JP2009055722A - チャージポンプ方式電源回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基準電圧Vrefと出力端子4からの帰還電圧に応じて電源電圧を降圧する降圧レギュレータ2と、降圧レギュレータの出力電圧VREGによって充電し、電源電圧VINによって放電することで生ずる昇圧電圧を出力端子に供給するチャージポンプ回路部3とを有する。チャージポンプ回路部は、出力端子と降圧レギュレータとの間に直列に接続されるスイッチSW1及びスイッチSW2と、電源と接地との間に直列に接続されるスイッチSW3及びスイッチSW4と、コンデンサCとを有し、スイッチはMOSトランジスタからなる。
【選択図】 図1
Description
この図10に示すチャージポンプ方式電源回路は、充放電用のスイッチング素子のオン抵抗や前段に接続される回路(降圧レギュレータ)のトランジスタ抵抗等のために電圧降下が発生し、設定された昇圧比に対して所望の出力電圧が得られないという問題があった。また、従来の電源回路は、スイッチング素子のサイズが大きくなることによって回路規模が大きくなってしまうという問題があった。
図1は、チャージポンプ方式電源回路の回路図である。この実施例のチャージポンプ方式電源回路は、基準電圧Vrefと出力端子4からの帰還電圧に応じて電源1から供給された入力電圧VINを降圧する降圧レギュレータ2と、降圧レギュレータ2の出力電圧VREGによって充電し、入力電圧VINによって放電することで生ずる昇圧電圧Voutを出力端子4に供給するチャージポンプ回路部3とを具備している。
チャージポンプ方式電源回路は、電源1から供給された入力電圧VINを設定された昇圧率で昇圧するチャージポンプ回路部3、チャージポンプ回路部3への入力電圧VINを定電圧化するための降圧レギュレータ2、分圧抵抗R1、R2及び出力電圧Voutを充電するコンデンサCを備える。
コンデンサCは、チャージポンプ回路部3の出力と出力端子4との間の接続点に一端が接続され、他端が直列接続された分圧抵抗R1と分圧抵抗R2との接続点及び演算増幅器21の第1の入力(+)間にある接続点に接続されている。
チャージポンプ回路部3は、内部に設けられたスイッチのオン/オフ動作により昇圧用コンデンサを選択的に充放電して、入力電圧VINを設定された昇圧率で昇圧して出力電圧Voutを出力する昇圧回路である。
チャージポンプ回路部3に含まれるコンデンサC1は、降圧レギュレータ2の出力電圧VREGが一端に印加されることによって充電され、電源1からの入力電圧VINが他端に印加されることによって放電される。充電時には、降圧レギュレータ2を構成するMOSトランジスタ22の出力端からの出力電圧VREGは、第1の入力端からオン状態の第1のスイッチSW1を通って昇圧用コンデンサC1に充電される。この時、第2のスイッチSW2及び第3のスイッチSW3は、オフ状態であり、第4のスイッチSW4は、オン状態である。放電時には、電源1から供給される入力電圧VINは、第2の入力端からオン状態の第3のスイッチSW3を通り、昇圧用コンデンサC1の充電電圧VREGを付加しオン状態の第2のスイッチSW2を通って出力端子4から出力電圧Voutとして出力する。この出力は、例えば、白色LEDを発光させる電源として用いられる。この時、第1のスイッチSW1及び第4のスイッチSW4は、オフ状態にある。
このチャージポンプ回路部3において、昇圧比が2倍のときの出力は、VREG+VINである。入力電圧VINの上昇に伴ってチャージポンプ回路部3の出力が上がると降圧レギュレータ2の出力電圧VREGは減少するため、入力電圧VINにかかわらず出力電圧Voutは、昇圧比に対して一定である。
以上、この実施例では、チャージポンプ回路部の前段に接続される降圧レギュレータの出力電圧VREGで充電するため、従来例と比べてスイッチング素子の入力電圧が小さくなる。そのため、耐圧およびサイズを小さくすることができ、回路規模を小さくすることができる。放電時の電流経路は、降圧レギュレータを通らないため、降圧レギュレータに含まれるスイッチング素子の抵抗による出力の電圧降下を少なくすることが出来るギュレータに含まれるスイッチング素子の抵抗による出力の電圧降下を少なくすることが可能になる。
図2は、チャージポンプ方式電源回路の回路図、図3乃至図9は、チャージポンプ方式電源回路の充放電方法を説明する概略回路図である。
この実施例は、チャージポンプ回路部の構成が実施例1とは相違する。この実施例のチャージポンプ方式電源回路は、基準電圧Vrefと出力端子4からの帰還電圧に応じて電源1から供給された入力電圧VINを降圧する降圧レギュレータ2と、降圧レギュレータ2の出力電圧VREGによって充電し、入力電圧VINによって放電することで生ずる昇圧電圧(出力電圧)Voutを出力端子4に供給するチャージポンプ回路部6とを具備している。
チャージポンプ方式電源回路は、電源1から供給された入力電圧VINを設定された昇圧率で昇圧するチャージポンプ回路部6、チャージポンプ回路部6への入力電圧VINを定電圧化するための降圧レギュレータ2、分圧抵抗R1、R2及び出力電圧Voutを充電するコンデンサCを備える。
チャージポンプ回路部6は、実施例1と同様に内部に設けられたスイッチのオン/オフ動作により昇圧用コンデンサを選択的に充放電して、入力電圧VINを設定された昇圧率で昇圧して出力電圧Voutを出力する昇圧回路である。
チャージポンプ回路部6は、電源1と出力端子4との間に複数並列接続(この実施例では2つの回路を用いる)されたチャージポンプ回路61、62から構成され、チャージポンプ回路61、62間にはそれぞれスイッチが設けられている(この実施例では第5のスイッチSW5を用いる)ことを特徴としている。
第1のチャージポンプ回路61は、出力端子4と降圧レギュレータ2を構成するMOSトランジスタ22の出力端との間に直列に接続された第1のスイッチSW1及び第2のスイッチSW2と、電源1と接地端との間に直列に接続された第3のスイッチSW3及び第4のスイッチSW4と、一端が第1のスイッチSW1と第2のスイッチSW2の接続点に接続されると共に他端が第3のスイッチSW3と第4のスイッチSW4との接続点に接続される昇圧用コンデンサC1とから構成されている。これら第1乃至第4のスイッチSW1〜SW4は、例えば、MOSトランジスタから構成されている。
第2のチャージポンプ回路62は、出力端子4とMOSトランジスタ22の出力端との間に直列に接続された第6のスイッチSW6及び第7のスイッチSW7と、電源1と接地端との間に直列に接続された第8のスイッチSW8及び第9のスイッチSW9と、一端が第6のスイッチSW6と第7のスイッチSW7の接続点に接続されると共に他端が第8のスイッチSW8と第9のスイッチSW9との接続点に接続される昇圧用コンデンサC2とから構成されている。これら第6乃至第9のスイッチSW6〜SW9は、例えば、MOSトランジスタから構成されている。入力電圧VINが入力される第2のチャージポンプ回路62の第2の入力端66には、第8のスイッチSW8が接続され、出力電圧VREGが入力される第1の入力端65は、第6のスイッチSW6に接続される。
このように、チャージポンプ回路部6の前段に出力端子4からの帰還電圧に応じて電源1から供給された入力電圧VINを降圧する降圧レギュレータ2が接続され、充電時のみ降圧レギュレータ2の出力電圧VREGがチャージポンプ回路部6の昇圧用コンデンサC1又はC2もしくは双方に供給されるように構成されている。
図3に示すように、出力が1倍(VREG)モードの場合は、降圧レギュレータ2の出力(VREG)を出力電圧Voutとする。第1のスイッチSW1、第2のスイッチSW2、第6のスイッチSW6及び第7のスイッチSW7をオン状態とし、他のスイッチはオフ状態に制御すると、降圧レギュレータ2の出力から出力端子3まで2つの放電経路がある。第1のスイッチSW1及び第2のスイッチSW2を通る経路と第6のスイッチSW6及び第7のスイッチSW7を通る経路の2つがある。この出力が1倍モードの場合、降圧レギュレータ2は、単にスイッチとして作用する(例えば、VINが2.7〜4.6Vで、Voutを4.9Vと設定した場合)。この場合、スイッチングがないので、出力電圧Voutにはリップルが発生しない。
放電経路は、第2のスイッチSW2、第3のスイッチSW3、第7のスイッチSW7及び第8のスイッチSW8をオン状態にし、他のスイッチをオフにする。この充電方法により、電源(VIN)と出力端子4との間に第2のスイッチSW2及び第3のスイッチSW3を通る経路と、第7のスイッチSW7及び第8のスイッチSW8を通る経路の2つの放電経路が形成される。
放電経路は、第2のスイッチSW2、第3のスイッチSW3、第7のスイッチSW7及び第8のスイッチSW8をオン状態にし、他のスイッチをオフにする。この放電方法により、電源(VIN)と出力端子4との間に第2のスイッチSW2及び第3のスイッチSW3を通る経路と、第7のスイッチSW7及び第8のスイッチSW8を通る経路の2つの放電経路が形成される。充放電時において、コンデンサC1、C2を繋ぐ第5のスイッチSW5は常にオフ状態になっている。2つの放電経路が出力端子4で合成されて、VREG+VINの出力電圧Voutが上昇して出力する。
充電経路は、第1のスイッチSW1、第4のスイッチSW4、第6のスイッチSW6及び第9のスイッチSW9をオン状態にし、他のスイッチをオフにする。この充電方法により、充電用コンデンサC1、C2の容量に降圧レギュレータ2の出力電圧VREGの電圧まで充電される。コンデンサC1、C2には、各VREGの電圧がかかる。
放電経路は、第2のスイッチSW2、第5のスイッチSW5及び第8のスイッチSW8をオン状態にし、他のスイッチをオフにする。この放電方法により、電源(VIN)と出力端子4との間に第8のスイッチSW8及び第5のスイッチSW5及び第2のスイッチSW2を通る放電経路が形成される。充放電時において、コンデンサC1、C2を繋ぐ第5のスイッチSW5は常にオン状態になっている。コンデンサC1、C2の電圧が合成されて、2VREG+VINの出力電圧Voutが出力する。
以上、この実施例では、チャージポンプ回路部の前段に接続される降圧レギュレータの出力電圧VREGで充電するため、従来例と比べてスイッチング素子の入力電圧が小さくなる。そのため、耐圧及びサイズを小さくすることができ、回路規模を小さくすることができる。放電時の電流経路は、降圧レギュレータを通らないため、降圧レギュレータに含まれるスイッチング素子の抵抗による出力の電圧降下を少なくすることが出来るレギュレータに含まれるスイッチング素子の抵抗による出力の電圧降下を少なくすることが可能になる。
放電時の電圧降下を避ける構成であるため、昇圧比を可変する構成にしても出力の電圧降下を少なくすることが出来る。
2・・・降圧レギュレータ
3、6・・・チャージポンプ回路部
4・・・出力端子
5・・・基準電圧源
21・・・演算増幅器
22・・・MOSトランジスタ
61、62・・・チャージポンプ回路
63−66・・・入力端
Claims (3)
- 基準電圧と出力端子からの帰還電圧に応じて電源からの電圧を降圧する降圧レギュレータと、前記降圧レギュレータの出力電圧によって充電し、前記電源電圧によって放電することで生ずる昇圧電圧を前記出力端子に供給するチャージポンプ回路部とを具備したことを特徴とするチャージポンプ方式電源回路。
- 前記チャージポンプ回路部は、前記出力端子と前記降圧レギュレータの出力端との間に直列に接続される第1のスイッチ及び第2のスイッチと、前記電源と接地との間に直列に接続される第3のスイッチ及び第4のスイッチと、一端が前記第1のスイッチと前記第2のスイッチの接続点に接続されると共に他端が前記第3のスイッチと前記第4のスイッチとの接続点に接続されるコンデンサとを有し、前記第1乃至第4のスイッチは、MOSトランジスタからなることを特徴とする請求項1に記載されたチャージポンプ方式電源回路。
- 前記チャージポンプ回路部は、前記電源と前記出力端子との間に複数並列接続されたチャージポンプ回路から構成され、前記複数並列接続されたチャージポンプ回路間にはそれぞれスイッチが設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のチャージポンプ方式電源回路。
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