JPH09238463A - チャージポンプ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチに対する制御が容易であるとともに
昇圧効率の良いチャージポンプ回路を得る。 【解決手段】 第１コンデンサＣ１と、第２コンデンサ
Ｃ２と、第１及び第２のトランジスタスイッチの開閉を
制御し前記第１コンデンサの充放電を行わせる第１の制
御信号と、第３及び第４のトランジスタスイッチの開閉
を制御し前記第２コンデンサの充放電を行わせる第２の
制御信号とを発生する制御回路（５１、５２、５３）
と、前記第１の制御信号及び又は前記第２の制御信号に
応じて第２のトランジスタスイッチ及び又は第４のトラ
ンジスタスイッチにベース電流を供給する電流供給回路
（７０、７１）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンデンサを用い
て電圧を昇圧するチャージポンプ回路に関するもので、
特にスイッチに対する制御が容易に行えるとともに効率
良く昇圧できるチャージポンプ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平５−２４４７６６号に記載される
ようにコンデンサとスイッチを用いて電圧を昇圧するチ
ャージポンプ回路が知られている。図２は前記チャージ
ポンプ回路を示す回路図で、端子（１０）に電源電圧
（＋ＶCC）が印加されコンデンサＣ１、Ｃ２に充電され
る。コンデンサＣ１、Ｃ２に対する充放電は、制御信号
ＰA乃至ＰDによりスイッチＳ１乃至Ｓ４が開閉して制御
される。制御回路（１４）は、発振器（１６）と、分周
器（２０）と、インバーター（１８）（２２）を備え制
御信号ＰA乃至ＰDを発生する。

【０００３】図３（Ａ）乃至（Ｄ）は、スイッチＳ１乃
至Ｓ４の開閉状態を示す。図３（Ａ）乃至（Ｄ）におい
て、「Ｈ」はスイッチが閉じたときであり、「Ｌ」はス
イッチが開いた時である。図３の時刻ｔ１において、ス
イッチＳ１乃至Ｓ４が図示（図３）の開閉状態であると
する。すると、コンデンサＣ１は端子（１０）からの電
源電圧（＋ＶCC）に充電される。この時、コンデンサＣ
２は、すでに１サイクル前の動作により＋２ＶCCに充電
されている。

【０００４】次に図３の時刻ｔ２において、スイッチＳ
１乃至Ｓ４が図示の開閉状態であるとする。すると、コ
ンデンサＣ１とＣ２の充電電圧の和により、＋３ＶCCの
電圧がコンデンサＣ２のプラス側に生ずる。更に、図３
の時刻ｔ３において、スイッチＳ１乃至Ｓ４が図示の開
閉状態であるとする。すると、コンデンサＣ１のプラス
側の電圧が＋２ＶCCとなる。そのため、コンデンサＣ２
は＋２ＶCCに充電される。

【０００５】そして、図３の時刻ｔ４において、スイッ
チＳ１乃至Ｓ４が図示の開閉状態であるとする。する
と、コンデンサＣ２のプラス側の電圧が＋４ＶCCとな
り、コンデンサＣ０のプラス側の電圧が＋４ＶCCとな
る。それ故、コンデンサＣ１の＋側−側の電圧は、図３
（Ｅ）のようになり、コンデンサＣ２の＋側−側の電圧
は、図３（Ｆ）のようになり、コンデンサＣ０の＋側の
電圧は、図３（Ｇ）のようになる。

【０００６】従って、図２の回路によれば、電源電圧
（＋ＶCC）を４倍に昇圧することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２の
回路ではスイッチＳ１乃至Ｓ４の開閉作業が複雑になる
という問題があった。図２の回路では、図３に示される
ようにコンデンサＣ１側に印加される制御信号（ＰA、
ＰB）と、コンデンサＣ２側に印加される制御信号（Ｐ
C、ＰD）との周波数差が２倍の関係となっており、スイ
ッチＳ３及びＳ４の動作をスイッチＳ１及びＳ２の１動
作周期あたり２回動作させる必要があった。このため、
スイッチの切り替え動作が複雑になるだけでなく、図２
の制御回路（１４）内に素子数を多く必要とする発振器
（１６）や分周器（２０）が必要になり、素子数が増加
してしまう、という問題があった。

【０００８】このため、電源電圧（＋ＶCC）を４倍に昇
圧する際に、コンデンサの充放電を制御するスイッチの
制御が単純に行えるものが希求されていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の点に鑑
みなされたもので、電圧源に第１の整流手段を介して接
続された一方の電極と、基準電位に第１のトランジスタ
スイッチを介して接続されるとともに第２のトランジス
タスイッチを介して前記電圧源に接続される他方の電極
とを有する第１コンデンサと、該第１コンデンサの前記
一方の電極に第２の整流手段を介して接続された一方の
電極と、基準電位に第３のトランジスタスイッチを介し
て接続されるとともに第４のトランジスタスイッチを介
して前記第１コンデンサの前記一方の電極に接続される
他方の電極とを有する第２コンデンサと、前記第１及び
第２のトランジスタスイッチの開閉を制御し前記第１コ
ンデンサの充放電を行わせる第１の制御信号と、前記第
３及び第４のトランジスタスイッチの開閉を制御し前記
第２コンデンサの充放電を行わせる第２の制御信号とを
発生する制御回路と、前記第１の制御信号及び又は前記
第２の制御信号に応じて前記第２のトランジスタスイッ
チ及び又は前記第４のトランジスタスイッチにベース電
流を供給する電流供給回路とを備えたことを特徴とす
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のチャージポンプ
回路を示すもので、（５０）は電源電圧を抵抗で分圧
し、ＶH,Ｖ２、Ｖ1の３つの電圧を発生する基準電圧発
生回路、（５１）は電圧ＶHに基づいて図４（ａ）の実
線のノコギリ波を発生するノコギリ波発生回路、（５
２）は電圧Ｖ1とノコギリ波発生回路（５１）の出力ノ
コギリ波とをレベル比較し、図４（ｂ）の制御信号を発
生する第１コンパレータ、（５３）は電圧Ｖ2とノコギ
リ波発生回路（５１）の出力ノコギリ波とをレベル比較
し、図４（ｃ）の制御信号を発生する第２コンパレー
タ、（５４）は第１コンパレータ（５２）の制御信号に
応じてオンしコンデンサＣ１の−側をグランドに接続す
る第１トランジスタ、（５５）（５６）は第１コンパレ
ータ（５２）の制御信号に応じて動作しコンデンサＣ１
の−側を電源に接続する第２及び第３トランジスタ、
（５７）は第２コンパレータ（５３）の制御信号に応じ
てオンしコンデンサＣ２の−側をグランドに接続する第
４トランジスタ、（５８）（５９）は第２コンパレータ
（５３）の制御信号に応じて動作しコンデンサＣ２の−
側を電源に接続する第５及び第６トランジスタ、（７
０）は第１コンパレータ（５２）の制御信号に応じて第
３トランジスタ（５６）にベース電流を供給する第１電
流供給回路、（７１）は第２コンパレータ（５３）の制
御信号に応じて第６トランジスタ（５９）にベース電流
を供給する第２電流供給回路である。

【００１１】尚、図１において、図２と同一の回路素子
については同一の符号を付し、説明を省略する。ノコギ
リ波発生回路（５１）は、基準電圧発生回路（５０）か
らの電圧ＶHに基づいて図４（ａ）の出力ノコギリ波を
発生する。そこで、該ノコギリ波の振幅に応じてＶ２、
Ｖ1の２つの電圧を設定し図４（ｂ）（ｃ）の波形を作
成する。

【００１２】図４（ｂ）（ｃ）の波形は、周波数が同じ
でパルス幅が異なる関係となっている。図４の時刻ｔ０
をスタートで考えれば、図４（ｂ）（ｃ）ともに「Ｈ」
レベル（Ｈ：コンデンサを充電動作）でスタートし、先
に図４（ｂ）が「Ｌ」レベル（Ｌ：コンデンサを放電動
作）となる。その後、図４（Ｃ）が「Ｌ」レベルとな
る。

【００１３】即ち、図４（ｂ）（ｃ）の信号は、周波数
が同じで位相がずれた関係となっている。図４（ｂ）
（ｃ）の信号を縮小して記載したのが図５（ａ）（ｂ）
である。図５を用いてコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ０の充
放電動作について説明する。まず、時刻ｔ５では図４
（ｂ）（ｃ）ともに「Ｈ」レベル（Ｈ：コンデンサを充
電動作）となる。すると、第１トランジスタ（５４）及
び第４トランジスタ（５７）がオンする。又、第２トラ
ンジスタ（５５）及び第５トランジスタ（５８）がオン
し、第３トランジスタ（５６）及び第６トランジスタ
（５９）がオフする。その為、端子（１０）からの電源
電圧に応じた電流がダイオードＤ１、コンデンサＣ１、
第１トランジスタ（５４）を介して流れる。

【００１４】同様に、端子（１０）からの電源電圧に応
じた電流がダイオードＤ２、コンデンサＣ２、第４トラ
ンジスタ（５７）を介して流れる。その結果、コンデン
サＣ１及びＣ２には、電源電圧（＋ＶCC）が充電され
る。時刻ｔ６で、第１コンパレータ（５２）の制御信号
が「Ｌ」レベルとなると、第１トランジスタ（５４）が
オフし、第３トランジスタ（５６）がオンする。する
と、コンデンサＣ１のマイナス側の電圧が＋ＶCCとな
り、プラス側が＋２ＶCCとなる。この時、コンデンサＣ
２は、充電状態であるので電圧＋２ＶCCを充電する。

【００１５】次に、時刻ｔ７で、第２コンパレータ（５
３）の制御信号も「Ｌ」レベルとなると、第４トランジ
スタ（５７）がオフし、第６トランジスタ（５９）がオ
ンする。すると、コンデンサＣ２のマイナス側の電圧が
＋２ＶCCとなり、プラス側が＋４ＶCCとなる。従って、
コンデンサＣ０には＋４ＶCCの電圧が充電される。

【００１６】そして、時刻ｔ８になる。この時、コンデ
ンサＣ１の充電電圧は、＋ＶCCであり、コンデンサＣ２
の充電電圧は、＋２ＶCCである。そのため、時刻ｔ５と
同様の初期状態に戻ると、コンデンサＣ１のプラス側の
電圧が＋ＶCC、コンデンサＣ２のプラス側の電圧が＋２
ＶCCとなっている。コンデンサＣ１のプラス側とマイナ
ス側の電圧は、図５（ｄ）となる。コンデンサＣ２のプ
ラス側とマイナス側の電圧は、図５（ｅ）となる。

【００１７】図１の第３トランジスタ（５６）にバイア
スを与える抵抗（７２）は、その抵抗値が大きすぎても
小さすぎても問題となる。例えば、抵抗値が小さいと第
２トランジスタ（５５）がオンした時に大電流が流れて
消費電流が増加してしまう。逆に、抵抗値が大きいと第
２トランジスタ（５５）がオフした時に第３トランジス
タ（５６）に必要なベース電流が流れなくなってしま
う。第３トランジスタ（５６）に必要なベース電流が流
れないと、第３トランジスタ（５６）が完全にオンする
ことができず、第３トランジスタ（５６）のＶCE（コレ
クタ・エミッタ間電圧）が大きくなってしまう。第３ト
ランジスタ（５６）のＶCEが大きくなると、昇圧後の出
力電圧がその分だけ低下することになり、昇圧効果が低
下してしまう。

【００１８】そこで、本発明では第３トランジスタ（５
６）のベース電流を別途、供給する第１電流供給回路
（７０）を設け、第３トランジスタ（５６）を完全にオ
ンさせ、第３トランジスタ（５６）のＶCEをできるだけ
小さくしている。第３トランジスタ（５６）のベース電
流を第１電流供給回路（７０）から供給することで、抵
抗（７２）の抵抗値をその分小さくしたのと同等の効果
となる。そのため、抵抗（７２）を比較的大きな抵抗値
にしても第３トランジスタ（５６）を完全にオンさせる
ことが可能であり、消費電力の増加もない。

【００１９】尚、第２電流供給回路（７１）についても
動作は同様である。図６は、第１電流供給回路（７０）
の具体回路例を示すもので、端子（７４）には図１の第
１コンパレータ（５２）の制御信号が印加される。今、
端子（７４）が「Ｈ」レベルであるとすると第２トラン
ジスタ（５５）がオンする。一方、第１電流供給回路
（７０）内部のトランジスタ（７５）がオンするので、
電流ミラー回路（７６）（７７）が不動作となる。この
ため、抵抗（７２）には電源電圧が加わるようになり、
抵抗（７２）の値を大きく設定すれば消費電力の問題は
ない。

【００２０】次に、端子（７４）が「Ｌ」レベルである
とすると第２トランジスタ（５５）がオフする。一方、
第１電流供給回路（７０）内部のトランジスタ（７５）
がオフするので、電流ミラー回路（７６）（７７）が動
作する。このため、抵抗（７２）からの電流と電流ミラ
ー回路（７７）からの電流とが第３トランジスタ（５
６）のベースに供給される。ここで、第３トランジスタ
（５６）のベース電流の多くは、電流ミラー回路（７
７）から供給されるので十分な電流が存在し、第３トラ
ンジスタ（５６）を完全にオンさせ、第３トランジスタ
（５６）のＶCEをできるだけ小さくできる。

【００２１】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、スイ
ッチの切り替え動作が少なく、少ない素子数で制御が可
能なチャージポンプ回路を提供できる。特に、本発明に
よれば、チャージポンプ回路のスイッチを切り換える制
御信号を作成するのにノコギリ波発生器と該ノコギリ波
発生器の出力信号を基準電圧と比較する複数のコンパレ
ータとで行えるので、少ない素子数で制御が可能であ
る。

【００２２】更に本発明によれば、昇圧した電圧の出力
時にオンするトランジスタスイッチにベース電流を供給
する電流供給回路を設けているので、昇圧効率が良いと
いう利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のチャージポンプ回路を示す回路図であ
る。

【図２】従来のチャージポンプ回路を示す回路図であ
る。

【図３】従来の特性説明をするための波形図である。

【図４】本発明の特性説明をするための波形図である。

【図５】本発明の特性説明をするための波形図である。

【図６】本発明の第１電流供給回路（７０）の具体回路
例を示す回路図である。

【符号の説明】

（Ｃ１） コンデンサ （Ｃ２） コンデンサ （５１） ノコギリ波発生回路 （５２） 第１コンパレータ （５３） 第２コンパレータ （７０） 第１電流供給回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧源に第１の整流手段を介して接続さ
   れた一方の電極と、基準電位に第１のトランジスタスイ
   ッチを介して接続されるとともに第２のトランジスタス
   イッチを介して前記電圧源に接続される他方の電極とを
   有する第１コンデンサと、 該第１コンデンサの前記一方の電極に第２の整流手段を
   介して接続された一方の電極と、基準電位に第３のトラ
   ンジスタスイッチを介して接続されるとともに第４のト
   ランジスタスイッチを介して前記第１コンデンサの前記
   一方の電極に接続される他方の電極とを有する第２コン
   デンサと、 前記第１及び第２のトランジスタスイッチの開閉を制御
   し前記第１コンデンサの充放電を行わせる第１の制御信
   号と、前記第３及び第４のトランジスタスイッチの開閉
   を制御し前記第２コンデンサの充放電を行わせる第２の
   制御信号とを発生する制御回路と、 前記第１の制御信号及び又は前記第２の制御信号に応じ
   て前記第２のトランジスタスイッチ及び又は前記第４の
   トランジスタスイッチにベース電流を供給する電流供給
   回路と、を備えたことを特徴とするチャージポンプ回
   路。
2. 【請求項２】 電圧源に第１の整流手段を介して接続さ
   れた一方の電極と、基準電位に第１のトランジスタスイ
   ッチを介して接続されるとともに第２のトランジスタス
   イッチを介して前記電圧源に接続される他方の電極とを
   有する第１コンデンサと、 該第１コンデンサの前記一方の電極に第２の整流手段を
   介して接続された一方の電極と、基準電位に第３のトラ
   ンジスタスイッチを介して接続されるとともに第４のト
   ランジスタスイッチを介して前記第１コンデンサの前記
   一方の電極に接続される他方の電極とを有する第２コン
   デンサと、 前記第１及び第２のトランジスタスイッチの開閉を制御
   し前記第１コンデンサの充放電を行わせる第１の制御信
   号と、前記第３及び第４のトランジスタスイッチの開閉
   を制御し前記第２コンデンサの充放電を行わせる第２の
   制御信号とを発生する制御回路と、 前記第１の制御信号及び又は前記第２の制御信号に応じ
   て前記第２のトランジスタスイッチ及び又は前記第４の
   トランジスタスイッチにベース電流を供給する電流供給
   回路と、 一端が前記電圧源に接続され他端が前記第２のトランジ
   スタスイッチに接続され前記第２のトランジスタスイッ
   チにバイアスを加える第１の抵抗と、を備えたことを特
   徴とするチャージポンプ回路。
3. 【請求項３】 電圧源に第１の整流手段を介して接続さ
   れた一方の電極と、基準電位に第１のトランジスタスイ
   ッチを介して接続されるとともに第２のトランジスタス
   イッチを介して前記電圧源に接続される他方の電極とを
   有する第１コンデンサと、 該第１コンデンサの前記一方の電極に第２の整流手段を
   介して接続された一方の電極と、基準電位に第３のトラ
   ンジスタスイッチを介して接続されるとともに第４のト
   ランジスタスイッチを介して前記第１コンデンサの前記
   一方の電極に接続される他方の電極とを有する第２コン
   デンサと、 前記第１及び第２のトランジスタスイッチの開閉を制御
   し前記第１コンデンサの充放電を行わせる第１の制御信
   号と、前記第３及び第４のトランジスタスイッチの開閉
   を制御し前記第２コンデンサの充放電を行わせる第２の
   制御信号とを発生する制御回路と、 前記第１の制御信号及び又は前記第２の制御信号に応じ
   て前記第２のトランジスタスイッチ及び又は前記第４の
   トランジスタスイッチにベース電流を供給する電流供給
   回路と、 一端が前記第１コンデンサの前記一方の電極に接続され
   他端が前記第４のトランジスタスイッチに接続され前記
   第４のトランジスタスイッチにバイアスを加える第２の
   抵抗と、を備えたことを特徴とするチャージポンプ回
   路。