JP2009033867A - チャージポンプ回路ならびにその制御回路および制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1スイッチ群10は、入力電圧Vinを利用してフライングキャパシタCf1を充電する経路に設けられたスイッチ(SW1、SW2)を含む。第2スイッチ群12は、フライングキャパシタCf1に蓄えられた電荷を利用して出力キャパシタCo1を充電する経路に設けられたスイッチ(SW3、SW4)を含む。パルス変調器20は、デューティ比が、チャージポンプ回路120の出力電圧Voutに応じた帰還電圧Vfbが所定の基準電圧Vrefと一致するように調節されるパルス信号Spwm3を生成する。ドライバ40は、パルス変調器20からパルス信号Spwm3を受け、パルス信号Spwm3のハイ期間THに応じた期間、第1スイッチ群10、第2スイッチ群12のいずれか一方をオンし、そのロー期間TLに応じた期間、他方をオンする。
【選択図】図1
Description
この場合、第2スイッチ群がオンする時間の方が、第1スイッチ群がオンする状態より長くなるため、出力電圧のリップルを低減できる。
出力キャパシタに供給される電荷は、デューティ比が0%から大きくなるに従って増加し、デューティ比がある所定値のとき最大となる。デューティ比が所定値を超えて大きくなると、逆に出力キャパシタに供給される電荷が減少していく。したがって、パルス信号のデューティ比の上限値を所定値以下の値に設定することにより、回路を安定動作させることができる。
軽負荷時において負荷電流が減少するに従い、帰還電圧が高くなりデューティ比が小さくなっていく。デューティ比が下限値より小さくなったときに、パルス信号のデューティ比を固定することにより、チャージポンプ回路のスイッチング動作を一時的に停止して間欠動作させることができる。その結果、チャージポンプ回路の消費電流を低減することができる。
この場合、負荷に接続される容量が大きな状態で、スイッチング動作が停止するため、出力電圧Voutのリップルを低減できる。
この場合、第2スイッチ群がオンする時間の方が、第1スイッチ群がオンする状態より長くなるため、出力電圧のリップルを低減できる。
出力キャパシタに供給される電荷は、デューティ比が100%から小さくなるに従って増加し、デューティ比が所定値のとき最大となる。デューティ比が所定値を跨いで小さくなると、逆に出力キャパシタに供給される電荷が減少していく。したがって、パルス信号のデューティ比の下限値を所定値以下の値に設定することにより、回路を安定動作させることができる。
この場合、軽負荷時に間欠動作させることができ、消費電流を低減できる。
この場合、負荷に接続される容量が大きな状態で、スイッチング動作が停止するため、出力電圧のリップルを低減できる。
同様に、「部材Aと部材Bの間に部材Cが設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
(1)0%〜βmax%
(2)γmin%〜100%
のいずれかに設定することができる。以下、それぞれの範囲におけるフィードバック制御について説明する。
パルス変調器20は、帰還電圧Vfbが低いほどハイ期間THが長くなるようにパルス信号Spwm3を変調する。このとき、パルス信号Spwm3のデューティ比に上限値βmaxを設定し、パルス信号Spwm3のデューティ比が0%から上限値βmax%の範囲で変化するように変調する。
したがって、パルス信号Spwm3のハイ期間THに応じた時間を、充電期間φ1に割り当てることにより、放電期間φ2の方が充電期間φ1より長くなるため、出力電圧Voutのリップルを小さくできる。
図3(a)に示すように、負荷電流がある程度大きく一定値の場合、フィードバックによってパルス信号Spwm1のデューティ比が調節される。第1スイッチ群10は、パルス信号Spwm3がハイレベルとなる充電期間φ1にオンとなり、第2スイッチ群12は、パルス信号Spwm1がローレベルとなる放電期間φ2にオンとなる。充電期間φ1においては、出力キャパシタCo1から負荷電流が流れ出るため、出力電圧Voutは低下する。放電期間φ2においては、出力キャパシタCo1がフライングキャパシタCf1を用いて充電されるため、出力電圧Voutが上昇する。充電期間φ1と放電期間φ2を繰り返すことにより、出力電圧Voutはわずかに変動しながら目標値付近に安定化される。
ただし、本発明はこれに限定されず、軽負荷時にパルス信号Spwm3をハイレベルに固定してもよい。
Dsr=1−Vin/Vout
で与えられる。すなわち、パルス信号のデューティ比が入力電圧Vinと出力電圧の目標値Voutに応じて調節される。
第1の制御方法では、帰還電圧Vfbが低いほどハイ期間THが長くなるようにパルス信号を変調した。これに対して、第2の制御方法では、帰還電圧Vfbが低いほどロー期間TLが長くなるようにパルス信号Spwm3を変調する。さらに、パルス信号Spwm3のデューティ比に下限値γminを設定し、パルス信号Spwm3のデューティ比が下限値γmin%から100%の範囲で変化するように変調する。
Claims (15)
- 少なくともひとつのフライングキャパシタと、少なくともひとつの出力キャパシタと、を有するチャージポンプ回路の制御回路であって、
入力電圧を利用して前記フライングキャパシタを充電する経路に設けられた少なくともひとつのスイッチを含む第1スイッチ群と、
前記フライングキャパシタに蓄えられた電荷を利用して前記出力キャパシタを充電する経路に設けられた少なくともひとつのスイッチを含む第2スイッチ群と、
デューティ比が、前記チャージポンプ回路の出力電圧に応じた帰還電圧が所定の基準電圧と一致するように調節されるパルス信号を生成するパルス変調器と、
前記パルス変調器から前記パルス信号を受け、前記パルス信号のハイ期間に応じた期間、前記第1、第2スイッチ群のいずれか一方をオンし、そのロー期間に応じた期間、他方をオンするドライバと、
を備え、前記パルス変調器は、前記パルス信号のデューティ比を所定の範囲に制限することを特徴とする制御回路。 - 前記パルス変調器は、周期が一定でパルス幅が変化するパルス幅変調を行うことを特徴とする請求項1に記載の制御回路。
- 前記パルス変調器は、帰還電圧が低いほどハイ期間が長くなるように前記パルス信号を変調し、かつ前記パルス信号のデューティ比に上限値を設定し、前記パルス信号のデューティ比が前記上限値以下の範囲で変化するように変調することを特徴とする請求項1に記載の制御回路。
- 前記ドライバは、前記パルス信号のハイ期間に応じた期間、前記第1スイッチ群をオンし、ロー期間に応じた期間、前記第2スイッチ群をオンすることを特徴とする請求項3に記載の制御回路。
- 前記上限値は、0%より大きく、チャージポンプ回路の負荷に対する電流供給能力が最大となるときのデューティ比以下の値に設定されることを特徴とする請求項3に記載の制御回路。
- 前記パルス変調器はさらに、前記パルス信号のデューティ比を所定の下限値と比較し、前記パルス信号のデューティ比が前記下限値より小さいとき、前記パルス信号のレベルを固定することを特徴とする請求項3に記載の制御回路。
- 前記パルス変調器は、前記パルス信号のデューティ比が前記下限値より小さいとき、前記第2スイッチ群がオンするように、前記パルス信号のレベルを固定することを特徴とする請求項6に記載の制御回路。
- 前記パルス変調器は、帰還電圧が低いほどロー期間が長くなるように前記パルス信号を変調し、かつ前記パルス信号のデューティ比に下限値を設定し、前記パルス信号のデューティ比が前記下限値以上の範囲で変化するように変調することを特徴とする請求項1に記載の制御回路。
- 前記ドライバは、前記パルス信号のロー期間に応じた期間、前記第1スイッチ群をオンし、ハイ期間に応じた期間、前記第2スイッチ群をオンすることを特徴とする請求項8に記載の制御回路。
- 前記下限値は、100%より小さく、チャージポンプ回路の負荷に対する電流供給能力が最大となるときのデューティ比以上の値に設定されることを特徴とする請求項8に記載の制御回路。
- 前記パルス変調器はさらに、前記パルス信号のデューティ比に上限値を設定し、前記パルス信号のデューティ比が前記上限値より大きいとき、前記パルス信号のレベルを固定することを特徴とする請求項8に記載の制御回路。
- 前記パルス変調器は、前記パルス信号のデューティ比が前記上限値より大きいとき、前記第2スイッチ群がオンするように、前記パルス信号のレベルを固定することを特徴とする請求項11に記載の制御回路。
- フライングキャパシタと、
出力キャパシタと、
前記フライングキャパシタおよび前記出力キャパシタの充放電状態を制御する請求項1から12のいずれかに記載の制御回路と、
を備えることを特徴とするチャージポンプ回路。 - 少なくともひとつのフライングキャパシタと、少なくともひとつの出力キャパシタと、を有するチャージポンプ回路の制御方法であって、
入力電圧を利用して前記フライングキャパシタを充電するステップと、
前記フライングキャパシタに蓄えられた電荷を利用して前記出力キャパシタを充電するステップと、
前記チャージポンプ回路の出力電圧に応じた帰還電圧と所定の基準電圧との誤差を増幅した誤差電圧を生成するステップと、
前記誤差電圧を所定の周期の三角波信号でスライスし、パルス幅変調されたパルス信号を生成するステップと、
前記パルス信号のパルス幅を、所定の範囲に制限するステップと、
前記パルス信号のハイ期間に応じた時間、前記第1、第2スイッチ群の一方をオンし、ロー期間に応じた時間、他方のスイッチ群をオンするステップと、
を備えることを特徴とする制御方法。 - 前記パルス信号のロー期間とハイ期間のうち、時間が長い方に第2スイッチ群のオンを割り当て、短い方に第1スイッチ群のオンを割り当てることを特徴とする請求項14に記載の制御方法。
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