくなる。すなわち、コンデンサＣ２，Ｃ３各々の両端電圧は段階的に上昇する。よって、昇圧動作開始時にコンデンサＣ２，Ｃ３各々に流れ込むピーク電流を従来の昇圧回路よりも抑えることができ、これにより、入力電圧のレベル低下を招くことなく入力電圧を３倍電圧に昇圧することができる。

図５は本発明の他の実施例としてチャージポンプ型の４倍昇圧回路を示している。この昇圧回路は、スイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂ，ＳＷ４Ａ，ＳＷ４Ｂ，ＳＷＣ，ＳＷＤを半導体集積回路１内に備え、半導体集積回路１の外付け部品の接続端子Ａ１〜Ａ４，ＡＣ＋，ＡＣ−，ＡＧが設けられている。

図３の３倍昇圧回路の構成に対してスイッチ素子ＳＷ４Ａ，ＳＷ４Ｂ，ＳＷＤと接続端子Ａ４とが追加されている。スイッチ素子ＳＷ４Ａ，ＳＷ４Ｂ，ＳＷＤ各々はオンオフスイッチである。

スイッチ素子ＳＷ４Ａの一端が接続端子Ａ４に接続され、その他端が接続端子ＡＣ＋に接続されている。スイッチ素子ＳＷ４Ｂの一端が接続端子Ａ３に接続され、その他端が接続端子ＡＣ−に接続されている。スイッチ素子ＳＷＤの一端は接続端子Ａ３に接続され、その他端は接続端子Ａ４に接続されている。また、スイッチ素子ＳＷ４Ａ，ＳＷ４Ｂ，ＳＷＤは、スイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂ，ＳＷＣと同様に図示しないコントローラによってオンオフ制御される。そのコントローラは図示しないクロック発生器から生成されるクロックに応じてスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂ，ＳＷ４Ａ，ＳＷ４Ｂ，ＳＷＣ，ＳＷＤ各々のオンオフの切り替えを行う。

接続端子Ａ４とグランド（Ｖss）との間にコンデンサＣ４が接続される。

なお、その他の構成は図３の３倍昇圧回路の構成と同一であるので、ここでの説明は省略される。

かかる本発明の４倍昇圧回路においては、図６に示すように、動作モードが２倍昇圧動作モードと３倍昇圧動作モードと４倍昇圧動作モードとに分けられる。４倍昇圧出力のためには、先ず、起動時には２倍昇圧動作モードが第１所定期間に亘って行われ、その後、３倍昇圧動作モードが第２所定期間に亘って行われ、第２所定期間経過後、４倍昇圧動作モードに移行することが行われる。２倍昇圧動作モードではスイッチ素子ＳＷＣ，ＳＷＤが共にオンとなり、３倍昇圧動作モードではスイッチ素子ＳＷＣがオフとなり、スイッチ素子ＳＷＤはオン状態を継続し、４倍昇圧動作モードではスイッチ素子ＳＷＣ，ＳＷＤが共にオフとなる。

２倍昇圧動作モードでは図６に示すように第１工程（２倍昇圧用第１工程）及び第２工程（２倍昇圧用第２工程）の各動作が繰り返される。スイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ４Ａ，ＳＷ４Ｂは常時オフである。スイッチ素子ＳＷＣ，ＳＷＤが上記のように常時オンとなる。第１工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂがオンとなり、そしてスイッチ素子ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオフとなる。次の第２工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂがオフとなり、スイッチ素子ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオンとなる。

第２工程ではスイッチ素子ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂ各々のオンによりコンデンサＣａの電圧ＶＬ１と入力電圧ＶＬ１とが加算されてコンデンサＣ３,Ｃ４に印加されるので、コンデンサＣ３,Ｃ４が充電される。コンデンサＣａの電圧Ｃ＋がＶＬ１＋ＶＬ１となり、接続端子ＡＣ−の電圧Ｃ−がＶＬ１となる。よって、コンデンサＣ３の接続端子Ａ３の電圧ＶＬ３及びコンデンサＣ４の接続端子Ａ４の電圧ＶＬ４はＶＬ１＋ＶＬ１となる。

第１工程及び第２工程の順に動作が第１所定期間に亘って繰り返されることにより接続端子Ａ３の電圧ＶＬ３及び接続端子Ａ４の電圧ＶＬ４が２倍昇圧電圧２ＶＬ１となる。図６において第１所定期間は２倍昇圧用第１工程と２倍昇圧用第２工程との期間を１周期として４周期分に対応するが、これに限定されず、例えば、１周期分であっても良い。

次に、３倍昇圧動作モードでは図６に示すように第１工程〜第４工程（３倍昇圧用第１工程〜３倍昇圧用第４工程）の各動作が繰り返される。スイッチ素子ＳＷ４Ａ，ＳＷ４Ｂは常時オフである。また、スイッチ素子ＳＷＣが上記のように常時オフとなり、スイッチ素子ＳＷＤが常時オンとなる。第１工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂがオンとなり、そしてスイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオフとなる。次の第２工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオフとなり、スイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂがオンとなる。第３工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂがオンとなり、そしてスイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオフとなる。第４工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂがオフとなり、スイッチ素子ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオンとなる。

第４工程ではスイッチ素子ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂ各々のオンによりコンデンサＣ２の電圧ＶＬ２とコンデンサＣａの電圧ＶＬ１とが加算されてコンデンサＣ３，Ｃ４に印加されるので、コンデンサＣ３，Ｃ４が充電される。コンデンサＣａの電圧Ｃ＋がＶＬ２＋ＶＬ１となり、接続端子ＡＣ−の電圧Ｃ−がコンデンサＣ２のＶＬ２に等しくなる。３倍昇圧動作モードになった直後においてコンデンサＣ３，Ｃ４は既に充電されており、接続端子Ａ３，Ａ４の電圧は２ＶＬ１である。第４工程においてコンデンサＣａの電圧Ｃ＋のコンデンサＣ３，Ｃ４への印加により、コンデンサＣ３の接続端子Ａ３の電圧ＶＬ３及びコンデンサＣ４の接続端子Ａ４の電圧ＶＬ４はＶＬ２＋ＶＬ１、すなわち３ＶＬ１に上昇する。

その後、３倍昇圧動作モードで第１工程〜第４工程の順に動作が第２所定期間に亘って繰り返されることにより接続端子Ａ３の電圧ＶＬ３及び接続端子Ａ４の電圧ＶＬ４が３倍昇圧電圧３ＶＬ１となり、接続端子Ａ２の電圧ＶＬ２が２倍昇圧電圧２ＶＬ１となる。図６において第２所定期間は３倍昇圧用第１工程〜第４工程との期間を１周期として２周期分に対応するが、これに限定されず、例えば、１周期分であっても良い。

次いで、４倍昇圧動作モードでは図６に示すように第１工程〜第６工程（４倍昇圧用第１工程〜４倍昇圧用第６工程）の各動作が繰り返される。スイッチ素子ＳＷＣ，ＳＷＤが常時オフとなる。第１工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂがオンとなり、そしてスイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂ，ＳＷ４Ａ，ＳＷ４Ｂがオフとなる。次の第２工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂ，ＳＷ４Ａ，ＳＷ４Ｂがオフとなり、スイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂがオンとなる。第３工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂがオンとなり、そしてスイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂ，ＳＷ４Ａ，ＳＷ４Ｂがオフとなる。第４工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ４Ａ，ＳＷ４Ｂがオフとなり、スイッチ素子ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオンとなる。第５工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂがオンとなり、そしてスイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂ，ＳＷ４Ａ，ＳＷ４Ｂがオフとなる。第６工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ，ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂがオフとなり、スイッチ素子ＳＷ４Ａ，ＳＷ４Ｂがオンとなる。

第２工程ではスイッチ素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ各々のオンにより入力電圧ＶＬ１とコンデンサＣａの電圧ＶＬ１とが加算されてコンデンサＣ２に印加されるので、コンデンサＣ２が充電される。すなわち、コンデンサＣａの電圧Ｃ＋＝ＶＬ１＋ＶＬ１がコンデンサＣ２に印加され、接続端子ＡＣ−の電圧Ｃ−がＶＬ１となる。

第４工程ではスイッチ素子ＳＷ３Ａ，ＳＷ３Ｂ各々のオンによりコンデンサＣ２の電圧ＶＬ２とコンデンサＣａの電圧ＶＬ１とが加算されてコンデンサＣ３に印加される。コンデンサＣａの電圧Ｃ＋がＶＬ２＋ＶＬ１となり、接続端子ＡＣ−の電圧Ｃ−がコンデンサＣ２のＶＬ２に等しくなる。４倍昇圧動作モードになった直後においてコンデンサＣ３は既に充電されており、接続端子Ａ３の電圧は３ＶＬ１である。第４工程においてコンデンサＣａの電圧Ｃ＋のコンデンサＣ３への印加により、コンデンサＣ３の接続端子Ａ３の電圧ＶＬ３は３ＶＬ１のままとなる。

第５工程ではスイッチ素子ＳＷ１Ａ，ＳＷ１Ｂ各々のオンにより入力電圧ＶＬ１がコンデンサＣａに印加されるので、コンデンサＣａが充電され、コンデンサＣａの接続端子ＡＣ＋の電圧Ｃ＋がＶＬ１となり、接続端子ＡＣ−の電圧Ｃ−がＶssとなる。

第６工程ではスイッチ素子ＳＷ４Ａ，ＳＷ４Ｂ各々のオンによりコンデンサＣ３の電圧ＶＬ３とコンデンサＣａの電圧ＶＬ１とが加算されてコンデンサＣ４に印加されるので、コンデンサＣ４が充電される。コンデンサＣａの電圧Ｃ＋がＶＬ３＋ＶＬ１となり、接続端子ＡＣ−の電圧Ｃ−がコンデンサＣ３のＶＬ３に等しくなる。４倍昇圧動作モードになった直後においてコンデンサＣ４は充電されており、接続端子Ａ４の電圧は３ＶＬ１である。第６工程においてコンデンサＣａの電圧Ｃ＋のコンデンサＣ４への印加により、コンデンサＣ４の接続端子Ａ４の電圧ＶＬ４は４倍昇圧電圧である４ＶＬ１に上昇する。

その後、４倍昇圧動作モードで第１工程〜第６工程の順に動作が繰り返されることにより接続端子Ａ４の電圧ＶＬ４が４倍昇圧電圧４ＶＬ１となり、接続端子Ａ３の電圧ＶＬ３が３倍昇圧電圧３ＶＬ１となり、接続端子Ａ２の電圧ＶＬ２が２倍昇圧電圧２ＶＬ１となる。

かかる他の実施例の本発明の４倍昇圧回路によれば、昇圧動作開始からの第１所定期間内の２倍昇圧動作モードにおいてコンデンサＣ２が入力電圧ＶＬ１の印加によって充電されてコンデンサＣ２の両端電圧はＶＬ１に等しくなり、第２所定期間内の３倍昇圧用第２工程においてコンデンサＣ２への印加電圧は入力電圧ＶＬ１の２倍の電圧ＶＬ１＋ＶＬ１となる。また、第１所定期間内の２倍昇圧用第２工程においてコンデンサＣ３への電圧ＶＬ１＋ＶＬ１の印加によってコンデンサＣ３の両端電圧は入力電圧ＶＬ１の２倍の２ＶＬ１に等しくなり、第２所定期間内の３倍昇圧用第４工程においてコンデンサＣ３への印加電圧は入力電圧の３倍の電圧３ＶＬ１に等しくなる。また、第１所定期間内の２倍昇圧用第２工程においてコンデンサＣ４への電圧ＶＬ１＋ＶＬ１の印加によってコンデンサＣ４の両端電圧は入力電圧ＶＬ１の２倍の２ＶＬ１に等しくなり、第２所定期間内の３倍昇圧用第４工程においてコンデンサＣ４への印加電圧は入力電圧の３倍の電圧３ＶＬ１に等しくなり、第２所定期間後の４倍昇圧用第６工程においてコンデンサＣ４への印加電圧は入力電圧の４倍の電圧４ＶＬ１に等しくなる。すなわち、コンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４各々の両端電圧は段階的に上昇する。よって、昇圧動作開始時にコンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４各々に流れ込むピーク電流を従来の昇圧回路よりも抑えることができ、これにより、入力電圧のレベル低下を招くことなく入力電圧を３倍電圧に昇圧することができる。

なお、上記した実施例においては、本発明を適用した３倍昇圧回路及び４倍昇圧回路を示したが、それらに限らず、本発明は入力電圧を３以上の整数倍の電圧に昇圧する昇圧回路に適用することができる。例えば、５倍昇圧回路の場合にも上記したように２倍昇圧動作モード、３倍昇圧動作モード、４倍昇圧動作モード、５倍昇圧動作モードの順に段階的に昇圧する構成にすれば良い。

また、上記した各実施例においては、入力電圧が供給される接続端子Ａ１と接続端子ＡＧとの間にコンデンサＣ１が接続されているが、これは本発明において必須ではない。電源電圧である電圧ＶＬ１を供給する図示しない電源（バッテリを含む）の出力がそれらの接続端子Ａ１，ＡＧに接続されるだけでも良い。

Claims

入力電圧を３以上の整数倍の電圧に昇圧するチャージポンプ型の昇圧回路であって、
前記入力電圧を第１コンデンサに印加する充電手段と、
昇圧動作開始からの第１所定期間内において前記入力電圧を第２コンデンサに印加しつつ前記入力電圧と前記第１コンデンサの両端電圧との加算電圧を出力コンデンサに印加する２倍昇圧手段と、
前記第１所定期間の終了後、前記入力電圧と前記第１コンデンサの両端電圧との加算電圧を前記第２コンデンサに印加する工程と、前記第１コンデンサの両端電圧と前記第２コンデンサの両端電圧との加算電圧を前記出力コンデンサに印加する工程とをその順番で繰り返す３倍昇圧手段と、を備えることを特徴とする昇圧回路。
前記第１所定期間内においては、前記充電手段による前記入力電圧の前記第１コンデンサへの印加を実行する２倍昇圧用第１工程と、前記２倍昇圧手段による前記入力電圧と前記第１コンデンサの両端電圧との加算電圧の前記出力コンデンサへの印加を実行する２倍昇圧用第２工程とをその順番で繰り返し、前記２倍昇圧用第１工程及び前記２倍昇圧用第２工程に亘って前記２倍昇圧手段による前記入力電圧の前記第２コンデンサへの印加を実行し、
前記第１所定期間の終了後においては、前記充電手段による前記入力電圧の前記第１コンデンサへの印加を実行する３倍昇圧用第１工程と、前記３倍昇圧手段による前記入力電圧と前記第１コンデンサの両端電圧との加算電圧を前記第２コンデンサに印加する３倍昇圧用第２工程と、前記充電手段による前記入力電圧の前記第１コンデンサへの印加を実行する３倍昇圧用第３工程と、前記３倍昇圧手段による前記第１コンデンサの両端電圧と前記第２コンデンサの両端電圧との加算電圧を前記出力コンデンサに印加する３倍昇圧用第４工程とをその順番で繰り返すことを特徴とする請求項１記載の昇圧回路。
一端が前記入力電圧の非基準電位側入力端子に接続され、他端が前記第１コンデンサの一方の端子に接続され、前記２倍昇圧用第１工程、前記３倍昇圧用第１工程及び前記３倍昇圧用第３工程でオンとなり、前記２倍昇圧用第２工程、前記３倍昇圧用第２工程及び前記３倍昇圧用第４工程でオフとなる第１スイッチ素子Ａと、
一端が前記入力電圧の基準電位側入力端子に接続され、他端が前記第１コンデンサの他方の端子に接続され、前記２倍昇圧用第１工程、前記３倍昇圧用第１工程及び前記３倍昇圧用第３工程でオンとなり、前記２倍昇圧用第２工程、前記３倍昇圧用第２工程及び前記３倍昇圧用第４工程でオフとなる第１スイッチ素子Ｂと、
一端が前記第２コンデンサの一方の端子に接続され、他端が前記第１コンデンサの一方の端子に接続され、前記３倍昇圧用第２工程でオンとなり、前記第１所定期間、前記３倍昇圧用第１工程、前記３倍昇圧用第３程及び前記３倍昇圧用第４工程でオフとなる第２スイッチ素子Ａと、
一端が前記入力電圧の非基準電位側入力端子に接続され、他端が前記第１コンデンサの他方の端子に接続され、前記３倍昇圧用第２工程でオンとなり、前記第１所定期間、前記３倍昇圧用第１工程、前記３倍昇圧用第３程及び前記３倍昇圧用第４工程でオフとなる第２スイッチ素子Ｂと、
一端が前記第出力コンデンサの一方の端子に接続され、他端が前記第１コンデンサの一方の端子に接続され、前記２倍昇圧用第２工程及び前記３倍昇圧用第４工程でオンとなり、前記２倍昇圧用第１工程、前記３倍昇圧用第１工程、前記３倍昇圧用第２程及び前記３倍昇圧用第３工程でオフとなる第３スイッチ素子Ａと、
一端が前記第２コンデンサの一方の端子に接続され、他端が前記第１コンデンサの他方の端子に接続され、前記２倍昇圧用第２工程及び前記３倍昇圧用第４工程でオンとなり、前記２倍昇圧用第１工程、前記３倍昇圧用第１工程、前記３倍昇圧用第２程及び前記３倍昇圧用第３工程でオフとなる第３スイッチ素子Ｂと、
一端が前記入力電圧の非基準電位側入力端子に接続され、他端が前記第２コンデンサの一方の入力端子に接続され、前記第１所定期間にオンとなり、前記第１所定期間の終了後にオフとなる第４スイッチ素子と、を備え、
前記充電手段は、前記第１スイッチ素子Ａ及び前記第１スイッチ素子Ｂによって構成され、
前記２倍昇圧手段は、前記第３スイッチ素子Ａ、前記第３スイッチ素子Ｂ及び第４スイッチ素子によって構成され、
前記３倍昇圧手段は、前記第２スイッチ素子Ａ、前記第２スイッチ素子Ｂ、前記第３スイッチ素子Ａ及び前記第３スイッチ素子Ｂによって構成されることを特徴とする請求項２記載の昇圧回路。
前記第１スイッチ素子Ａ、前記第１スイッチ素子Ｂ、前記第２スイッチ素子Ａ、前記第２スイッチ素子Ｂ、前記第３スイッチ素子Ａ、前記第３スイッチ素子Ｂ及び第４スイッチ素子はオンオフの切り替えをクロックに応じて行うことを特徴とする請求項３記載の昇圧回路。
前記第１スイッチ素子Ａ、前記第１スイッチ素子Ｂ、前記第２スイッチ素子Ａ、前記第２スイッチ素子Ｂ、前記第３スイッチ素子Ａ、前記第３スイッチ素子Ｂ及び第４スイッチ素子は半導体集積回路内に形成され、前記第１コンデンサ、前記第２コンデンサ及び前記出力コンデンサは前記半導体集積回路に外部接続されることを特徴とする請求項３記載の昇圧回路。
前記入力電圧が常時印加される入力コンデンサが前記非基準電位側入力端子と前記基準電位側入力端子との間に設けられていることを特徴とする請求項３記載の昇圧回路。
前記３倍昇圧手段は、前記第１所定期間の終了時からの第２所定期間内において、前記入力電圧と前記第１コンデンサの両端電圧との加算電圧を前記第２コンデンサに印加する工程と、前記第１コンデンサの両端電圧と前記第２コンデンサの両端電圧との加算電圧を前記出力コンデンサ及び第３コンデンサに印加する工程とをその順番で繰り返し、
前記第２所定期間の終了後、前記入力電圧と前記第１コンデンサの両端電圧との加算電圧を前記第２コンデンサに印加する工程と、前記第１コンデンサの両端電圧と前記第２コンデンサの両端電圧との加算電圧を前記第３コンデンサに印加する工程と、前記第１コンデンサの両端電圧と前記第３コンデンサの両端電圧との加算電圧を前記出力コンデンサに印加する工程と、をその順番で繰り返す４倍昇圧手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の昇圧回路。
入力電圧を３以上の整数倍の電圧に昇圧する昇圧方法であって、
昇圧動作開始からの第１所定期間内において前記入力電圧を第１コンデンサに印加した後に前記入力電圧と前記第１コンデンサの両端電圧との加算電圧を出力コンデンサに印加する２倍昇圧ステップと、
前記第１所定期間の終了後、前記入力電圧を第１コンデンサに印加した後に前記入力電圧と当該第１コンデンサの両端電圧との加算電圧を第２コンデンサに印加する第１印加工程と、前記入力電圧を第１コンデンサに印加した後に当該第１コンデンサの両端電圧と前記第２コンデンサの両端電圧との加算電圧を前記出力コンデンサに印加する第２印加工程と、をその順番で繰り返す３倍昇圧ステップと、を備えることを特徴とする昇圧方法。