JP2005328599A - チャージポンプ回路及びこれを備えた電子回路並びにチャージポンプ回路の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 チャージポンプ回路の動作を停止する際において、接続された負荷における不具合の発生を確実に回避すること。
【解決手段】 電源に接続される第１のスイッチング素子Ｓ１、負荷１０２に接続される第２のスイッチング素子Ｓ２及び第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２との間に接続されるコンデンサ素子Ｃｐを備え、通常動作時に第１のスイッチング素子Ｓ１、第２のスイッチング素子Ｓ２及びコンデンサ素子Ｃｐに印加されるクロック信号のいずれかの位相を反転することで通常動作時における電荷の移動方向と逆方向に電荷を移動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、チャージポンプ回路及びこれを備えた電子回路並びにチャージポンプ回路の駆動方法に関する。

従来、液晶表示装置等において、入力電圧を昇圧し、昇圧後の電圧を出力電圧として出力するチャージポンプ回路を備えたものが知られている。このようなチャージポンプ回路によれば、比較的簡単な回路により電圧を昇圧することが可能である。

チャージポンプ回路を備えた液晶表示装置として、例えば、チャージポンプ回路で形成された昇圧電圧に対応した検出電圧と基準電圧との比較結果に基づいて上記昇圧電圧を安定化させる制御電圧を形成し、安定化された昇圧電圧により表示電圧を形成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図９は、このような液晶表示装置等に採用される、従来のチャージポンプ回路（昇圧チャージポンプ回路）の一実施例を説明するための回路図である。

同図に示すチャージポンプ回路９００は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧して、昇圧後の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力するものである。かかるチャージポンプ回路９００は、２つのスイッチング素子Ｓ１及びＳ２とコンデンサＣｐとから構成される。スイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ２は、ｎ型トランジスタ及びｐ型トランジスタを組み合わせて構成される。チャージポンプ回路９００においては、スイッチング素子Ｓ１がｎ型トランジスタで構成され、スイッチング素子Ｓ２がｐ型トランジスタで構成されているものとする。これらのスイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２との間にコンデンサＣｐが接続されている。

スイッチング素子Ｓ１に主電源Ｖｄｄが接続され、チャージポンプ回路９００に入力電圧Ｖｉｎが供給される。スイッチング素子Ｓ２に出力端子９０１が接続され、出力端子９０１からコンデンサＣｐに蓄積された電荷（出力電圧Ｖｏｕｔ）が出力される。出力端子９０１に負荷９０２が接続されている。負荷９０２は、例えば、液晶表示素子で構成され、その駆動には電流ＩＬを要するものとする。出力端子９０１にはリプル除去用のコンデンサＣＬが接続されている。

２つのスイッチング素子Ｓ１及びＳ２にそれぞれ設けられた不図示の端子（以下、「スイッチング素子端子」という）並びにコンデンサＣｐのスイッチング素子Ｓ１及びＳ２に接続されない側の端子（以下、「コンデンサ端子」という）は、それぞれ、互いに位相の反転したクロック信号が印加されるクロック信号入力端子とされる。ここでは、前者に位相Φで定義されるクロック信号が印加され、後者に位相／Φ（「／」は論理反転を示す）で定義されるクロック信号が印加されるものとする。図９においては、前者に対するクロック信号がハイレベルであり、後者に対するクロック信号がローレベルである状態について示している。

クロック信号が同図に示す状態の場合、スイッチング素子Ｓ１が導通状態となる一方、スイッチング素子Ｓ２が非導通状態となる。一方、コンデンサＣｐは低電位状態となる。このため、入力電圧Ｖｉｎに応じた電荷がコンデンサＣｐに移動する。

そして、クロック信号の位相が反転すると、コンデンサＣｐに蓄積された電荷が負荷９０２側に移動する。すなわち、スイッチング素子端子に対するクロック信号がローレベルに反転し、コンデンサ端子に対するクロック信号がハイレベルに反転すると、スイッチング素子Ｓ１が非導通状態となる一方、スイッチング素子Ｓ２が導通状態となる。一方、コンデンサＣｐは高電位状態となる。このため、コンデンサＣｐに蓄積された電荷が出力端子９０１から負荷９０２側に移動する。

このようにクロック信号の状態に応じてコンデンサＣｐに電荷を移動する動作及びその電荷を負荷９０２側に移動する動作が繰り返される。

特開２００３−２９５８３０号公報（図３）

しかしながら、図９に示すチャージポンプ回路９００においては、当該チャージポンプ回路の動作を停止する際、コンデンサＣＬが電荷を保持した状態で動作が停止する事態が発生する。かかる電荷は、負荷９０２若しくは漏れ電流等により放電されない限りコンデンサＣＬに保持され続ける。この場合、図１０に示すように、コンデンサＣＬに保持された電荷に応じた電圧が負荷９０２に印加され続けることとなる。チャージポンプ回路９００の動作を停止したにも関わらず、負荷９０２に対する電圧印加が続いた場合には、負荷９０２の誤動作の原因となるばかりか、負荷９０２の故障の原因となり得る。

なお、チャージポンプ回路の動作を停止する際に発生する不具合は、図９に示した入力電圧Ｖｉｎを昇圧するチャージポンプ回路に限られず、入力電圧Ｖｉｎを降圧するチャージポンプ回路においても同様に発生し得る。

図１１は、従来のチャージポンプ回路（降圧チャージポンプ回路）の一実施例を説明するための回路図である。図１１において、図９と同一の符号を付した構成要素については同一の機能を有するものとし、その説明を省略する。なお、図１１に示すチャージポンプ回路においては、スイッチング素子Ｓ１がｐ型トランジスタで構成され、スイッチング素子Ｓ２がｎ型トランジスタで構成される。

図１１に示すチャージポンプ回路１１００は、入力電圧Ｖｉｎを降圧して、降圧後の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力するものである。図１１においては、スイッチング素子端子に対するクロック信号がハイレベルであり、コンデンサ素子端子に対するクロック信号がローレベルである状態について示している。

クロック信号が同図に示す状態の場合、スイッチング素子Ｓ１が非導通状態となる一方、スイッチング素子Ｓ２が導通状態となる。一方、コンデンサＣｐは低電位状態となる。このため、コンデンサＣＬに蓄積されていた電荷（正電荷）がコンデンサＣｐに移動する。

そして、クロック信号の位相が反転すると、コンデンサＣｐに蓄積された電荷（正電荷）が主電源Ｖｄｄ側に移動する。すなわち、スイッチング素子端子に対するクロック信号がローレベルに反転し、コンデンサ端子に対するクロック信号がハイレベルに反転すると、スイッチング素子Ｓ１が導通状態となる一方、スイッチング素子Ｓ２が非導通状態となる。一方、コンデンサＣｐは高電位状態となる。このため、コンデンサＣｐに蓄積された電荷（正電荷）がスイッチング素子Ｓ１を介して主電源Ｖｄｄ側に移動する。

このようにクロック信号の状態に応じてコンデンサＣｐに正電荷を負荷９０２側から移動する動作及びその正電荷を主電源Ｖｄｄ側に移動する動作が繰り返される。

かかるチャージポンプ回路１１００においては、チャージポンプ回路９００と同様に、当該チャージポンプ回路１１００の動作を停止する際、コンデンサＣＬが電荷（負電荷）を保持した状態で動作が停止する事態が発生する。かかる電荷（負電荷）は、負荷９０２若しくは漏れ電流等により放電されない限りコンデンサＣＬに保持され続ける。この場合、図１２に示すように、コンデンサＣＬに保持された電荷（負電荷）に応じた電圧が負荷９０２に印加され続けることとなる。チャージポンプ回路１１００の動作を停止したにも関わらず、負荷９０２に対する電圧印加が続いた場合には、負荷９０２の誤動作の原因となるばかりか、負荷９０２の故障の原因となり得る。

本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、チャージポンプ回路の動作を停止する際において、接続された負荷における不具合の発生を確実に回避することができるチャージポンプ回路及びこれを備えた電子回路並びにチャージポンプ回路の駆動方法を提供することを目的とする。

本発明のチャージポンプ回路は、電源に接続される第１のスイッチング素子、負荷に接続される第２のスイッチング素子及び第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との間に接続されるコンデンサ素子を備え、通常動作時に第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子及びコンデンサ素子に印加されるクロック信号のいずれかの位相を反転することで通常動作時における電荷の移動方向と逆方向に電荷を移動させる。

また、本発明のチャージポンプ回路は、通常動作を行っている状態から当該通常動作を停止する際に前記第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子及びコンデンサ素子に印加されるクロック信号のいずれかの位相を反転する。

さらに、本発明のチャージポンプ回路は、電源から供給される入力電圧を昇圧して、昇圧後の電圧を出力電圧として負荷に出力する昇圧チャージポンプ回路を構成し、通常動作時に電源側から負荷側に電荷を移動させる一方、当該通常動作を停止する際に負荷側から電源側に電荷を移動させる。

特に、本発明のチャージポンプ回路は、第１のスイッチング素子をｎ型トランジスタ、第２スイッチング素子をｐ型トランジスタで構成し、通常動作時に第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子に対して同位相のクロック信号を印加すると共にコンデンサ素子に対して上記スイッチング素子に対するクロック信号の位相を反転した位相のクロック信号を印加する一方、当該通常動作を停止する際にコンデンサ素子に印加されるクロック信号の位相を反転する。

さらに、本発明のチャージポンプ回路は、電源から供給される入力電圧を降圧して、降圧後の電圧を出力電圧として負荷に出力する降圧チャージポンプ回路を構成し、通常動作時に負荷側から電源側に電荷を移動させる一方、当該通常動作を停止する際に電源側から負荷側に電荷を移動させる。

特に、本発明のチャージポンプ回路は、第１のスイッチング素子をｐ型トランジスタ、第２スイッチング素子をｎ型トランジスタで構成し、通常動作時に第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子に対して同位相のクロック信号を印加すると共にコンデンサ素子に対して上記スイッチング素子に対するクロック信号の位相を反転した位相のクロック信号を印加する一方、当該通常動作を停止する際にコンデンサ素子に印加されるクロック信号の位相を反転する。

本発明の電子回路は、上記チャージポンプ回路、このチャージポンプ回路にクロック信号を供給する発振器及びチャージポンプ回路に供給されるクロック信号の位相を切り替える位相切替え手段を備え、位相切替え手段において、チャージポンプ回路の停止を指示する信号に応じてチャージポンプ回路が有する第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子及びコンデンサ素子に通常動作時に印加されるクロック信号のいずれかの位相を反転する。

また、本発明の電子回路は、チャージポンプ回路の出力電圧と基準電圧とを比較するコンパレータと、この基準電圧として予め定められた限界電圧をコンパレータに供給する限界電圧用電源とをさらに備え、チャージポンプ回路の出力電圧が基準電圧に到達すると、発振器からのクロック信号の供給を停止する。

本発明のチャージポンプ回路の駆動方法は、電源に接続される第１のスイッチング素子、負荷に接続される第２のスイッチング素子及び第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との間に接続されるコンデンサ素子を備えるチャージポンプ回路の駆動方法であって、通常動作時に第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子及びコンデンサ素子に印加されるクロック信号に応じて電荷を第１方向に移動させ、当該通常動作を停止する際に第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子及びコンデンサ素子に印加されるクロック信号のいずれかの位相を反転することで第１方向と逆方向である第２方向に電荷を移動させる。

また、本発明のチャージポンプ回路の駆動方法は、電源から供給される入力電圧を昇圧して、昇圧後の電圧を出力電圧として負荷に出力する昇圧チャージポンプ回路の駆動方法であり、通常動作時に電源側から負荷側に電荷を移動させる一方、当該通常動作を停止する際に負荷側から電源側に電荷を移動させる。

特に、本発明のチャージポンプ回路の駆動方法は、第１のスイッチング素子をｎ型トランジスタ、第２スイッチング素子をｐ型トランジスタで構成し、通常動作時に第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子に対して同位相のクロック信号を印加すると共にコンデンサ素子に対して上記スイッチング素子に対するクロック信号の位相を反転した位相のクロック信号を印加する一方、当該通常動作を停止する際にコンデンサ素子に印加されるクロック信号の位相を反転する。

また、本発明のチャージポンプ回路の駆動方法は、電源から供給される入力電圧を降圧して、降圧後の電圧を出力電圧として負荷に出力する降圧チャージポンプ回路の駆動方法であり、通常動作時に負荷側から電源側に電荷を移動させる一方、当該通常動作を停止する際に電源側から負荷側に電荷を移動させる。

特に、本発明のチャージポンプ回路の駆動方法は、第１のスイッチング素子をｐ型トランジスタ、第２スイッチング素子をｎ型トランジスタで構成し、通常動作時に第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子に対して同位相のクロック信号を印加すると共にコンデンサ素子に対して上記スイッチング素子に対するクロック信号の位相を反転した位相のクロック信号を印加する一方、当該通常動作を停止する際にコンデンサ素子に印加されるクロック信号の位相を反転する。

本発明に係るチャージポンプ回路及びこれを備えた電子回路並びにチャージポンプ回路の駆動方法によれば、チャージポンプ回路の動作を停止する際において、接続された負荷における不具合の発生を確実に回避することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るチャージポンプ回路（昇圧チャージポンプ回路）の一実施例を説明するための回路図である。なお、図１においては、通常動作時におけるチャージポンプ回路の状態について示している。図１においては、説明の便宜上、従来技術で説明した回路図と同一の構成を有する回路図を用いて説明する。

すなわち、チャージポンプ回路１００は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧して、昇圧後の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力するものである。かかるチャージポンプ回路１００は、２つのスイッチング素子Ｓ１及びＳ２とコンデンサＣｐとから構成される。スイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ２は、ｎ型トランジスタ及びｐ型トランジスタを組み合わせて構成される。チャージポンプ回路１００においては、スイッチング素子Ｓ１がｎ型トランジスタで構成され、スイッチング素子Ｓ２がｐ型トランジスタで構成されているものとする。これらのスイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２との間にコンデンサＣｐが接続されている。

スイッチング素子Ｓ１に主電源Ｖｄｄが接続され、チャージポンプ回路１００に入力電圧Ｖｉｎが供給される。スイッチング素子Ｓ２に出力端子１０１が接続され、出力端子１０１からコンデンサＣｐに蓄積された電荷（出力電圧Ｖｏｕｔ）が出力される。出力端子１０１には負荷１０２が接続されている。この負荷１０２は、例えば、液晶表示素子で構成され、その駆動に電流ＩＬを要するものとする。出力端子１０１にはリプル除去用のコンデンサＣＬが接続されている。

２つのスイッチング素子Ｓ１及びＳ２にそれぞれ設けられた不図示の端子（以下、「スイッチンス素子端子」という）並びにコンデンサＣｐのスイッチング素子Ｓ１及びＳ２に接続されない側の端子（以下、「コンデンサ端子」という）は、それぞれ、互いに位相の反転したクロック信号が印加されるクロック信号入力端子とされる。ここでは、前者に位相Φで定義されるクロック信号が印加され、後者に位相／Φで定義されるクロック信号が印加されるものとする。図１においては、前者に対するクロック信号がハイレベルであり、後者に対するクロック信号がローレベルである状態について示している。

クロック信号が同図に示す状態の場合、スイッチング素子Ｓ１が導通状態となる一方、スイッチング素子Ｓ２が非導通状態となる。一方、コンデンサＣｐは低電位状態となる。このため、入力電圧Ｖｉｎに応じた電荷がコンデンサＣｐに移動する。

そして、クロック信号の位相が反転すると、コンデンサＣｐに蓄積された電荷が負荷１０２側に移動する。すなわち、スイッチング素子端子に対するクロック信号がローレベルに反転し、コンデンサ端子に対するクロック信号がハイレベルに反転すると、スイッチング素子Ｓ１が非導通状態となる一方、スイッチング素子Ｓ２が導通状態となる。一方、コンデンサＣｐは高電位状態となる。このため、コンデンサＣｐに蓄積された電荷が出力端子１０１から負荷１０２側に移動する。

このようにクロック信号の状態に応じてコンデンサＣｐに電荷を移動する動作及びその電荷を負荷１０２側に移動する動作が繰り返される。このとき、負荷１０２側に接続されたコンデンサＣＬは、電荷を保持した状態になる。

このような通常動作時における状態から動作を停止する場合、本実施の形態に係るチャージポンプ回路１００は、負荷１０２に電圧が印加されない状態に近づくように、コンデンサＣＬに保持された電荷を主電源Ｖｄｄ側に移動する制御を行う。

図２は、本実施の形態に係るチャージポンプ回路（昇圧チャージポンプ回路）の動作を停止する直前の状態について示す回路図である。

同図に示すように、通常動作時における状態から動作を停止する際、本チャージポンプ回路１００は、スイッチング素子端子及びコンデンサ端子に対して同位相のクロック信号を印加する。具体的には、スイッチング素子端子に対するクロック信号の位相を、通常動作時と同位相（Φ）に維持する一方、コンデンサ端子に対するクロック信号の位相を反転した位相（Φ）に切り替える。なお、図２においては、双方の端子に対するクロック信号がハイレベルである状態について示している。

図２に示すように、スイッチング素子端子及びコンデンサ端子に対して同位相のクロック信号が印加される場合において、双方の端子に対するクロック信号がローレベルとなる場合、スイッチング素子Ｓ１が非導通状態となる一方、スイッチング素子Ｓ２が導通状態となる。一方、コンデンサＣｐは低電位状態となる。このため、コンデンサＣＬに蓄積された電荷がコンデンサＣｐに移動する。

そして、クロック信号の位相が反転すると、図２に示す状態に移行し、コンデンサＣｐに蓄積された電荷が主電源Ｖｄｄ側に移動する。すなわち、スイッチング素子端子及びコンデンサ端子に対するクロック信号がハイレベルに反転すると、スイッチング素子Ｓ１が導通状態となる一方、スイッチング素子Ｓ２が非導通状態となる。一方、コンデンサＣｐは高電位状態となる。このため、コンデンサＣｐに蓄積された電荷がスイッチング素子Ｓ１を介して主電源Ｖｄｄ側に移動する。

このようにクロック信号の状態に応じてコンデンサＣｐに負荷１０２側から電荷を移動する動作及びその電荷を主電源Ｖｄｄ側に移動する動作が繰り返される。これにより、コンデンサＣＬに保持された電荷は、主電源Ｖｄｄ側に移動する。

このように本実施の形態に係るチャージポンプ回路１００は、通常動作時における状態から動作を停止する際、負荷１０２に電圧が印加されない状態に近づくようにコンデンサＣＬに保持された電荷を主電源Ｖｄｄ側に移動する制御を行う。具体的には、スイッチング素子端子及びコンデンサ端子にそれぞれ位相の反転したクロック信号を印加することで入力電圧Ｖｉｎを昇圧するチャージポンプ回路１００において、コンデンサ端子に対するクロック信号の位相を反転して双方の端子に対するクロック信号の位相を同位相とする。これにより、通常動作時における主電源Ｖｄｄ側から負荷１０２側への方向のポンプ動作と逆方向のポンプ動作が行われる。このため、通常動作時においてコンデンサＣＬに保持された電荷が主電源Ｖｄｄ側に移動する。この結果、本チャージポンプ回路１００の動作を停止する際において、コンデンサＣＬに保持された電荷に応じた電圧が負荷１０２に対して印加されるという事態を確実に回避することができる。

本実施の形態に係るチャージポンプ回路１００においては、回路の動作を停止する際にコンデンサＣＬに保持された電荷を主電源Ｖｄｄ側に移動する制御（以下、「チャージバック制御」という）を実行するものである。かかるチャージバック制御の開始は、例えば、本チャージポンプ回路１００を備える液晶表示装置等の利用者における負荷１０２（例えば、液晶表示素子）の駆動停止を指示する信号を検出して行うことが好ましい。一方、チャージバック制御の停止は、例えば、負荷１０２側の電圧を検出し、その検出電圧と予め用意した基準電圧との比較結果に応じて行うことが好ましい。

図３は、本実施の形態に係るチャージポンプ回路１００におけるチャージバック制御を実行するための電子回路の一例を示す図である。

同図に示す電子回路３００は、チャージポンプ回路１００、発振器（oscillator：ＯＳＣ）３０１、コンパレータ３０２及び限界電圧用電源としての下限電圧用電圧源３０３を備えている。

発振器（ＯＳＣ）３０１は、チャージポンプ回路１００の動作を制御するクロック信号を出力する。具体的には、発振器（ＯＳＣ）３０１は、位相Φで定義されるクロック信号を出力する。

コンパレータ３０２の−入力端子に下限電圧用電圧源３０３が接続されている。また、＋入力端子に出力端子１０１が接続されている。コンパレータ３０２は、下限電圧用電圧源３０３から印加される基準電圧ＶＬと負荷１０２側の電圧（出力電圧Ｖｏｕｔ）とを比較する。そして、比較結果を示す比較結果信号Ｖｃｏｍｐを出力する。比較結果信号Ｖｃｏｍｐは、負荷１０２側の電圧が基準電圧ＶＬを上回っている場合にハイレベルを示し、基準電圧ＶＬが負荷１０２側の電圧を上回っている場合にローレベルを示す。

下限電圧用電圧源３０３は、コンパレータ３０３の−入力端子に対して基準電圧ＶＬを供給する。基準電圧ＶＬは、負荷１０２側の電圧が予め定めた下限電圧まで低下したか否かを判断するための電圧である。

また、電子回路３００は、ＯＲ回路３０４、ＡＮＤ回路３０５及び位相切替え手段としてのＥＸＯＲ回路３０６を備えている。

ＯＲ回路３０４には、コンパレータ３０２からの比較結果信号Ｖｃｏｍｐ及び制御信号Ｃｔｒｌが入力される。制御信号Ｃｔｒｌは、本チャージポンプ回路１００に通常制御を実行させる場合にハイレベルを示し、チャージバック制御を実行させる場合にローレベルを示す。なお、制御信号Ｃｔｒｌは、本電子回路３００を搭載した液晶表示装置等の利用者から特別な指示がない場合にハイレベルを示し、負荷１０２の停止指示等があった場合にローレベルを示すように設定されているものとする。

ＡＮＤ回路３０５には、ＯＲ回路３０４からの出力信号及び発振器（ＯＳＣ）３０１からのクロック信号が入力される。すなわち、発振器（ＯＳＣ）３０１からのクロック信号が入力された状態で、比較結果信号Ｖｃｏｍｐがハイレベルを示すか、あるいは、制御信号Ｃｔｒｌがハイレベルを示すと、ＡＮＤ回路３０５からクロック信号Ｖａが出力される。かかるクロック信号Ｖａは、位相Φで定義される。ＡＮＤ回路３０５からのクロック信号Ｖａは、本チャージポンプ回路１００に入力される。具体的には、上述のスイッチング素子端子に印加される。

ＥＸＯＲ回路３０５には、ＡＮＤ回路３０５からのクロック信号Ｖａ及び制御信号Ｃｔｒｌが入力される。すなわち、ＡＮＤ回路３０５からのクロック信号Ｖａが入力された状態で、制御信号Ｃｔｒｌがハイレベルを示すと、クロック信号Ｖａの位相を反転したクロック信号Ｖｂが出力される。この場合におけるクロック信号Ｖｂは、位相／Φで定義される。一方、制御信号Ｃｔｒｌがローレベルを示すと、クロック信号Ｖａの位相と同位相のクロック信号Ｖｂが出力される。この場合におけるクロック信号Ｖｂは、位相Φで定義される。ＥＸＯＲ回路からのクロック信号Ｖｂは、本チャージポンプ回路１００に入力される。具体的には、上述のコンデンサ端子に印加される。

図３に示す電子回路３００においては、チャージポンプ回路１００の主電源Ｖｄｄ側に、他の負荷（図中のOther
loadで示している）、あるいは他のチャージポンプ回路が有するコンデンサＣｏ（図中、他のチャージポンプ回路は省略している）が接続されるように設計されている。したがって、チャージバック制御により主電源Ｖｄｄ側に移動した電荷は、通常動作中の他の負荷又は他のチャージポンプ回路に供給される。なお、他の電源系に対して回生することも可能である。

図４は、図３に示す電子回路３００において、チャージポンプ回路１００を停止する際における制御信号Ｃｔｒｌやクロック信号Ｖａ、Ｖｂ等のタイミングチャートを示す図である。

チャージポンプ回路１００が通常制御を実行している場合、電子回路３００においては、発振器（ＯＳＣ）３０１からクロック信号が出力され、制御信号Ｃｔｒｌはハイレベルを示している。このため、ＡＮＤ回路３０５からクロック信号Ｖａがチャージポンプ回路１００に出力されると共にＥＸＯＲ回路３０６に出力される。クロック信号Ｖａが入力された状態で、制御信号Ｃｔｒｌがハイレベルを示しているので、ＥＸＯＲ回路３０６からクロック信号Ｖｂ（位相／Φ）がチャージポンプ回路１００に出力される。

通常制御を行っている場合には、チャージポンプ回路１００からの出力電圧Ｖｏｕｔ、すなわち、負荷１０２側の電圧は基準電圧ＶＬを上回った状態を維持している。したがって、コンパレータ３０２から出力される比較結果信号Ｖｃｏｍｐもハイレベルを示している。

図５は、電子回路３００において、チャージポンプ回路１００が通常制御を実行している場合の電圧の供給経路を説明するための図である。

同図に示すように、チャージポンプ回路１００に、それぞれ位相の反転したクロック信号Ｖａ（位相Φ）及びＶｂ（位相／Φ）が入力されると、主電源Ｖｄｄ側から負荷１０２側への方向のポンプ動作が行われる。これにより、入力電圧Ｖｉｎから昇圧された出力電圧Ｖｏｕｔが負荷１０２側に供給される。このとき、主電源Ｖｄｄからの入力電圧Ｖｉｎと同等の電圧が他の負荷にも供給されている（図中のOther
load）。

そして、図４に示すように、通常制御を行っている状態から停止指示等が指示されると、制御信号Ｃｔｒｌがローレベルに切り替えられる。制御信号Ｃｔｒｌが切り替えられると、ＡＮＤ回路３０５からのクロック信号Ｖａが入力された状態で、制御信号Ｃｔｒｌがローレベルを示すこととなる。このため、ＥＸＯＲ回路３０６からクロック信号Ｖｂ（位相Φ）がチャージポンプ回路１００に出力される。これにより、通常制御がチャージバック制御に切り替えられる。

図６は、電子回路３００において、チャージポンプ回路１００がチャージバック制御を実行している場合の電圧の供給経路を説明するための図である。

同図に示すように、チャージポンプ回路１００に、同位相のクロック信号Ｖａ（位相Φ）及びＶｂ（位相Φ）が入力されると、負荷１０２側から主電源Ｖｄｄ側への方向のポンプ動作が行われる。これにより、例えば、コンデンサＣＬに蓄積された電荷が主電源Ｖｄｄ側の他の負荷に供給される。なお、他の負荷には主電源Ｖｄｄからの入力電圧Ｖｉｎと同等の電圧も供給されている。したがって、チャージバック制御を実行している場合には、他の負荷に主電源Ｖｄｄからの電圧と、チャージポンプ回路１００からの電圧とが供給されることとなる。

このようにチャージバック制御を実行していくと、図４に示すように、負荷１０２側の電圧（出力電圧Ｖｏｕｔ）が次第に低下していく。そして、負荷１０２側の電圧（出力電圧Ｖｏｕｔ）が基準電圧ＶＬを下回ると、比較結果信号Ｖｃｏｍｐがローレベルに切り替わる。

上述のように既に制御信号Ｃｔｒｌはローレベルを示している。このため、比較結果信号Ｖｃｏｍｐがローレベルに切り替わると、ＯＲ回路３０４からの出力信号もローレベルに切り替わる。したがって、ＡＮＤ回路３０５からクロック信号がＥＸＯＲ回路３０６に出力されなくなる。この結果、チャージポンプ回路１００に対するクロック信号の供給が停止され、チャージポンプ回路１００の動作が停止した状態となる。

このように本実施の形態に係るチャージポンプ回路１００を組み込んだ電子回路３００によれば、制御信号Ｃｔｒｌのレベルに応じてチャージバック制御を開始することができる。また、負荷１０２側の電圧状態に応じてチャージバック制御を停止することができる。

以上の説明においては、入力電圧Ｖｉｎを昇圧する昇圧チャージポンプ回路に本発明に係るチャージポンプ回路を適用する場合について示している。しかし、本発明に係るチャージポンプ回路は、昇圧チャージポンプ回路に限らず、入力電圧Ｖｉｎを降圧する降圧チャージポンプ回路に対しても適用することが可能である。以下、本発明に係るチャージポンプ回路を降圧チャージポンプ回路に適用する場合について説明する。

図７は、本発明の実施の形態に係るチャージポンプ回路（降圧チャージポンプ回路）の一実施例を説明するための回路図である。なお、図７においては、通常動作時におけるチャージポンプ回路の状態について示している。

図７において、図１と同一の符号を付した構成要素については同一の機能を有するものとし、その説明を省略する。なお、図７に示すチャージポンプ回路においては、スイッチング素子Ｓ１がｐ型トランジスタで構成され、スイッチング素子Ｓ２がｎ型トランジスタで構成される。

図７に示すチャージポンプ回路７００は、入力電圧Ｖｉｎを降圧して、降圧後の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力するものである。図７においては、スイッチング素子端子に対するクロック信号がハイレベルであり、コンデンサ素子端子に対するクロック信号がローレベルである状態について示している。

クロック信号が同図に示す状態の場合、スイッチング素子Ｓ１が非導通状態となる一方、スイッチング素子Ｓ２が導通状態となる。一方、コンデンサＣｐは低電位状態となる。このため、コンデンサＣＬに蓄積されていた電荷（正電荷）がコンデンサＣｐに移動する。

そして、クロック信号の位相が反転すると、コンデンサＣｐに蓄積された電荷（正電荷）が主電源Ｖｄｄ側に移動する。すなわち、スイッチング素子端子に対するクロック信号がローレベルに反転し、コンデンサ端子に対するクロック信号がハイレベルに反転すると、スイッチング素子Ｓ１が導通状態となる一方、スイッチング素子Ｓ２が非導通状態となる。一方、コンデンサＣｐは高電位状態となる。このため、コンデンサＣｐに蓄積された電荷（正電荷）がスイッチング素子Ｓ１を介して主電源Ｖｄｄ側に移動する。

このようにクロック信号の状態に応じてコンデンサＣｐに電荷を負荷１０２側から移動する動作及びその電荷を主電源Ｖｄｄ側に移動する動作が繰り返される。このとき、負荷１０２側に接続されたコンデンサＣＬは、電荷（負電荷）を保持した状態になる。

このような通常動作時における状態から動作を停止する場合、本実施の形態に係るチャージポンプ回路７００は、負荷１０２に電圧が印加されない状態に近づくように、主電源Ｖｄｄ側から電荷（正電荷）を負荷１０２側に移動する制御を行う。

図８は、本実施の形態に係るチャージポンプ回路（降圧チャージポンプ回路）の動作を停止する直前の状態について示す回路図である。

同図に示すように、通常動作時における状態から動作を停止する際、本チャージポンプ回路７００は、スイッチング素子端子及びコンデンサ端子に対して同位相のクロック信号を印加する。具体的には、スイッチング素子端子に対するクロック信号の位相を、通常動作時と同位相（Φ）に維持する一方、コンデンサ端子に対するクロック信号の位相を反転した位相（Φ）に切り替える。なお、図８においては、双方の端子に対するクロック信号がハイレベルである状態について示している。

図８に示すように、スイッチング素子端子及びコンデンサ端子に対して同位相のクロック信号が印加される場合において、双方の端子に対するクロック信号がローレベルとなる場合、スイッチング素子Ｓ１が導通状態となる一方、スイッチング素子Ｓ２が非導通状態となる。一方、コンデンサＣｐは低電位状態となる。このため、主電源Ｖｄｄ側から電荷（正電荷）がコンデンサＣｐに移動する。

そして、クロック信号の位相が反転すると、図８に示す状態に移行し、コンデンサＣｐに蓄積された電荷（正電荷）が負荷１０２側に移動する。すなわち、スイッチング素子端子及びコンデンサ端子に対するクロック信号がハイレベルに反転すると、スイッチング素子Ｓ１が非導通状態となる一方、スイッチング素子Ｓ２が導通状態となる。一方、コンデンサＣｐは高電位状態となる。このため、コンデンサＣｐに蓄積された電荷（正電荷）がスイッチング素子Ｓ２を介して負荷１０２側に移動する。

このようにクロック信号の状態に応じてコンデンサＣｐに主電源Ｖｄｄ側から電荷（正電荷）を移動する動作及びその電荷（正電荷）を負荷１０２側に移動する動作が繰り返される。これにより、主電源Ｖｄｄ側から負荷１０２側に正電荷が移動する。

このように本実施の形態に係るチャージポンプ回路７００は、通常動作時における状態から動作を停止する際、負荷１０２に電圧が印加されない状態に近づくように、主電源Ｖｄｄ側から電荷（正電荷）を負荷１０２側に移動する制御を行う。具体的には、スイッチング素子端子及びコンデンサ端子にそれぞれ位相の反転したクロック信号を印加することで入力電圧Ｖｉｎを降圧するチャージポンプ回路７００において、コンデンサ端子に対するクロック信号の位相を反転して双方の端子に対するクロック信号の位相を同位相とする。これにより、通常動作時における負荷１０２側から主電源Ｖｄｄ側への方向のポンプ動作と逆方向のポンプ動作が行われる。このため、通常動作時において主電源Ｖｄｄ側に移動した電荷（正電荷）を負荷１０２側に移動する。この結果、本チャージポンプ回路１００の動作を停止する際において、コンデンサＣＬに保持された電荷（負電荷）に応じた電圧が負荷１０２に対して印加されるという事態を確実に回避することができる。

なお、かかるチャージポンプ回路７００におけるチャージバック制御は、図３に示す電子回路３００にチャージポンプ回路７００を組み込むことで可能となる。なお、この場合には、基準電圧ＶＬの変更等の調整が必要となる。

本実施の形態においては、入力電圧Ｖｉｎを昇圧するチャージポンプ回路１００及び入力電圧Ｖｉｎを降圧するチャージポンプ回路７００の双方において、チャージバック制御を実行する場合にコンデンサ端子に対するクロック信号の位相を反転する場合について説明している。しかし、スイッチング素子端子及びコンデンサ端子に対するクロック信号が同位相となれば、これに限定されない。すなわち、スイッチング素子端子に対するクロック信号の位相を反転する構成としてもよい。

また、本実施の形態においては、入力電圧Ｖｉｎを昇圧するチャージポンプ回路１００において、スイッチング素子Ｓ１及びＳ２を、それぞれｎ型トランジスタ及びｐ型トランジスタで構成する場合について説明している。しかし、これに限定されず、他の組合せで構成してもよい。例えば、スイッチング素子Ｓ１及びＳ２を、それぞれｐ型トランジスタ及びｎ型トランジスタ、ｎ型トランジスタ及びｎ型トランジスタ、並びに、ｐ型トランジスタ及びｐ型トランジスタで構成してもよい。また、入力電圧Ｖｉｎを降圧するチャージポンプ回路７００においても同様である。

本発明に係るチャージポンプ回路及びこれを備えた電子回路並びにチャージポンプ回路の駆動方法によれば、チャージポンプ回路の動作を停止する際において、接続された負荷における不具合の発生を確実に回避することができ、接続された負荷に適切且つ長期間に渡って動作させることができる点で有用である。

本発明の実施の形態に係るチャージポンプ回路（昇圧チャージポンプ回路）の一実施例を説明するための回路図 上記実施の形態に係るチャージポンプ回路の動作を停止する直前の状態について示す回路図 上記実施の形態に係るチャージポンプ回路におけるチャージバック制御を実行するための電子回路の一例を示す図 図３に示す電子回路において、チャージポンプ回路を停止する際における制御信号Ｃｔｒｌやクロック信号Ｖａ、Ｖｂ等のタイミングチャートを示す図 図３に示す電子回路において、チャージポンプ回路が通常制御を実行している場合の電圧の供給経路を説明するための図 図３に示す電子回路において、チャージポンプ回路がチャージバック制御を実行している場合の電圧の供給経路を説明するための図 本発明の実施の形態に係るチャージポンプ回路（降圧チャージポンプ回路）の一実施例を説明するための回路図 上記実施の形態に係るチャージポンプ回路の動作を停止する直前の状態について示す回路図 従来のチャージポンプ回路（昇圧チャージポンプ回路）の一実施例を説明するための回路図 従来のチャージポンプ回路に接続された負荷周辺の電圧状態を説明するための図 従来のチャージポンプ回路（降圧チャージポンプ回路）の一実施例を説明するための回路図 従来のチャージポンプ回路に接続された負荷周辺の電圧状態を説明するための図

符号の説明

１００ チャージポンプ回路（昇圧チャージポンプ回路）
１０１ 出力端子
１０２ 負荷
３０１ 発振器（oscillator：ＯＳＣ）
３０２ コンパレータ
３０３ 下限電圧用電圧源
３０４ ＯＲ回路
３０５ ＡＮＤ回路
３０６ ＥＸＯＲ回路
７００ チャージポンプ回路（降圧チャージポンプ回路）

Claims (13)

1. 電源に接続される第１のスイッチング素子と、負荷に接続される第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との間に接続されるコンデンサ素子と、を具備するチャージポンプ回路であって、通常動作時に前記第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子及びコンデンサ素子に印加されるクロック信号のいずれかの位相を反転することで通常動作時における電荷の移動方向と逆方向に電荷を移動させることを特徴とするチャージポンプ回路。
2. 通常動作を行っている状態から当該通常動作を停止する際に前記第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子及びコンデンサ素子に印加されるクロック信号のいずれかの位相を反転することを特徴とする請求項１記載のチャージポンプ回路。
3. 前記チャージポンプ回路は、電源から供給される入力電圧を昇圧して、昇圧後の電圧を出力電圧として負荷に出力する昇圧チャージポンプ回路を構成し、通常動作時に電源側から負荷側に電荷を移動させる一方、当該通常動作を停止する際に負荷側から電源側に電荷を移動させることを特徴とする請求項２記載のチャージポンプ回路。
4. 前記第１のスイッチング素子をｎ型トランジスタ、前記第２スイッチング素子をｐ型トランジスタで構成し、通常動作時に前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子に対して同位相のクロック信号を印加すると共に前記コンデンサ素子に対して前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子に対するクロック信号の位相を反転した位相のクロック信号を印加する一方、当該通常動作を停止する際に前記コンデンサ素子に印加されるクロック信号の位相を反転することを特徴とする請求項３記載のチャージポンプ回路。
5. 前記チャージポンプ回路は、電源から供給される入力電圧を降圧して、降圧後の電圧を出力電圧として負荷に出力する降圧チャージポンプ回路を構成し、通常動作時に負荷側から電源側に電荷を移動させる一方、当該通常動作を停止する際に電源側から負荷側に電荷を移動させることを特徴とする請求項２記載のチャージポンプ回路。
6. 前記第１のスイッチング素子をｐ型トランジスタ、前記第２スイッチング素子をｎ型トランジスタで構成し、通常動作時に前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子に対して同位相のクロック信号を印加すると共に前記コンデンサ素子に対して前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子に対するクロック信号の位相を反転した位相のクロック信号を印加する一方、当該通常動作を停止する際に前記コンデンサ素子に印加されるクロック信号の位相を反転することを特徴とする請求項５記載のチャージポンプ回路。
7. 請求項１記載のチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回路にクロック信号を供給する発振器と、前記チャージポンプ回路に供給されるクロック信号の位相を切り替える位相切替え手段と、を具備し、前記位相切替え手段は、前記チャージポンプ回路の停止を指示する信号に応じて、前記チャージポンプ回路が有する第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子及びコンデンサ素子に通常動作時に印加されるクロック信号のいずれかの位相を反転することを特徴とする電子回路。
8. 前記チャージポンプ回路の出力電圧と基準電圧とを比較するコンパレータと、前記基準電圧として予め定められた限界電圧を前記コンパレータに供給する限界電圧用電源と、をさらに具備し、前記チャージポンプ回路の出力電圧が前記基準電圧に到達すると、前記発振器からのクロック信号の供給を停止することを特徴とする請求項７記載の電子回路。
9. 電源に接続される第１のスイッチング素子と、負荷に接続される第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との間に接続されるコンデンサ素子と、を具備するチャージポンプ回路の駆動方法であって、通常動作時に前記第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子及びコンデンサ素子に印加されるクロック信号に応じて電荷を第１方向に移動させ、当該通常動作を停止する際に前記第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子及びコンデンサ素子に印加されるクロック信号のいずれかの位相を反転することで前記第１方向と逆方向である第２方向に電荷を移動させることを特徴とするチャージポンプ回路の駆動方法。
10. 前記チャージポンプ回路は、電源から供給される入力電圧を昇圧して、昇圧後の電圧を出力電圧として負荷に出力する昇圧チャージポンプ回路を構成し、通常動作時に電源側から負荷側に電荷を移動させる一方、当該通常動作を停止する際に負荷側から電源側に電荷を移動させることを特徴とする請求項９記載のチャージポンプ回路の駆動方法。
11. 前記第１のスイッチング素子をｎ型トランジスタ、前記第２スイッチング素子をｐ型トランジスタで構成し、通常動作時に前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子に対して同位相のクロック信号を印加すると共に前記コンデンサ素子に対して前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子に対するクロック信号の位相を反転した位相のクロック信号を印加する一方、当該通常動作を停止する際に前記コンデンサ素子に印加されるクロック信号の位相を反転することを特徴とする請求項１０記載のチャージポンプ回路の駆動方法。
12. 前記チャージポンプ回路は、電源から供給される入力電圧を降圧して、降圧後の電圧を出力電圧として負荷に出力する降圧チャージポンプ回路を構成し、通常動作時に負荷側から電源側に電荷を移動させる一方、当該通常動作を停止する際に電源側から負荷側に電荷を移動させることを特徴とする請求項９記載のチャージポンプ回路の駆動方法。
13. 前記第１のスイッチング素子をｐ型トランジスタ、前記第２スイッチング素子をｎ型トランジスタで構成し、通常動作時に前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子に対して同位相のクロック信号を印加すると共に前記コンデンサ素子に対して前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子に対するクロック信号の位相を反転した位相のクロック信号を印加する一方、当該通常動作を停止する際に前記コンデンサ素子に印加されるクロック信号の位相を反転することを特徴とする請求項１２記載のチャージポンプ回路の駆動方法。
    

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