JP5802001B2 - チャージポンプ適応倍率回路 - Google Patents

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本発明は、チャージポンプ適応倍率回路に関し、特に、低損失化されたチャージポンプ適応倍率回路に関する。
チャージポンプ回路は、携帯電話、スマートフォン、PDA、ポータブル・メディア・プレーヤー、デジタルカメラ、無線LANなどのモバイル製品の電源装置などに広く適用されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。
特開2010−161873号公報 特開2009−124826号公報
従来のチャージポンプ回路では、チャージポンプの倍率が一定のため、損失が大きい。
本発明の目的は、入出力電圧の倍率を可変にすることにより、低損失化されたチャージポンプ適応倍率回路を提供することにある。
一態様によれば、入力電圧を供給する入力端子に接続され、チャージポンプ出力端子にチャージポンプ出力電圧を供給するチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ出力端子に接続され、レギュレータ出力端子にレギュレータ出力電圧を供給するレギュレータと、前記チャージポンプ出力端子に接続され、前記チャージポンプ出力電圧をモニターして、前記チャージポンプ回路に適応倍率を調整するための第1フィードバック信号を供給する第1検出回路と、前記入力端子に接続され、前記入力電圧をモニターする第2検出回路と、前記第1検出回路と前記第2検出回路との間に接続され、前記第1検出回路と前記第2検出回路の検出結果を比較して、前記チャージポンプ回路に適応倍率を調整するための第2フィードバック信号を供給する論理回路と、を備え、前記チャージポンプ出力電圧が低下して、前記チャージポンプ出力電圧が前記レギュレータ出力電圧と等しくなるとき、前記チャージポンプ回路の適応倍率を引き上げるチャージポンプ適応倍率回路が提供される。
本発明によれば、入出力電圧の倍率を可変にすることより、低損失化されたチャージポンプ適応倍率回路を提供することができる。
第1の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路の模式的ブロック構成図。 比較例に係るチャージポンプ適応倍率回路の入出力特性における損失の説明図。 第1の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路の入出力特性における損失の説明図。 第1の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路のチャージポンプの倍率可変動作による効率特性の説明図。 第2の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路の模式的ブロック構成図。 第3の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路の模式的ブロック構成図。 第4の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路の模式的ブロック構成図。 第5の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路の模式的ブロック構成図。 第5の実施の形態の変形例1に係るチャージポンプ適応倍率回路の模式的ブロック構成図。 第5の実施の形態の変形例2に係るチャージポンプ適応倍率回路の模式的ブロック構成図。
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各回路素子の平面寸法の関係、配置、大きさ等は現実のものとは異なることに留意すべきである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各回路素子の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1は、図1に示すように、入力電圧VINを供給する入力端子Piに接続され、チャージポンプ出力端子PCPOにチャージポンプ出力電圧VCPOを供給するチャージポンプ回路10と、チャージポンプ出力端子PCPOに接続され、レギュレータ出力端子PLDOにレギュレータ出力電圧VLDOを供給するレギュレータ12とを備え、チャージポンプ回路10の適応倍率を調整する。
ここで、第1の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1においては、チャージポンプ回路10の適応倍率を、入力電圧VINの値に応じて、例えば、1倍から2倍に、或いは、2倍から1倍に切り替えることによって、適応倍率を調整することができる。
入力電圧VINを供給する入力端子Piには、入力キャパシタCiが接続されている。チャージポンプ回路10のキャパシタ端子P1・P2間には、充電用キャパシタC1が接続されている。チャージポンプ出力端子PCPOには、出力キャパシタCO1が接続され、レギュレータ出力端子PLDOには、出力キャパシタCO2が接続されている。
チャージポンプ出力端子PCPOにおける負荷が重い場合には、チャージポンプ回路10の適応倍率を、例えば、1倍から2倍に切り替える動作を早期に実行する。また、チャージポンプ出力端子PCPOにおける負荷が軽い場合には、チャージポンプ回路10の適応倍率を、例えば、1倍に保持する時間を長くすれば良い。
比較例に係るチャージポンプ回路の入出力特性における損失は、図2に示すように表される。
図2において、VCPO=VIN×2で表される実線は、チャージポンプの倍率が2倍に相当する。一方、VCPO=VIN×1で表される破線は、チャージポンプの倍率が1倍に相当する。ここで、チャージポンプ回路10の閾値電圧をVthとすると、比較例のチャージポンプ回路では、チャージポンプの倍率が一定のため、斜線部Qで示される部分が損失となる。
図2において、チャージポンプ回路10の入出力特性と、レギュレータ12の入出力特性が交差するとき、入力電圧VINは、交差電圧Vpの値に等しい。すなわち、交差電圧Vpは、チャージポンプ出力電圧VCPOがレギュレータ出力電圧VLDOに等しくなる入力電圧VINである。
第1の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1の入出力特性における損失は、図3に示すように表される。すなわち、第1の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1では、斜線部Pで示される部分が損失となる。
図3において、入力電圧VINが、交差電圧Vpの値に等しい時、チャージポンプ回路10の入出力特性と、レギュレータ12の入出力特性が交差する。領域A(適応倍率が2倍の範囲)は、VCPO=VIN×2の実線で表される。一方、領域B(適応倍率が2倍の範囲)は、VCPO=VIN×1の実線で表される。
チャージポンプ回路10の閾値電圧をVthとすると、第1の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1では、チャージポンプの倍率を、入力電圧VINが交差電圧Vpの値に等しい時に、2倍から1倍、若しくは1倍から2倍に切り替えるため、斜線部Qよりも小さな斜線部Pで示される部分が損失となる。
すなわち、図2と図3を比較すると、第1の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1においては、比較例に比べ、斜線部Qと斜線部Pの差分の損失が低減化される。
第1の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1においては、チャージポンプ出力端子PCPOにおけるチャージポンプ出力電圧VCPOが低下して、VCPO=VLDOに等しくなる入力電圧VIN=Vpを検出すると、チャージポンプ回路10の適応倍率を1倍から2倍に切り替えるという動作を行う。
逆に、チャージポンプ出力端子PCPOにおけるチャージポンプ出力電圧VCPOが上昇して、VCPO=VLDOに等しくなる入力電圧VIN=Vpを検出すると、チャージポンプ回路10の適応倍率を2倍から1倍に切り替えるという動作を行う。
第1の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1のチャージポンプの倍率可変動作による効率特性は図4に示すように表される。図4においては、入力電圧VINと効率φとの関係が示されている。
入力電圧VINが交差電圧Vpよりも大きい場合には、チャージポンプ回路10の適応倍率は、1倍である。入力電圧VINが、領域B(適応倍率が1倍の範囲)内で、入力電圧Vi1から次第に低下して、閾値電圧Vthを超えて、交差電圧Vpに到達した段階で、チャージポンプ回路10の適応倍率を2倍に切り替えると、実線で示されるように、入力電圧VIN=Vpで、効率φ=φpとなるため、効率φの高い所での切り替えを実行することができる。一方、入力電圧VINが、領域B(適応倍率が1倍の範囲)内で、入力電圧Vi1から次第に低下して、閾値電圧Vthに到達した段階で、チャージポンプ回路10の適応倍率を2倍に切り替えると、破線で示されるように、入力電圧VIN=Vthで、効率φ=φ0となるため、効率φの低い所で切り替えを実行することになり、図4に示される斜線部分が、非効率な動作領域となる。
同様に、入力電圧VINが交差電圧Vpよりも小さい場合には、チャージポンプ回路10の適応倍率は、2倍である。入力電圧VINが、領域A(適応倍率が2倍の範囲)内で、入力電圧VIN が次第に上昇して、交差電圧Vpに到達した段階で、チャージポンプ回路10の適応倍率を1倍に切り替えると、実線で示されるように、入力電圧VIN=Vpで、効率φ=φpとなるため、効率φの高い所での切り替えを実行することができる。一方、入力電圧VINが、領域B(適応倍率が1倍の範囲)内で、閾値電圧Vthに到達した段階で、チャージポンプ回路10の適応倍率を1倍に切り替えると、破線で示されるように、入力電圧VIN=Vthで、効率φ=φ0となるため、効率φの低い所で切り替えを実行することになり、図4に示される斜線部分が、非効率な動作領域となる。
第1の実施の形態によれば、入出力電圧の倍率を可変にすることより、低損失化されたチャージポンプ適応倍率回路を提供することができる。
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1は、図5に示すように、チャージポンプ出力端子PCPOに接続され、チャージポンプ出力電圧VCPOをモニターして、チャージポンプ回路10に適応倍率を調整するためのフィードバック信号Sf1を供給する検出回路14を備える。その他の構成および動作は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
第2の実施の形態によれば、チャージポンプ出力電圧VCPOの検出結果に基づいて、入出力電圧の倍率を可変にすることより、低損失化されたチャージポンプ適応倍率回路を提供することができる。
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1は、図6に示すように、チャージポンプ出力端子PCPOに接続され、チャージポンプ出力電圧VCPOをモニターする検出回路14と、入力端子Piに接続され、入力電圧VINをモニターする検出回路16と、検出回路14と検出回路16との間に接続され、検出回路14と検出回路16の検出結果を比較して、チャージポンプ回路10に適応倍率を調整するためのフィードバック信号Sf2を供給する論理回路18とを備える。
第3の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1においては、論理回路18内に、予め、検出回路14と検出回路16の検出結果にも基づいて、チャージポンプ回路10の適応倍率を変化させるためのフィードバック信号Sf2をプログラムしておくとができる。その他の構成および動作は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
第3の実施の形態によれば、入力電圧VINとチャージポンプ出力電圧VCPOとの検出結果を比較して、入出力電圧の倍率を可変にすることにより、低損失化されたチャージポンプ適応倍率回路を提供することができる。
(第4の実施の形態)
第4の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1は、図7に示すように、レギュレータ出力端子PLDOに接続され、レギュレータ出力電圧VLDOのAC成分をモニターして、チャージポンプ回路10に適応倍率を調整するためのフィードバック信号Sf3を供給する検出回路20を備える。
検出回路20においては、レギュレータ出力端子PLDOの負荷電流によって変化するレギュレータ出力電圧VLDOの変動を、AC的な電流パルスとして検出する。検出回路20は、この検出結果に基づいて、チャージポンプ回路10に適応倍率を調整するためのフィードバック信号Sf3を出力、チャージポンプ回路10の適応倍率を、例えば、1倍から2倍、若しくは2倍から1倍へと変化させることができる。その他の構成および動作は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
第4の実施の形態によれば、レギュレータ出力電圧VLDOのAC成分の検出結果に基づいて、入出力電圧の倍率を可変にすることにより、低損失化されたチャージポンプ適応倍率回路を提供することができる。
(第5の実施の形態)
第5の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1は、図8に示すように、入力電圧VINを供給する入力端子Piに接続されたスイッチS1,S2と、スイッチS1,S2によって切り替え可能な第1チャージポンプユニット10aおよび第2チャージポンプユニット10bとを有し、チャージポンプ出力端子PCPOに第1チャージポンプユニット10a若しくは第2チャージポンプユニット10bのいずれかのチャージポンプ出力電圧VCPOを供給するチャージポンプ回路10と、チャージポンプ出力端子PCPOに接続され、レギュレータ出力端子PLDOにレギュレータ出力電圧VLDOを供給するレギュレータ12と、第2チャージポンプユニット10bにオン/オフ信号を供給する発振器24とを備え、チャージポンプ回路10の適応倍率を調整する。
また、チャージポンプ出力端子PCPOに接続され、チャージポンプ出力電圧VCPOをモニターして、チャージポンプ回路10に適応倍率を調整するためのフィードバック信号Sf1を供給する検出回路14を備えていても良い。ここで、フィードバック信号Sf1は、発振器24に供給されると共に、スイッチS1,S2にも供給される。
また、例えば、第1チャージポンプユニット10aは適応倍率1で動作可能であり、第2チャージポンプユニット10bは適応倍率2で動作可能である。
適応倍率1の動作時は、発振器24は、第2チャージポンプユニット10bにオフ信号を供給すると共に、スイッチS1により、入力端子Piを第1チャージポンプユニット10aに接続する。すなわち、適応倍率1の動作時は、第1チャージポンプユニット10aのみが動作し、第2チャージポンプユニット10bは、動作しない。この時、第1チャージポンプユニット10aチャージポンプ出力端子PCPOには、第1チャージポンプユニット10aによって、入力電圧VINに等しいチャージポンプ出力電圧VCPO=VIN×1が供給される。
一方、適応倍率2の動作時は、発振器24は、第2チャージポンプユニット10bにオン信号を供給すると共に、スイッチS2により、入力端子Piを第2チャージポンプユニット10bに接続する。すなわち、適応倍率2の動作時は、第2チャージポンプユニット10bのみが動作し、第1チャージポンプユニット10aは、動作しない。この時、チャージポンプ出力端子PCPOには、第2チャージポンプユニット10bによって、入力電圧VINの2倍に等しいチャージポンプ出力電圧VCPO=VIN×2が供給される。
その他の構成および動作は、第1および第2の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
第5の実施の形態によれば、チャージポンプ出力電圧VCPOの検出結果に基づいて、入出力電圧の倍率を可変にすることより、低損失化されたチャージポンプ適応倍率回路を提供することができる。
(変形例1)
第5の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1には、図6に示された第3の実施の形態と同様の構成も適用可能である。
第5の実施の形態の変形例1に係るチャージポンプ適応倍率回路1は、図9に示すように、チャージポンプ出力端子PCPOに接続され、チャージポンプ出力電圧VCPOをモニターする検出回路14と、入力端子Piに接続され、入力電圧VINをモニターする検出回路16と、検出回路14と検出回路16との間に接続され、検出回路14と検出回路16の検出結果を比較して、チャージポンプ回路10に適応倍率を調整するためのフィードバック信号Sf2を供給する論理回路18とを備える。
第5の実施の形態の変形例1に係るチャージポンプ適応倍率回路1においては、第3の実施の形態と同様に、論理回路18内に、予め、検出回路14と検出回路16の検出結果にも基づいて、チャージポンプ回路10の適応倍率を変化させるためのフィードバック信号Sf2をプログラムしておくとができる。その他の構成は、第5の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
第5の実施の形態の変形例1によれば、入力電圧VINとチャージポンプ出力電圧VCPOとの検出結果を比較して、入出力電圧の倍率を可変にすることにより、低損失化されたチャージポンプ適応倍率回路を提供することができる。
(変形例2)
第5の実施の形態に係るチャージポンプ適応倍率回路1には、図7に示された第4の実施の形態と同様の構成も適用可能である。
第5の実施の形態の変形例2に係るチャージポンプ適応倍率回路1は、図10に示すように、レギュレータ出力端子PLDOに接続され、レギュレータ出力電圧VLDOのAC成分をモニターして、チャージポンプ回路10に適応倍率を調整するためのフィードバック信号Sf3を供給する検出回路20を備える。
第5の実施の形態の変形例2に係るチャージポンプ適応倍率回路1においては、第4の実施の形態と同様に、検出回路20において、レギュレータ出力端子PLDOの負荷電流によって変化するレギュレータ出力電圧VLDOの変動を、AC的な電流パルスとして検出する。検出回路20は、この検出結果に基づいて、チャージポンプ回路10に適応倍率を調整するためのフィードバック信号Sf3を出力し、チャージポンプ回路10の適応倍率を、例えば、1倍から2倍、若しくは2倍から1倍へと変化させることができる。その他の構成は、第5の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
第5の実施の形態の変形例2によれば、レギュレータ出力電圧VLDOのAC成分の検出結果に基づいて、入出力電圧の倍率を可変にすることにより、低損失化されたチャージポンプ適応倍率回路を提供することができる。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、入出力電圧の倍率を可変にすることより、低損失化されたチャージポンプ適応倍率回路を提供することができる。
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は第1〜第5の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
本発明のチャージポンプ適応倍率回路は、携帯電話、スマートフォン、PDA、ポータブル・メディア・プレーヤー、デジタルカメラ、無線LANなどのモバイル製品の電源に適用可能である。
1…チャージポンプ適応倍率回路
10…チャージポンプ回路
10a…第1チャージポンプユニット
10b…第2チャージポンプユニット
12…レギュレータ
14、16、20、22…検出回路
18…論理回路
24…発振器
IN ,Vi1…入力電圧
CPO…チャージポンプ出力電圧
LDO…レギュレータ出力電圧
th…閾値電圧
p…交差電圧
φ,φp,φ0…効率
i…入力キャパシタ
1…充電用キャパシタ
O1、CO2…出力キャパシタ
i…入力端子
1,P2…キャパシタ端子
CPO…チャージポンプ出力端子
LDO…レギュレータ出力端子

Claims (7)

  1. 入力電圧を供給する入力端子に接続され、チャージポンプ出力端子にチャージポンプ出力電圧を供給するチャージポンプ回路と、
    前記チャージポンプ出力端子に接続され、レギュレータ出力端子にレギュレータ出力電圧を供給するレギュレータと、
    前記チャージポンプ出力端子に接続され、前記チャージポンプ出力電圧をモニターして、前記チャージポンプ回路に適応倍率を調整するための第1フィードバック信号を供給する第1検出回路と、
    前記入力端子に接続され、前記入力電圧をモニターする第2検出回路と、
    前記第1検出回路と前記第2検出回路との間に接続され、前記第1検出回路と前記第2検出回路の検出結果を比較して、前記チャージポンプ回路に適応倍率を調整するための第2フィードバック信号を供給する論理回路と、
    を備え、
    前記チャージポンプ出力電圧が低下して、前記チャージポンプ出力電圧が前記レギュレータ出力電圧と等しくなるとき、前記チャージポンプ回路の適応倍率を引き上げることを特徴とするチャージポンプ適応倍率回路。
  2. 前記レギュレータ出力端子に接続され、前記レギュレータ出力電圧の電流パルスをモニターして、前記チャージポンプ回路に適応倍率を調整するための第3フィードバック信号を供給する第3検出回路を備えることを特徴とする請求項1に記載のチャージポンプ適応倍率回路。
  3. 入力電圧を供給する入力端子に接続されたスイッチと、前記スイッチによって切り替え可能な第1チャージポンプユニットおよび第2チャージポンプユニットとを有し、チャージポンプ出力端子に前記第1チャージポンプユニット若しくは前記第2チャージポンプユニットのいずれかのチャージポンプ出力電圧を供給するチャージポンプ回路と、
    前記チャージポンプ出力端子に接続され、レギュレータ出力端子にレギュレータ出力電圧を供給するレギュレータと、
    前記第2チャージポンプユニットにオン/オフ信号を供給する発振器と前記チャージポンプ出力端子に接続され、前記チャージポンプ出力電圧をモニターして、前記チャージポンプ回路に適応倍率を調整するための第1フィードバック信号を供給する第1検出回路と、
    前記入力端子に接続され、前記入力電圧をモニターする第2検出回路と、
    前記第1検出回路と前記第2検出回路との間に接続され、前記第1検出回路と前記第2検出回路の検出結果を比較して、前記チャージポンプ回路に適応倍率を調整するための第2フィードバック信号を供給する論理回路と、
    を備え、
    前記チャージポンプ出力電圧が低下して、前記チャージポンプ出力電圧が前記レギュレータ出力電圧と等しくなるとき、前記第1チャージポンプ回路を動作させず、前記第2チャージポンプ回路のみを動作させることを特徴とするチャージポンプ適応倍率回路。
  4. 前記レギュレータ出力端子に接続され、前記レギュレータ出力電圧の電流パルスをモニターして、前記チャージポンプ回路に適応倍率を調整するための第3フィードバック信号を供給する第3検出回路を備えることを特徴とする請求項3に記載のチャージポンプ適応倍率回路。
  5. 前記第1チャージポンプユニットは適応倍率1で動作可能であり、前記第2チャージポンプユニットは適応倍率2で動作可能であることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のチャージポンプ適応倍率回路。
  6. 適応倍率1の動作時は、前記発振器は、前記第2チャージポンプユニットにオフ信号を供給すると共に、前記スイッチは、前記入力端子を前記第1チャージポンプユニットに接続することを特徴とする請求項5に記載のチャージポンプ適応倍率回路。
  7. 適応倍率2の動作時は、前記発振器は、前記第2チャージポンプユニットにオン信号を供給すると共に、前記スイッチは、前記入力端子を前記第2チャージポンプユニットに接続することを特徴とする請求項5に記載のチャージポンプ適応倍率回路。
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