WO2006059501A1

WO2006059501A1 - チャージポンプ回路の駆動回路および電源装置ならびに発光装置

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Publication number: WO2006059501A1
Application number: PCT/JP2005/021242
Authority: WO
Inventors: Tomoyuki Ito; Isao Yamamoto
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
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Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2006-06-08
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Abstract

　効率を改善したチャージポンプ回路の駆動回路を提供する。　昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路１０の駆動回路２０において、制御部２４は、チャージポンプ回路１０を制御する。第１発振器２６は、制御部２４によりチャージポンプ回路１０の昇圧動作を制御するために必要な第１周期信号を出力する。第２発振器２８は、周波数が第１周期信号より低く設定される時間測定用の第２周期信号を出力する。制御部２４は、駆動回路２０自身あるいはチャージポンプ回路１０の状態を監視し、所定の状態が所定の時間以上持続したときにチャージポンプ回路１０の昇圧率を切り替える。制御部２４は、チャージポンプ回路１０の昇圧率が１倍より大きいとき第１発振器２６のみをオンし、第１周期信号にもとづいて昇圧動作の制御および時間測定を行う一方、昇圧率が１倍のとき、第２発振器２８のみをオンし、第２周期信号にもとづいて時間測定を行う。

Description

明細書

チャージポンプ回路の駆動回路および電源装置ならびに発光装置技術分野

[0001] 本発明は、チャージポンプ回路を駆動するための駆動回路に関する。

背景技術

[0002] 近年の携帯電話、 PDA (Personal Digital Assistance)等の情報端末は、例えば液晶のバックライトに用いられる発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下 LEDという）を備えている。これらの情報端末では、 Liイオン電池が多く用いられるが、その出力電圧は通常 3. 5V程度であり、満充電時においても 4. 2V程度である。一方、 LEDの駆動に必要な電圧は 4V以上であるため、必要に応じてスイッチングレギユレータ等の電源装置を用いて電池電圧を昇圧し、 LEDに供給する必要がある。

[0003] ここで、特許文献 1に記載されるような昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路を、 LEDを駆動するための電源装置として用いた場合、電池電圧が十分高いときには、昇圧率を 1倍に設定し、電池電圧が低下するにしたがって昇圧率を高くすることにより、 LEDを安定に駆動することができる。

[0004] 特許文献 1 :特開平 6— 78527号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] ここで、昇圧率を 1倍より高く設定し、昇圧動作を行う場合には、チャージポンプ回路のコンデンサの充放電を制御するために 1MHz程度の周波数でスイッチングトランジスタをオンオフさせる必要があり、チャージポンプ回路の制御回路は、このための発振器を内蔵している。し力しながら、チャージポンプ回路の昇圧率を 1倍に設定し、昇圧動作を行わな、場合には、チャージポンプ回路の入出力端子をバイパスすればよぐスイッチングトランジスタをオンオフさせる必要がないため、 1MHzの発振器を動作させておくと、無駄に電力を消費することになる。

[0006] 本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電流を低減し、効率を改善したチャージポンプ回路の駆動回路の提供にある。課題を解決するための手段

[0007] 本発明のある態様はチャージポンプ回路の駆動回路に関する。この駆動回路は、複数の昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路の駆動回路であって、チャージポンプ回路を制御する制御部と、第 1周期信号を出力する第 1発振器と、周波数が第 1周期信号より低く設定される時間測定用の第 2周期信号を出力する第 2発振器と、を備える。制御部は、チャージポンプ回路の昇圧率が 1倍より大きいときは第 1発振器のみをオンし、第 1周期信号にもとづいてチャージポンプ回路の昇圧動作の制御および時間測定を行う一方、チャージポンプ回路の昇圧率が 1倍のときは、第 2発振器のみをオンし、第 2周期信号にもとづいて時間測定を行う。

[0008] すなわち、チャージポンプ回路の駆動回路に発振周波数の異なる 2つの発振器を設け、チャージポンプ回路のスイッチング動作が不要となる昇圧率が 1倍のときには、第 1発振器をオフし、時間測定用に設けられた周波数の低い第 2発振器のみをオンする。発振器の消費電流は、周波数が低いほど小さくなるため、この態様によれば、昇圧率が 1倍のときの消費電流を低減することができ、高効率ィ匕を図ることができる。

[0009] 制御部は、チャージポンプ回路の昇圧率を切り替えるために監視すべき電圧が所定の時間以上にわたり、所定の条件を満たしたとき、チャージポンプ回路の昇圧率を切り替える。制御部は、このときの時間測定を、第 1または第 2周期信号にもとづいて行ってもよい。

昇圧率が 1倍より高いときには、チャージポンプ回路のスイッチング素子のオンオフに使用される周波数の高い第 1周期信号を利用して昇圧率切り替えのための時間測定を行い、昇圧率が 1倍のときには、周波数の低い第 2周期信号を利用して昇圧率切り替えのための時間測定を行うことにより、回路を高効率ィ匕することができる。

[0010] 第 2周期信号の周波数は、制御部において所定の時間を計測するために必要とされる最低周波数より高く設定されてもよい。

第 2周期信号は、制御部において測定すべき時間の長さに応じて、その時間測定に最低限必要な周波数とすることで、第 2発振器の消費電流を低減し、昇圧率 1倍時の効率を改善することができる。

[0011] 第 2周期信号の周波数は、第 1周期信号の周波数の 1Z10以下に設定されてもよい。チャージポンプ回路のスイッチング素子をオンオフするための第 1周期信号の周期時間に対して、第 2周期信号によって測定すべき時間の長さを一桁以上短く設定することによって、第 2発振器の周波数を第 1発振器の周波数の 1Z10以下に設定することができ、昇圧率が 1倍のときの消費電流を低減することができる。

[0012] 本発明の別の態様は、電源装置である。この電源装置は、複数の昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回路を駆動する上述の駆動回路と、を備える。

駆動回路に第 1、第 2発振器を設け、チャージポンプ回路をスイッチング動作させる必要のない昇圧率 1倍時に、周波数の低い第 2発振器のみをオンすることによって電源装置の高効率ィ匕を図ることができる。

[0013] なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。発明の効果

[0014] 本発明に係るチャージポンプ回路の駆動回路によれば、昇圧率が 1倍のときの消費電流を低減し、高効率ィ匕を図ることができる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]本発明の実施の形態に係る駆動回路および発光装置全体を示す図である。

[図 2]図 1のチャージポンプ回路の構成を示す回路図である。

[図 3]図 1の定電流回路および監視回路の構成を示す回路図である。

[図 4]第 1トランジスタである FETの電流電圧特性を示す図である。

[図 5]チャージポンプ回路の入力電圧と、効率の関係を示す図である。

符号の説明

[0016] 10 チャージポンプ回路、 20 駆動回路、 22 定電流回路、 24 制御部、 2 6 第 1発振器、 28 第 2発振器、 30 監視回路、 40 第 1演算増幅器、 52 電圧源、 100 電源装置、 102 入力端子、 104 出力端子、 106 LED端子、 300 発光ダイオード、 1000 発光装置、 Ml 第 1トランジスタ、 R1 第 1抵抗、 M2 第 2トランジスタ、 R2 第 2抵抗。発明を実施するための最良の形態

[0017] 図 1は、本発明の実施の形態に係る発光装置 1000を示す。この発光装置 1000は、発光素子である発光ダイオード 300と、その発光ダイオード 300を駆動するための電源装置 100を含む。発光装置 1000は、電池 500により駆動される情報端末に搭載され、電源装置 100は、電池 500から出力される電池電圧 Vbatを昇圧して発光ダィオードを駆動するために必要な電圧を生成する。発光装置 1000は、たとえば携帯電話端末や PDAなどの電子機器に搭載されるものである。

[0018] 電源装置 100は、入出力端子として、電池電圧 Vbatが入力される入力端子 102、発光ダイオード 300のアノード端子に接続され、電池電圧 Vbatを昇圧した出力電圧 Voutを出力する出力端子 104、発光ダイオード 300の力ソード端子に接続される LE D端子 106を含む。

[0019] 電源装置 100は、チャージポンプ回路 10およびその駆動回路 20を含む。チャージポンプ回路 10には、入力端子 102から入力された電池電圧 Vbatを昇圧し、出力端子 104から出力電圧 Voutを生成する。このチャージポンプ回路 10は、複数の昇圧率が切り替え可能に構成されている。本実施の形態において、昇圧率は 1倍、 1. 5 倍、 2倍の 3通りで切り替えられるものとする。

[0020] 図 2は、チャージポンプ回路 10の構成を示す回路図である。チャージポンプ回路 1 0は、第 1コンデンサ Cl、第 2コンデンサ C2、およびこれらのコンデンサの接続状態を制御するための第 1スィッチ SW1から第 9スィッチ SW9を含む。以下、これらのスィツチを特に区別する必要のないときはスィッチ SWと総称する。第 1コンデンサ C1および第 2コンデンサ C2は容量値が等しく設定され、集積回路の外部に外付けされている。

[0021] 第 1スィッチ SW1から第 9スィッチ SW9は、 N型または P型の電界効果トランジスタ FETによって構成することができ、ゲート端子に印加する電圧によってドレインソース間の導通状態を制御することによりスイッチング素子として動作させることができる。このチャージポンプ回路 10においては、第 1スィッチ SW1から第 9スィッチ SW9のオンオフの状態力駆動回路 20から出力される制御信号 Ventによって切り替えられる。なお、制御信号 Ventは、図 2には図示していないが、第 1スィッチ SW1から第 9スィツチ SW9それぞれへ入力されて!、るものとする。

[0022] チャージポンプ回路 10は、上述のように複数の昇圧率が切り替えられるように構成されている。ここで、チャージポンプ回路 10の昇圧率に応じた動作について説明する。

[0023] 昇圧率が 1倍に設定されるときには、駆動回路 20から出力される駆動信号 Ventによって、第 1スィッチ SW1、第 3スィッチ SW3、第 7スィッチ SW7、第 8スィッチ SW8が定常的にオンされ、その他のスィッチはすべてオフされる。その結果、入力端子 102 と出力端子 104がオンされたスィッチによって導通状態となるため、入力端子 102に印加された電池電圧 Vbatが出力端子 104から出力され、昇圧率が 1倍に設定されることになる。

したがって、昇圧率が 1倍に設定されるときに駆動回路 20から出力される制御信号 Ventは、時間的にオンオフを繰り返すスイッチング信号ではなぐ一定電圧となる。

[0024] 次に、昇圧率が 1. 5倍に設定されるときの動作について説明する。昇圧率が 1より大きいとき、すなわち昇圧動作を行う場合には、チャージポンプ回路 10は、スィッチ S Wの接続状態の異なる第 1期間、第 2期間を繰り返す。

第 1期間においては、第 1スィッチ SW1、第 5スィッチ SW5、第 6スィッチ SW6をォンし、その他のスィッチをすベてオフすることにより、第 1コンデンサ C1および第 2コンデンサ C2を直列に接続し、電池電圧 Vbatで充電する。第 1コンデンサ C1および第 2コンデンサ C2の容量値は等しいため、 2つのコンデンサは、それぞれ電池電圧 Vb atの 1Z2となる VbatZ2で充電される。

[0025] 第 2期間では、第 2スィッチ SW2と第 7スィッチ SW7、第 4スィッチ SW4と第 8スイツチ SW8をオンし、その他のスィッチをすベてオフする。このとき、入力端子 102と出力端子 104間には、第 1コンデンサ Cl、第 2コンデンサ C2が並列に接続される。その結果、出力端子 104からは、入力端子 102に印加された電池電圧 Vbatと、コンデンサの充電電圧の和が出力されることになる。第 1期間において、第 1コンデンサ Cl、第 2コンデンサ C2は電圧 VbatZ2で充電されているため、結局、出力端子 104からは、 Vbat+Vbat/2= 1. 5 X Vbatの電圧が出力される。

このように、チャージポンプ回路 10は、第 1期間と第 2期間を繰り返すことにより電池電圧 Vbatを 1. 5倍して出力する。

[0026] 次に、昇圧率が 2倍に設定されるときの動作について説明する。

第 1期間においては、第 1スィッチ SW1と第 9スィッチ SW9、第 3スィッチ SW3と第 6スィッチ SW6をオンし、その他のスィッチをすベてオフする。第 1コンデンサ C1および第 2コンデンサ C2は、入力端子 102と接地端子 GND間に並列に接続されることになり、それぞれは、電池電圧 Vbatで充電される。

[0027] 第 2期間においては、第 2スィッチ SW2と第 7スィッチ SW7、第 4スィッチ SW4と第 8スィッチ SW8がオンし、他のスィッチはすべてオフされる。その結果、入力端子 102 と出力端子 104間には、第 1コンデンサ Cl、第 2コンデンサ C2が並列に接続される。出力端子 104からは、入力端子 102に印加された電池電圧 Vbatと、コンデンサの充電電圧の和が出力されることになる。第 1期間において、第 1コンデンサ Cl、第 2コンデンサ C2はそれぞれ電池電圧 Vbatで充電されているため、出力端子 104からは、 Vbat + Vbat = 2 X Vbatの電圧が出力される。

このようにチャージポンプ回路 10は、第 1期間と第 2期間を繰り返すことにより、電池電圧 Vbatを 2倍して出力する。

[0028] 図 1に戻る。駆動回路 20は、チャージポンプ回路 10の昇圧率を設定し、昇圧動作、すなわちチャージポンプ回路 10のスィッチ SWの接続状態を制御する。この駆動回路 20は、定電流回路 22、制御部 24、第 1発振器 26、第 2発振器 28、監視回路 30を含む。

[0029] 定電流回路 22は、 LED端子 106を介して発光ダイオード 300の力ソード端子と接続されている。発光ダイオード 300の発光輝度は、発光ダイオード 300に流れる電流 liedによって決まるため、定電流回路 22は、発光ダイオード 300の発光輝度が所望の値となるように、電流 liedを制御する。

[0030] 監視回路 30は、チャージポンプ回路 10の昇圧率を切り替えるために監視すべき電圧として定電流回路 22の両端の電圧を監視する。監視回路 30は、定電流回路 22の両端の電圧と、所定の電圧を比較し、比較結果を制御部 24に出力する。本実施の形態においては、定電流回路 22の両端の電圧は、接地端子と LED端子 106間の電圧に相当する。詳細は後述するが、制御部 24は、監視回路 30からの出力にもとづきチャージポンプ回路 10の昇圧率を切り替える。

[0031] 図 3は、定電流回路 22および監視回路 30の構成を示す回路図である。

定電流回路 22は、第 1トランジスタ Ml、第 1抵抗 Rl、第 1演算増幅器 40を含む。第 1トランジスタ Mlは、 N型の MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field

Effect Transistor)である。第 1トランジスタ Mlおよび第 1抵抗 Rlは、定電流の流れる経路に直列に設けられている。第 1演算増幅器 40の反転入力端子には、第 1 トランジスタ Mlと第 1抵抗 R1の接続点が接続され、電圧 Vrlが帰還入力されている。また、非反転入力端子には、発光ダイオード 300の発光輝度を指示する輝度制御電圧 Veが印加されている。また第 1演算増幅器 40の出力端子は、第 1トランジスタ M 1の制御端子であるゲート端子に接続されている。

[0032] 第 1演算増幅器 40の反転入力端子には、第 1抵抗 R1に印加される電圧 Vrlが帰還されており、反転入力端子と非反転入力端子の電圧が等しくなるように帰還がかかるため、第 1抵抗 R1に印加される電圧は輝度制御電圧 Veに近づくことになる。

第 1抵抗 R1に印加される電圧 Vrlが輝度制御電圧 Veと等しいとき、第 1抵抗 R1には、電流 I=Ve/Rlが流れることになる。この電流 Iは、第 1トランジスタ Mlおよび L ED端子 106を介して発光ダイオード 300から流れる電流 liedに他ならない。

このようにして、定電流回路 22は、輝度制御電圧 Veにもとづく定電流 lied =VeZ Rlを生成し、発光ダイオード 300に流れる電流 liedを制御する。

[0033] ここで、この定電流回路 22が安定に電流を生成するためには、第 1トランジスタ Ml を定電流領域で動作させる必要がある。定電流領域とは、トランジスタが電界効果トランジスタ FETのときには飽和領域を意味し、ノイポーラトランジスタのときには活性領域を意味する。

[0034] LED端子 106の電圧 Viedが低下すると、第 1トランジスタ Mlの両端間の電位差、すなわちドレインソース間電圧が小さくなり、非飽和領域で動作するようになる。非飽和領域においては、ドレインソース間に流れる電流がドレインソース間電圧に依存してしまうため、定電流回路 22が定電流回路として動作しなくなってしまい、発光ダイオード 300の発光輝度を安定させることができなくなる。

[0035] そこで、図 3に示すように、監視回路 30は、 LED端子 106の電圧 Viedが所定のしきい値電圧 Vthを下回らないように監視する。このしきい値電圧 Vthは、第 1トランジスタ Mlが定電流領域 (飽和領域)で動作する範囲で設定されて、る。

この監視回路 30は、電圧比較器 50、しきい値電圧 Vthを出力する電圧源 52を含む。電圧比較器 50には、 LED端子 106の電圧 Viedと、しきい値電圧 Vthが入力されており、 Vied > Vthのときハイレベルを、 Viedく Vthのときローレベルを出力する。この電圧比較器 50の出力 Vsは、制御部 24へと入力されている。

[0036] 制御部 24は、監視回路 30から出力される電圧 Vsがローレベルになった状態、すなわち Vled<Vthとなる状態が所定の時間持続すると、チャージポンプ回路 10の昇圧率を 1段階上昇させる。すなわち、昇圧率が 1倍で動作していたときに、監視回路 3 0から出力される電圧 Vsがローレベルとなると、昇圧率を 1. 5倍に設定する。同様に、 1. 5倍で動作していたときに監視回路 30から出力される電圧 Vsがローレベルとなると、昇圧率を 2倍に設定する。

[0037] その結果、電池 500の放電により電池電圧 Vbatが低下し、それにともなって、発光ダイオード 300の力ソード端子の電圧 Viedが低下した場合にも、昇圧率を適切に切り替えることができる。昇圧率が高く設定されると、出力端子 104から出力される出力電圧 Voutが上昇することになるため、 LED端子 106の電圧 Viedをしきい値電圧 Vt hよりも高くすることができ、定電流回路 22を安定に動作させることができる。

[0038] 電圧源 52から出力されるしきい値電圧 Vthは、定電流回路 22が安定に動作することが可能な電圧、すなわち、第 1トランジスタ Mlが定電流領域 (飽和領域)で動作する範囲に設定される。たとえば、このしきい値電圧 Vthは 0. 3Vに設定される。

[0039] ここで、定電流回路 22を構成する第 1トランジスタ Ml、第 1抵抗 Rl、第 1演算増幅器 40の素子特性、回路特性は、半導体製造プロセスのばらつきや温度によって変動する。図 4は、第 1トランジスタ Mlである FETの電流電圧特性 (IV特性)を示す図であり、縦軸はドレインソース電流 Ids、横軸がドレインソース電圧 Vdsを示す。

図中、平均的な電流電圧特性 IVmlでは、ドレインソース電圧が電圧 Vxlより高いとき飽和領域であり、電圧 Vxlより低いとき非飽和領域となる。いま、半導体製造プロセスのばらつきや温度変化によって、電流電圧特性 IVが、電流電圧特性 IVm2に変化したとすると、これにともなって、飽和領域と非飽和領域の境界電圧も Vx2にシフトすること〖こなる。

[0040] 定電流回路 22の両端の電圧は、第 1抵抗 R1における電圧降下 Vrlと、第 1トランジスタ Mlのドレインソース間電圧の和となる。したがって、第 1トランジスタ Mlの電流電圧特性の変動にともなって、定電流回路 22を安定に動作させるために必要な電圧も変化すること〖こなる。同様に、第 1抵抗 R1の抵抗値のばらつきによってもこの電圧は変化することになる。

[0041] 第 1トランジスタ Mlの電流電圧特性 IVm力半導体製造プロセスのばらつきや温度変化によって、図 4の IVmlと IVm2の間で変動するとするとき、定電流回路 22を安定に動作させるための電圧は、 Vthl =Ic X Rl + Vxlから Vth2=Ic X Rl +Vx2 の範囲で変動することになる。

監視回路 30の電圧源 52により生成されるしきい値電圧 Vthを一定値とする場合、第 1トランジスタ Mlの電流電圧特性が変動するすべての範囲において定電流回路 2 2を安定に動作させるためには、マージンを考慮してしきい値電圧 Vthを、 Vthl =Ic XR1 + Vxlに設定しておく必要がある。

[0042] ここで、チャージポンプ回路 10の効率について検討する。図 5は、チャージポンプ回路 10の入力電圧となる電池電圧 Vbatと、効率 7?の関係を示す図である。

ここで、電圧源 52により生成されるしきい値電圧 Vthを電圧 Vthlに固定した場合を考える。昇圧率が 1倍のとき、電池電圧 Vbatと LED端子 106の電圧 Viedの関係は、発光ダイオード 300の順方向電圧 Vfを用いて Vbat=Vled+Vfと表される。いま、電池電圧 Vbatの低下にともない、 Vb at < Vbat 1 ( = Vth 1 + Vf )となると、 LED端子 106の電圧 Viedはく Vthlとなるため、昇圧率が 1倍から 1. 5倍へと切り替えられることになる。

[0043] このように、しきい値電圧 Vthを電圧 Vthlに固定すると、もし第 1トランジスタ Mlの特性がばらつき、定電流回路 22を安定動作させるための電圧がしきい値電圧 Vthl より低くなつた場合にも、 Vbatく Vbatlとなった状態で昇圧率が 1. 5倍に切り替えられることになり、効率の面で改善の余地がある。

[0044] そこでチャージポンプ回路 10の効率を改善するために、本実施の形態に係る監視回路 30の電圧源 52は、第 1トランジスタ Mlおよび第 1抵抗 R1の特性変動に追従したしき!/、値電圧 Vthを生成するように構成されて！、る。

図 3に戻る。電圧源 52は、第 2トランジスタ M2、第 2抵抗 R2、電流源 54を含む。第 2トランジスタ M2、第 2抵抗 R2、電流源 54は直列に接続されており、第 2トランジスタ M2および第 2抵抗 R2には、電流源 54により生成される定電圧 Icが流されている

[0045] この電圧源 52は、第 2トランジスタ M2と電流源 54の接続点の電圧をしきい値電圧 Vthとして出力する。第 2トランジスタ M2のドレインソース間電圧 Vds2は、定電流 Ic によって決定され、第 2抵抗 R2に現れる電圧 Vr2は、 Vr2=Ic XR2で与えられる。その結果、しきい値電圧 Vthは、 Vth=Ic XR2+Vds2と表すことができる。

[0046] このように、電圧源 52は、しき、値電圧 Vthを生成するための主要部の構成力定電流回路 22とほぼ同一となっている。半導体集積回路上において、好ましくは、第 1 抵抗 R1と第 2抵抗 R2は互いに近接して、ペアリングをとつて形成することが望ましい。同様に、第 1トランジスタ Mlと第 2トランジスタ M2も互いに近接して形成し、ペアリングをとることが望ましい。

このように定電流回路 22と電圧源 52の主要な構成を同一とし、回路を構成する抵抗、トランジスタをペアリングして形成することによって、対応する素子特性の変動量をほぼ等しくすることができる。

[0047] その結果、第 1トランジスタ Mlの電流電圧特性が変動し、飽和領域と非飽和領域の境界電圧 Vxが変動した場合、第 2トランジスタ M2の飽和領域と非飽和領域の境界電圧 Vxも変動するため、しきい値電圧 Vthを、第 1トランジスタ Mlの特性変動に追従して変化させることができる。

[0048] 同様に、第 1抵抗 R1の抵抗値が半導体製造プロセスのばらつきや温度変化によつて変動した場合に、第 2抵抗 R2の抵抗値も同様に変動するように形成しておけば、しき、値電圧 Vthは、第 2抵抗 R2の特性変動にも追従することになる。

[0049] 以上のように監視回路 30を構成することにより、プロセスばらつきや温度変化による素子特性の変動によって定電流回路 22を安定に動作させるために必要な電圧が変動した場合にも、その変動に応じてしきい値電圧 Vthを生成するため、制御部 24において、最適な昇圧率の設定を行うことができる。この結果、図 5に示すように、昇圧率を切り替える電圧を Vbatlから Vbat2の範囲で適切に設定できることを意味するため、チャージポンプ回路 10の効率を改善することができる。同様に、 1. 5倍から 2倍への昇圧率の切り替えも、最適な電圧で行われるため、効率を改善することができる。

[0050] 図 1に戻る。制御部 24は、チャージポンプ回路 10の昇圧率を設定し、設定した昇圧率に応じた制御信号 Ventを生成する。この制御部 24は、監視回路 30の出力信号 Vsをモニタしており、出力信号 Vsがローレベルとなった状態が所定の時間持続すると昇圧率を上昇させる。本実施の形態においては、制御部 24は、監視回路 30の出力信号 Vsが 2msの間、ローレベルとなったときに、チャージポンプ回路 10の昇圧率を 1段階上昇させる。

[0051] 制御部 24が、制御信号 Ventを生成し、時間の計測を行うために必要な周期信号は、第 1発振器 26、第 2発振器 28から出力される。第 1発振器 26および第 2発振器 2 8はそれぞれ図示しないイネ一ブル端子を備えており、動作を停止することができるよう構成されている。

[0052] 制御部 24は、チャージポンプ回路 10により昇圧動作を行うとき、すなわち昇圧率を 1. 5倍、または 2倍に設定したときの制御信号 Ventは、第 1スィッチ SW1から第 9スイッチ SW9をオンオフさせるスイッチング信号となる。第 1発振器 26は、このスィッチング信号に必要とされる周波数を有する第 1周期信号 Vosclを生成する。たとえば、この第 1周期信号 Vosclの周波数は 1MHzに設定される。

[0053] また、制御部 24は、監視回路 30の出力信号 Vsをモニタする際に時間 2msを計測するために必要とされる周波数を有する第 2周期信号 Vosc2を生成する。 2ms程度の時間は、数十 kHz程度の周波数で測定することができるため、本実施の形態では、この第 2周期信号 Vosc2の周波数は 64kHzに設定されて、るものとする。

[0054] 駆動回路 20は、チャージポンプ回路 10の昇圧率に応じて、第 1発振器 26および第 2発振器 28のいずれかを切り替えて使用する。そのため、制御部 24は、チャージポンプ回路 10の昇圧率に応じて第 1発振器 26、第 2発振器 28のィネーブル端子に対してオンオフを制御するィネーブル信号を出力する。

[0055] 以下、駆動回路 20において、チャージポンプ回路 10の昇圧率を切り替える際の動作について説明する。

電池 500から出力される電池電圧 Vbatが十分高いときには、昇圧率は 1倍に設定されている。いま、電力消費により電池電圧 Vbatが低下してくると、 LED端子 106の電圧 Viedも低下する。監視回路 30においては、電圧源 52から出力されるしきい値電圧 Vthと、 LED端子 106の電圧 Viedを比較し、 Viedく Vthとなると出力信号 Vsとしてローレベルを出力する。

[0056] チャージポンプ回路 10の昇圧率が 1倍に設定されるとき、チャージポンプ回路 10 において、第 1スィッチ SW1、第 3スィッチ SW3、第 7スィッチ SW7、第 8スィッチ SW 8を定常的にオンすればよいため、周波数 1MHzの第 1周期信号 Vosclは必要とされない。このため、昇圧率が 1倍のとき、制御部 24は、第 1発振器 26をオフしておき、第 2発振器 28のみを動作させ、第 2周期信号 Vosc2を利用して時間測定を行う。

[0057] 監視回路 30の出力信号 Vsが 2msローレベルとなると、制御部 24は、昇圧率を 1.

5倍に切り替える。昇圧率が 1倍より高いとき、上述のようにチャージポンプ回路 10へ出力すべき制御信号 Ventとしてオンオフを繰り返すスイッチング信号を生成する必要がある。このとき、制御部 24は第 1周期信号 Vosclを必要とするため、第 1発振器 26をオンする。昇圧率が 1. 5倍のとき、制御部 24は、監視回路 30の出力信号 Vsの状態のモニタのための時間測定を、第 1周期信号 Vosclを用いて行う。このとき、第 2 周期信号 Vosc2は必要とされないため、制御部 24は第 2発振器 28をオフする。

[0058] さらに、電池電圧 Vbatが低下し、昇圧率が 2倍に設定されるときにも、制御部 24は第 1発振器 26のみをオンしておき、第 1周期信号 Vosclにもとづいて、制御信号 Vc ntの生成および 2msの時間測定を行う。

[0059] 発振器の消費電流は、周波数に依存し、周波数が高!、ほど消費電流は増加する。

すなわち、第 1発振器 26の消費電流は第 2発振器 28の消費電流よりも大きい。そのため、本実施の形態に係る駆動回路 20によれば、昇圧動作を行う場合には、 1MHz で発振する第 1発振器 26をオンしておき、制御信号 Ventを生成するとともに、昇圧率を設定するための時間測定を行う。一方、昇圧率が 1倍のとき、制御信号 Ventとして周波数の高、信号を生成する必要がな、ため、消費電流の小さ、第 2発振器 28 に切り替えることにより回路の消費電流を低減し、高効率ィ匕を図ることができる。 [0060] 以上、本実施の形態に係る電源装置 100の構成および動作について説明した。本実施の形態に係る電源装置 100によれば、チャージポンプ回路の駆動回路において、チャージポンプ動作を制御する制御信号の生成に加えて、時間測定する必要がある場合に、異なる周波数で発振する 2つの発振器を設けた。昇圧率が 1倍の時には、消費電流の大きな周波数の高い発振器はオフしておき、時間測定に必要な周波数の低い発振器を使用することによって、 1倍モード時の消費電流を低減することができ、負荷回路に流れる出力電流の小さな軽負荷時の電力変換効率を改善することができる。

[0061] 上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

[0062] 実施の形態では、第 1発振器 26、第 2発振器 28を別々に構成する場合について説明したが、周波数が第 1周期信号と、第 2周期信号の 2通りに切り替え可能な 1つの発振器として一体に構成してもよい。この場合においても、チャージポンプ回路 10 の昇圧率に応じて、発振器の周波数を切り換えることにより、実施の形態で説明した場合と同様の効果を得ることができる。さらに、 2つの発振器を一体に構成すること〖こより、回路面積を削減することができる。

[0063] 本発明は、昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路 10の駆動回路に広く適用することができる。

たとえば、本実施の形態では、チャージポンプ回路 10を電源装置 100によって、負荷回路として発光ダイオード 300を駆動する場合について説明したがこれには限定されず、その他の負荷回路を駆動する電源装置にも適用することができる。このとき、負荷回路は発光ダイオード 300のように必ずしも定電流駆動される必要はない。

[0064] 昇圧率の設定は、チャージポンプ回路 10の入力電圧である電池電圧 Vbatあるいは、チャージポンプ回路 10の出力電圧 Voutにもとづいて行ってもよい。このとき、監視回路 30は、チャージポンプ回路 10の昇圧率を切り替えるために監視すべき電圧として電池電圧 Vbatあるいは出力電圧 Voutを監視し、制御部 24は電池電圧 Vbatあるいは出力電圧 Voutが所定の電圧を所定の時間下回ったときに、チャージポンプ回路 10の昇圧率を切り替える。

[0065] 本実施の形態においては、使用するトランジスタは FETとしたがバイポーラトランジスタ等の別のタイプのトランジスタを用いてもよぐこれらの選択は、電源装置に要求される設計仕様、使用する半導体製造プロセスなどによって決めればよい。

[0066] 本実施の形態において、電源装置を構成する素子はすべて一体集積化されていてもよく、その一部がディスクリート部品で構成されていてもよい。どの部分を集積ィ匕するかは、コストや占有面積などによって決めればよい。

産業上の利用可能性

[0067] 本発明に係るチャージポンプ回路の駆動回路によれば、昇圧率が 1倍のときの消費電流を低減し、高効率ィ匕を図ることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路の駆動回路であって、

前記チャージポンプ回路を制御する制御部と、

第 1周期信号を出力する第 1発振器と、

周波数が前記第 1周期信号より低く設定される時間測定用の第 2周期信号を出力する第 2発振器と、を備え、

前記制御部は、前記チャージポンプ回路の昇圧率が 1倍より大きいときは前記第 1 発振器のみをオンし、前記第 1周期信号にもとづいて前記チャージポンプ回路の昇圧動作の制御および時間測定を行う一方、前記チャージポンプ回路の昇圧率が 1倍のときは、前記第 2発振器のみをオンし、前記第 2周期信号にもとづいて時間測定を行うことを特徴とする駆動回路。

[2] 複数の昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路の駆動回路であって、

前記チャージポンプ回路を制御する制御部と、

第 1周期信号または周波数が前記第 1周期信号より低く設定される第 2周期信号のいずれかを切り換えて出力する周波数可変の発振器と、を備え、

前記制御部は、前記チャージポンプ回路の昇圧率が 1倍より大きいときは、前記第 1周期信号にもとづいて前記チャージポンプ回路の昇圧動作の制御および時間測定を行う一方、前記チャージポンプ回路の昇圧率が 1倍のときは、前記第 2周期信号にもとづいて時間測定を行うことを特徴とする駆動回路。

[3] 前記制御部は、前記チャージポンプ回路の昇圧率を切り替えるために監視すべき電圧が所定の時間以上所定の条件を満たしたとき、前記チャージポンプ回路の昇圧率を切り替え、このときの時間測定を、前記第 1または第 2周期信号にもとづいて行うことを特徴とする請求項 1または 2に記載の駆動回路。

[4] 前記第 2周期信号の周波数は、前記制御部において、前記所定の時間を計測するために必要とされる最低周波数より高く設定されることを特徴とする請求項 3に記載の駆動回路。

[5] 1つの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項 1から 4のいずれ力に記載の駆動回路。

[6] 複数の昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路と、

前記チャージポンプ回路を駆動する請求項 1から 5のいずれかに記載の駆動回路と、

を備えることを特徴とする電源装置。

[7] 発光ダイオードと、

電池と、

前記電池の電圧を昇圧して前記発光ダイオードを駆動する請求項 6に記載の電源装置と、

を備えることを特徴とする発光装置。