JP2005278295A

JP2005278295A - 昇圧回路

Info

Publication number: JP2005278295A
Application number: JP2004087401A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Otaka; 信行大高; Kazuo Henmi; 和夫逸見
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】昇圧回路を電源回路として用いたときにその電力損失を極力抑制する。
【解決手段】前記第２及び第３のコンデンサＣ２，Ｃ３を並列に接続し、この並列コンデンサに第１のコンデンサＣ１を直列に接続して第１のコンデンサＣ１の一方の端子に電源電圧Ｖｄｄを印加し、第３のコンデンサの一方の端子に接地電圧０Ｖを印加してこれらのコンデンサを充電する。その後、第１のコンデンサＣ１の他方の端子に電源電圧Ｖｄｄを印加して第１のコンデンサＣ１を出力端子２０に接続して、第１のコンデンサＣ１の放電を行うとともに、第２及び第３のコンデンサＣ２，Ｃ３を並列接続から直列接続に切り替え、第３のコンデンサＣ３の一方の端子Ｙに電源電圧Ｖｄｄを印加し、第２のコンデンサＣ２の一方の端子を出力端子２０に接続して第２及び第３のコンデンサＣ２，Ｃ３を放電するように制御し、出力端子２０から電源電圧Ｖｄｄの５／３倍の昇圧電圧を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、昇圧回路に関し、特に、電源電圧Ｖｄｄより小さな電圧ステップの昇圧を可能にした昇圧回路に関する。

従来、昇圧回路の一種としてチャージポンプ回路が知られている。このチャージポンプ回路は、電源電圧Ｖｄｄの整数倍（例えば2倍）の昇圧電圧を出力するものである。そして、所望の目標電圧を得るためには、チャージポンプ回路で電源電圧Ｖｄｄを整数倍の電圧に昇圧し、その昇圧電圧をレギュレータで目標電圧まで下げていた。

しかしながら、チャージポンプ回路の昇圧電圧と目標電圧との差が大きいほど、大きな電力損失が生じる。そこで、電源電圧Ｖｄｄの１／２のステップで昇圧することが可能なチャージポンプ回路、例えば、電源電圧Ｖｄｄの１．５倍の昇圧電圧を出力可能なチャージポンプ回路が開発された（特許文献１を参照）。

図３及び図４は係るチャージポンプ回路の回路構成と動作を説明する図である。このチャージポンプ回路は第１の電荷転送スイッチＴＳＷ１及び第２の電荷転送スイッチＴＳＷ２、第１のコンデンサＣ１、第２のコンデンサＣ２、ドライバースイッチ
ＤＲＳＷを有している。

まず、図３に示す如く、同一の容量値を有した第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２を直列接続した状態で第１の電荷転送スイッチＴＳＷ１をオンし、第２の電荷転送スイッチＴＳＷ２をオフし、さらにドライバースイッチＤＲＳＷを接地電圧０V側に切り替える。すると、第１及び第２のコンデンサＣ１、Ｃ２は入力電圧Ｖｉｎ（＝Ｖｄｄ）と接地電圧０Ｖとの間に接続され、入力端子１（電源電圧Ｖｄｄ）から接地へ充電電流Ｉｃが流れ、これらのコンデンサが充電される。このとき、第１のコンデンサＣ１の一対の端子間、第２のコンデンサＣ２の一対の端子間にはいずれも０．５Ｖｄｄの電圧が印加される。

次に、図４に示す如く、第１の電荷転送スイッチＴＳＷ１をオフし、第二の電荷転送スイッチＴＳＷ２をオンする。そして、第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２を並列接続に切り替えた後に、ドライバースイッチＤＲＳＷを電源電圧Ｖｄｄ側に切り替える。すると、電源電圧Ｖｄｄから並列接続された第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２、第２の電荷転送スイッチＴＳＷ２を経由して出力端子２に放電電流Ｉｄが流れ、これらのコンデンサが放電される。このとき、ドライバースイッチＤＲＳＷを電源電圧Ｖｄｄ側に切り替えられたことに伴い、並列接続された第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２の容量結合により、出力端子２にはＶｄｄ＋０．５Ｖｄｄ＝１．５Ｖｄｄの電圧が現れる。
特開２００1−２３１２４９号公報

上述の０．５Ｖｄｄステップでの昇圧が可能なチャージポンプ回路によれば、電源電圧Ｖｄｄの１．５倍、２．０倍、２．５倍、…という昇圧電圧を得ることができる。しかしながら、係るチャージポンプ回路を電源回路に応用する場合、実際の電源仕様においては、０．５Ｖｄｄステップでの昇圧だけでは、電力損失の軽減が十分達成されないという問題があった。そこで、本発明は、１．５Ｖｄｄと２．０Ｖｄｄの中間にある電圧を出力する昇圧回路を提供するものである。

そこで、本発明の昇圧回路は、第１のコンデンサと、第２のコンデンサと、第３のコンデンサと、第１の電圧が供給された入力端子と、出力端子と、制御回路とを備え、前記制御回路は、前記第２及び第３のコンデンサを並列に接続し、この並列コンデンサに前記第１のコンデンサを直列に接続して前記第１のコンデンサの一方の端子に前記第１の電圧を印加し、前記第３のコンデンサの一方の端子に第２の電圧を印加してこれらのコンデンサを充電し、その後、前記第１のコンデンサの他方の端子に前記第１の電圧を印加して前記第１のコンデンサを前記出力端子に接続して、該第１のコンデンサの放電を行うとともに、前記第２及び前記第３のコンデンサを並列接続から直列接続に切り替え、前記第３のコンデンサの一方の端子に前記第１の電圧を印加し、前記第２のコンデンサの一方の端子を前記出力端子に接続して前記第２及び前記第３のコンデンサを放電するように制御し、前記出力端子から前記第１の電圧を昇圧した昇圧電圧を得ることを特徴とするものである。

本発明の昇圧回路によれば、電源電圧Ｖｄｄの１．５倍と２倍の中間にある電圧、例えば５／３倍（１．６６倍）の電圧を得ることができるので、これを電源回路として用いた場合に従来の回路に比して電力損失を更に小さくすることができる。

次に本発明の実施形態に係る昇圧回路について図面を参照しながら説明する。図１及び図２はこの昇圧回路の回路構成と動作を説明する図である。

この昇圧回路は、第１乃至第３のコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３、出力端子２０へ電荷を転送するための第１乃至第３の電荷転送用スイッチＴＳＷ１，ＴＳＷ２，ＴＳＷ３、充放電時の回路構成を切り替えるための第１乃至第３の回路切替用スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３、第１乃至第３のドライバースイッチＤＲＶ１，ＤＲＶ２，ＤＲＶ３から構成される。第１及び第２のドライバースイッチＤＲＶ１，ＤＲＶ２はクロックドライバー３０を構成する。このクロックドライバー３０には電源電圧Ｖｄｄが供給されている。また、入力端子１０には、入力電圧Ｖｉｎ（電源電圧Ｖｄｄ）が供給されている。以下の説明では、出力端子２０から５／３・Ｖｄｄ（１．６６Ｖｄｄ）の昇圧電圧を得るために、第１乃至第３のコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３はいずれも等しい容量値を有するものとする。

まず、図１に示す如く、第１の電荷転送用スイッチＴＳＷ１、第１及び第３の回路切替スイッチＳＷ１，ＳＷ３、第１のドライバースイッチＤＲＶ１をオンし、その他のスイッチを全てオフする。すると、前記第２及び第３のコンデンサＣ２，Ｃ３は並列に接続され、この並列コンデンサに第１のコンデンサＣ１が直列に接続され、第１のコンデンサＣ１の一方の端子Ｘに入力端子１０から電源電圧Ｖｄｄが印加され、第３のコンデンサＣ３の一方の端子Ｙには第１のドライバースイッチＤＲＶ１を通して接地電圧０Ｖが印加される。これにより、第１乃至第３のコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３は充電される。このとき、第１のコンデンサＣ１の一対の端子間には２／３・Ｖｄｄが印加され、前記第２及び第３のコンデンサＣ２，Ｃ３のそれぞれの一対の端子間には1／３・Ｖｄｄの電圧が印加されることになる。即ち、図１中の第１のコンデンサＣ１の他方の端子の電圧Ｖ１は１／３Ｖｄｄ、第２のコンデンサＣ２の一方の端子の電圧Ｖ２も１／３Ｖｄｄに設定される。

次に、図２に示す如く、図１の回路接続とは逆に、第２の電荷転送用スイッチＴＳＷ２、第２の回路切替スイッチＳＷ２、第２のドライバースイッチＤＲＶ２をオンし、その他のスイッチを全てオフする。すると、第１のコンデンサＣ１の他方の端子に第３のドライバースイッチＤＲＶ３を通して電源電圧Ｖｄｄが印加され、入力端子１０から第１のコンデンサＣ１、第２の電荷転送用スイッチＴＳＷ２を通して出力端子２０へ第１の放電電流Ｉｄ１が流れ、第１のコンデンサＣ１の放電が行われる。このとき、第１のコンデンサＣ１の他方の端子の電圧Ｖ１は、１／３・ＶｄｄからＶｄｄに変化するので、これに伴い、第１のコンデンサＣ１の一方の端子Ｘには１／３・Ｖｄｄ＋Ｖｄｄ＝５／３・Ｖｄｄの電圧が発生する。この電圧が第２の電荷転送用スイッチＴＳＷ２を通して出力端子２０に出力される。

一方、第２及び第３のコンデンサＣ２，Ｃ３は並列接続から直列接続に切り替えられ、その後、第３のコンデンサＣ３の一方の端子Ｙに第２のドライバースイッチＤＲＶ２を通して、クロックドライバー３０の電源電圧Ｖｄｄが印加される。また、第２のコンデンサＣ２の一方の端子は、第３の電荷転送用スイッチＴＳＷ３を通して出力端子２０に接続される。すると、第２及び前記第３のコンデンサＣ２，Ｃ３が直列接続されたことで第２のコンデンサＣ２の一方の端子の電圧Ｖ２は１／３・Ｖｄｄから２／３・Ｖｄｄに変化し、さらに、第３のコンデンサＣ３の一方の端子Ｙの電圧が０ＶからＶｄｄに変化することにより、その電圧Ｖ２は２／３・Ｖｄｄ＋Ｖｄｄ＝５／３・Ｖｄｄに変化する。この電圧Ｖ２が第３の電荷転送用スイッチＴＳＷ３を通して出力端子２０に出力される。即ち、第２のドライバースイッチＤＲＶ２、直列接続された第２及び第３のコンデンサＣ２，Ｃ３、第３の電荷転送用スイッチＴＳＷ３を通して第２の放電電流Ｉｄ２が出力端子２０へ流れ、第２および第３のコンデンサＣ２，Ｃ３が放電される。

このように、上述の２つの放電回路に、それぞれ第１及び第２の放電電流Ｉｄ１，Ｉｄ２が流れることで、出力端子２０から５／３・Ｖｄｄという昇圧電圧が得られる。また、本実施形態によれば、第１乃至第３のコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３に充電した電荷を全て出力端子２０へ放電しているので、昇圧回路としての出力損失はゼロである。本実施形態の昇圧回路によれば、電源電圧Ｖｄｄの５／３倍の昇圧電圧を得ることができるので、この昇圧回路を単独で、もしくはこの昇圧回路の出力にレギュレータを接続して電源回路を構成する場合に、電源回路の目標電圧と昇圧電圧との差を小さくすることができ、電源回路の電力損失を抑制することが可能になる。

なお、上記実施形態において、第１乃至第３の電荷転送用スイッチＴＳＷ１，ＴＳＷ２，ＴＳＷ３、第１乃至第３の回路切替用スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３、第１乃至第３のドライバースイッチＤＲＶ１，ＤＲＶ２，ＤＲＶ３は、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ等のトランジスタで構成することで、この昇圧回路を集積回路へ内蔵化することができる。また、本実施形態では、出力端子２０から出力電圧Ｖｏｕｔとして５／３・Ｖｄｄを得るために、第１乃至第３のコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３をいずれも等しい容量値に設定しているが、５／３・Ｖｄｄと異なる電圧を得たい場合には、第１乃至第３のコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の容量値を適宜自由に設定してもよい。

本発明の実施形態に係る昇圧回路の回路構成と動作を説明する図である。本発明の実施形態に係る昇圧回路の回路構成と動作を説明する図である。従来例に係る昇圧回路の回路構成と動作を説明する図である。従来例に係る昇圧回路の回路構成と動作を説明する図である。

符号の説明

Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３第１乃至第３のコンデンサ
ＴＳＷ１，ＴＳＷ２，ＴＳＷ３第１乃至第３の電荷転送用スイッチ
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３第１乃至第３の回路切替用スイッチ
ＤＲＶ１，ＤＲＶ２，ＤＲＶ３第１乃至第３のドライバースイッチ

Claims

第１のコンデンサと、第２のコンデンサと、第３のコンデンサと、
第１の電圧が供給された入力端子と、出力端子と、制御回路とを備え、前記制御回路は、前記第２及び第３のコンデンサを並列に接続し、この並列コンデンサに前記第１のコンデンサを直列に接続して前記第１のコンデンサの一方の端子に前記第１の電圧を印加し、前記第３のコンデンサの一方の端子に第２の電圧を印加してこれらのコンデンサを充電し、その後、前記第１のコンデンサの他方の端子に前記第１の電圧を印加して前記第１のコンデンサを前記出力端子に接続して、該第１のコンデンサの放電を行うとともに、前記第２及び前記第３のコンデンサを並列接続から直接接続に切り替え、前記第３のコンデンサの一方の端子に前記第１の電圧を印加し、前記第２のコンデンサの一方の端子を前記出力端子に接続して前記第２及び前記第３のコンデンサを放電するように制御し、前記出力端子から前記第１の電圧を昇圧した昇圧電圧を得ることを特徴とする昇圧回路。
前記第１、第２及び第３のコンデンサが全て同一の容量値を有することを特徴とする請求項１に記載の昇圧回路。
前記制御回路が複数のスイッチ素子から成ることを特徴とする請求項1に記載の昇圧回路。
前記複数のスイッチ素子がトランジスタで構成されることを特徴とする請求項２記載の昇圧回路。