JP2005278295A - 昇圧回路 - Google Patents
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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
【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。
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。
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
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 (4)
- 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。
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2004
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