以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る半導体装置21および昇圧回路11の構成を示すブロック図である。
半導体装置21は、昇圧回路11と内部回路106とを含む。昇圧回路11は、入力電圧Vinを受けて昇圧電圧Voutを出力するように構成される。内部回路106は、昇圧電圧Voutを電源電圧として受ける回路である。内部回路106は、昇圧電圧Voutを受ける回路であれば特に限定されないが、たとえば液晶パネルの駆動回路などである。
昇圧回路11は、入力電圧Vinを昇圧する際の昇圧倍率を示す変数の値BR1を保持するレジスタ102と、変数の値BR1が示す昇圧倍率で入力電圧Vinを昇圧して昇圧電圧Voutを出力するチャージポンプ回路104と、昇圧電圧Voutが過電圧を判定するための判定値を超えたことを検出する過電圧検出回路105と、レジスタ102への変数の値BR1の書き込みを制御する昇圧倍率制御回路103とを備える。
昇圧倍率制御回路103は、昇圧電圧Voutが判定値を超えたことを過電圧検出回路105が検出した場合に、レジスタ102に対して変数の値BR1の書き込みを行なう。
昇圧回路11は、さらに、昇圧倍率を示す変数に対する設定値BR2を記憶する不揮発性メモリ101を備える。昇圧倍率制御回路103は、昇圧電圧Voutが判定値を超えたことを過電圧検出回路105が検出した場合に、不揮発性メモリ101から設定値BR2を読み出し、読み出された設定値BR2を変数の値BR1としてレジスタ102に対して書き込む。
チャージポンプ回路104は、複数の昇圧倍率を切り替え可能に構成されており、レジスタ102に格納された昇圧倍率を示す変数の値BR1に基づいた昇圧電圧Voutを生成する。
このような構成の昇圧回路11においては、過電圧故障を防ぐために、過電圧を検出するとチャージポンプ回路104の昇圧動作を停止させることが考えられる。チャージポンプ回路104の昇圧動作を停止させると昇圧電圧は低下する。そして、昇圧電圧が過電圧検出判定値よりも低下すると、チャージポンプ回路の動作が再開される。
しかしながら、このように昇圧動作の停止および再開を行なうと、過電圧の原因が解消していない場合には、間欠的に繰り返し過電圧が発生し、その結果昇圧電圧のリップルが増大する恐れがある。たとえば、液晶表示装置に用いられるLED(Light-Emitting Diode)またはLCD(Liquid Crystal Display)ドライバIC(Integrated Circuit)に搭載されたチャージポンプ回路が、過電圧の発生を繰り返すと、リップルの増大によって液晶表示装置の画面にちらつきが発生する。
本実施の形態においては、このような課題を解決するために、昇圧電圧のリップル増大を抑制しながら過電圧を防止することができる昇圧回路を提案する。以下に、チャージポンプ回路の構成および動作を説明した後に、昇圧回路21の過電圧を防止する動作について説明する。
図2は、チャージポンプ回路104の構成を示す回路図である。図2を参照して、チャージポンプ回路104は、入力ノードNinに供給された入力電圧Vinを昇圧して昇圧した電圧をノードN2に出力するポンプ部400と、昇圧電圧Voutを出力する出力ノードNoutとポンプ部400の出力との間に接続されるスイッチ素子404とを含む。チャージポンプ回路104は、さらに、出力ノードNoutと接地ノードとの間に接続されるキャパシタ503と、スイッチ制御回路510とを含む。
ポンプ部400は、入力ノードNinとノードN1との間に接続されるスイッチ素子401と、ノードN1と接地ノードとの間に接続されるスイッチ素子402と、入力ノードNinとノードN2との間に接続されるスイッチ素子403とを含む。
ポンプ部400は、さらに、ノードN2とノードN3との間に接続されるキャパシタ501と、ノードN3とノードN1との間に接続されるスイッチ素子407と、ノードN2とノードN4との間に接続されるスイッチ素子405と、ノードN3とノードN4との間に接続されるスイッチ素子406と、ノードN4とノードN1との間に接続されるキャパシタ502とを含む。
好ましくは、スイッチ素子401~407は、それぞれ制御電極にゲート制御信号G401~G407を受けるトランジスタである。トランジスタは、たとえば、MOS電界効果トランジスタ(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)でもバイポーラトランジスタでもよい。
スイッチ制御回路510は、レジスタ102から変数の値BR1を受け、受けた変数の値BR1に対応する昇圧倍率でポンプ部400が昇圧動作を行なうように、ゲート制御信号G401~G407を出力する。
図3は、昇圧倍率が1.5倍の場合のチャージポンプ回路のスイッチ素子の制御状態を説明するための図である。変数の値BR1が示す昇圧倍率が1.5倍である場合には、図3に示したモード1-1、モード1-2の各スイッチの制御状態が交互に繰り返される。
図4は、昇圧倍率が1.5倍の場合のモード1-1における各スイッチ素子の制御状態を説明するための回路図である。図3、図4に示されるように、モード1-1においては、スイッチ素子401,402,403,404,405,406,407は、それぞれの状態が、OFF,ON,ON,OFF,OFF,ON,OFFとなるように制御される。この状態では、キャパシタ501とキャパシタ502が接地ノードと入力ノードNinとの間に直列に接続されるので、キャパシタ501,502の各々には、0.5×Vinの電圧が印加される。
図5は、昇圧倍率が1.5倍の場合のモード1-2における各スイッチ素子の制御状態を説明するための回路図である。図3、図5に示されるように、モード1-2においては、スイッチ素子401,402,403,404,405,406,407は、それぞれの状態が、ON,OFF,OFF,ON,ON,OFF,ONとなるように制御される。この状態では、キャパシタ501とキャパシタ502が入力ノードNinと出力ノードNoutとの間に並列に接続されるので、0.5×Vinの電圧が入力電圧Vinに加算され、昇圧電圧Voutは1.5×Vinとなる。
図6は、昇圧倍率が2倍の場合のチャージポンプ回路のスイッチ素子の制御状態を説明するための図である。変数の値BR1が示す昇圧倍率が2倍である場合には、図6に示したモード2-1、モード2-2の各スイッチの制御状態が交互に繰り返される。
図7は、昇圧倍率が2倍の場合のモード2-1における各スイッチ素子の制御状態を説明するための回路図である。図6、図7に示されるように、モード2-1においては、スイッチ素子401,402,403,404,405,406,407は、それぞれの状態が、OFF,ON,ON,OFF,ON,OFF,ONとなるように制御される。この状態では、キャパシタ501とキャパシタ502が接地ノードと入力ノードNinとの間に並列に接続されるので、キャパシタ501,502の各々には、1.0×Vinの電圧が印加される。
図8は、昇圧倍率が2倍の場合のモード2-2における各スイッチ素子の制御状態を説明するための回路図である。図6、図8に示されるように、モード2-2においては、スイッチ素子401,402,403,404,405,406,407は、それぞれの状態が、ON,OFF,OFF,ON,ON,OFF,ONとなるように制御される。この状態では、キャパシタ501とキャパシタ502が入力ノードNinと出力ノードNoutとの間に並列に接続されるので、1.0×Vinの電圧が入力電圧Vinに加算され、昇圧電圧Voutは2.0×Vinとなる。
図9は、昇圧倍率が3倍の場合のチャージポンプ回路のスイッチ素子の制御状態を説明するための図である。変数の値BR1が示す昇圧倍率が3倍である場合には、図9に示したモード3-1、モード3-2の各スイッチの制御状態が交互に繰り返される。
図10は、昇圧倍率が3倍の場合のモード3-1における各スイッチ素子の制御状態を説明するための回路図である。図9、図10に示されるように、モード3-1においては、スイッチ素子401,402,403,404,405,406,407は、それぞれの状態が、OFF,ON,ON,OFF,ON,OFF,ONとなるように制御される。この状態では、キャパシタ501とキャパシタ502が接地ノードと入力ノードNinとの間に並列に接続されるので、キャパシタ501,502の各々には、1.0×Vinの電圧が印加される。
図11は、昇圧倍率が3倍の場合のモード3-2における各スイッチ素子の制御状態を説明するための回路図である。図9、図11に示されるように、モード3-2においては、スイッチ素子401,402,403,404,405,406,407は、それぞれの状態が、ON,OFF,OFF,ON,OFF,ON,OFFとなるように制御される。この状態では、キャパシタ501とキャパシタ502が入力ノードNinと出力ノードNoutとの間に直列に接続されるので、2.0×Vinの電圧が入力電圧Vinに加算され、昇圧電圧Voutは3.0×Vinとなる。
図12は、実施の形態1における昇圧倍率を示す変数の値BR1の書き換え処理を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図1の昇圧倍率制御回路103において、昇圧動作を実行するメインルーチンから予め定められた制御周期で呼び出されて実行される。図13は、フローチャートの処理を実行する昇圧倍率制御回路103の代表的な構成図である。昇圧倍率制御回路103は、プロセッサ111とメモリ112とを備える。メモリ112には、図12のフローチャートの処理を実行するプログラムが記憶されている。このプログラムがプロセッサ111に読み込まれ、プロセッサ111が昇圧倍率制御回路103として動作する。なお、メモリ112は、図1の不揮発性メモリ101およびレジスタ102を含むものであっても良い。ただし、本実施の形態の昇圧倍率制御回路103は、プロセッサとソフトウエアによって実現される必要はなく、ハードウエアすなわちハードワイヤードロジックなどで実現しても良い。
図12のフローチャートの処理が開始されると、昇圧倍率制御回路103は、ステップS1において過電圧検出回路105が過電圧を検出しているか否かを判断する。過電圧検出回路105が過電圧を検出していない場合(S1でNO)、昇圧倍率制御回路103は、レジスタ102が保持する変数の値BR1を変更することなく、そのままステップS4に処理を進める。
過電圧が発生する原因として、入力電圧Vinに対して昇圧倍率を示す変数の値BR1が適切でないことが考えられる。本来チャージポンプ回路104が行なうべき昇圧動作での昇圧倍率を示す設定値BR2は、予め不揮発性メモリ101に記憶されている。この値は、昇圧回路11を含む半導体装置の電源立ち上げ時に不揮発性メモリ101から読み出されて変数の値BR1としてレジスタ102に書き込まれる。
たとえば、外乱ノイズによりレジスタ102に格納されていた変数の値BR1が変化した場合などに、入力電圧Vinに対して昇圧倍率を示す変数の値BR1が適切でない状態となり得る。たとえば、入力電圧Vinが昇圧倍率を2倍に設定すべき電圧範囲にある場合に、変数の値BR1が3倍の昇圧倍率を示すように変化すると、昇圧電圧Voutが過電圧になる。
したがって、過電圧検出回路105が過電圧を検出している場合(S1でYES)、ノイズなどによってレジスタ102が保持する変数の値BR1が変化し、変数の値BR1が正しい値でない可能性が高いので、昇圧倍率制御回路103は、ステップS2において不揮発性メモリ101から昇圧倍率の設定値BR2を読み出す。
そして、昇圧倍率制御回路103は、ステップS3において不揮発性メモリ101から読み出した昇圧倍率の設定値BR2を、変数の値BR1としてレジスタ102に格納させる。これによって、ノイズなどによって誤った値に設定されていた変数の値BR1が正しい値に書き換えられる。そしてステップS4に処理が進められる。ステップS4では、メインルーチンに処理が戻され、昇圧回路11の昇圧動作が継続される。このとき、チャージポンプ回路104は、新たにレジスタ102に格納された変数の値BR1が示す昇圧倍率で昇圧動作を行なう。
以上説明したように、実施の形態1の昇圧回路11によれば、外来ノイズなどにより、レジスタ102に格納された変数の値BR1が本来よりも高い昇圧倍率を示すものに書き換わり、それにより昇圧電圧Voutが過電圧となった場合に、過電圧を正常電圧に戻すことができる。具体的には、過電圧が検出された場合には、不揮発性メモリ101に記憶された本来の昇圧倍率を示す設定値をレジスタ102に書き込み、正常な昇圧倍率にすることによって、昇圧電圧を正常範囲に収めることが可能となる。
(実施の形態1の変形例)
実施の形態1の変形例では、昇圧倍率の設定値が正しい場合に過電圧が発生したときは、昇圧動作を停止させる構成について説明する。
図14は、チャージポンプ回路のFMEA(Failure Mode and Effect Analysis)の例を示す図である。一般に、1.5倍、2倍、3倍に昇圧倍率を変更可能な機能を有するチャージポンプ回路の故障モードとしては、図14に示すように、昇圧電圧が過電圧になる故障モードと、昇圧電圧が低電圧になる故障モードとがある。
昇圧電圧が低電圧になる故障モードの場合、故障の影響として、昇圧電圧を電源とする回路の不動作または誤動作が考えられる。入力電圧に対して昇圧倍率の設定値が適切でなく、低い昇圧倍率になっていること、または入力電圧範囲が動作保証範囲よりも下回っていることが、低電圧になる故障モードの原因として考えられる。さらに、チャージポンプ回路のスイッチ素子の故障またはキャパシタの故障の場合には、昇圧動作ができなくなるので、やはり低電圧になる故障モードの原因となる。
一方、昇圧電圧が過電圧になる故障モードの場合、故障の影響として、昇圧電圧が昇圧電圧を電源とする回路の素子耐圧を超えたことによる素子の破壊が考えられる。また、故障の原因としては、入力電圧に対して昇圧倍率の設定値が適切でなく、高い昇圧倍率になっていること、および入力電圧が動作保証範囲を超えていること、等が考えられる。
したがって、図1の昇圧回路11においても、過電圧の発生は、必ずしもレジスタ102の保持する変数の値BR1がノイズ等によって書き換わってしまった場合に限らない。図14によれば、入力電圧Vinが動作保証範囲を超えている場合も過電圧が発生する可能性がある。そのような場合にはチャージポンプ回路104に昇圧動作を継続させることは適切でない。
したがって、実施の形態1の変形例では、レジスタ102の保持する変数の値BR1が適切な場合には、過電圧を防ぐためにチャージポンプ回路104に昇圧動作を停止させる。
図15は、実施の形態1の変形例において実行される処理を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図1の昇圧倍率制御回路103において、昇圧動作を実行するメインルーチンから予め定められた制御周期で呼び出されて実行される。
このフローチャートの処理が開始されると、昇圧倍率制御回路103は、ステップS11において過電圧検出回路105が過電圧を検出しているか否かを判断する。過電圧検出回路105が過電圧を検出していない場合(S11でNO)、昇圧倍率制御回路103は、レジスタ102が保持する変数の値BR1を変更することなく、そのままステップS17に処理を進める。
一方、過電圧検出回路105が過電圧を検出している場合(S11でYES)、ノイズなどによってレジスタ102が保持する変数の値BR1が変化し、変数の値BR1が正しい値でなくなっている可能性が高い。この場合、昇圧倍率制御回路103は、ステップS12において不揮発性メモリ101から昇圧倍率の設定値BR2を読み出す。
そして、昇圧倍率制御回路103は、ステップS13において不揮発性メモリ101から読み出した昇圧倍率の設定値BR2を、レジスタ102が保持する変数の値BR1と比較する。これによって、ノイズなどによって変数の値BR1が誤った値に設定されたことが、過電圧発生の原因か否かが判明する。
そしてステップS14において、昇圧倍率制御回路103は、昇圧倍率を示す変数の値BR1が設定値BR2と一致するか否かを判断する。
変数の値BR1が設定値BR2と異なる場合は、レジスタに格納されている変数の値BR1が外来ノイズなどにより書き変わったために過電圧になったと考えられる。このため、変数の値BR1が設定値BR2と一致しない場合には(S14でNO)、ステップS15において、昇圧倍率制御回路103は、変数の値BR1を正しい設定値BR2が示す正しい値に書き換える。そしてステップS17に処理が進められる。ステップS17では、メインルーチンに処理が戻され、昇圧回路11の昇圧動作が継続される。このとき、チャージポンプ回路104は、新たに格納された変数の値BR1が示す昇圧倍率で昇圧動作を行なう。
一方、変数の値BR1が設定値BR2と一致する場合には(S14でYES)、レジスタ102の設定以外の原因で昇圧回路11が過電圧を出力した可能性がある。たとえば、入力電圧が動作保証範囲を超えていることにより過電圧になったと考えられる。この場合ステップS16において、昇圧倍率制御回路103は、チャージポンプ回路104の昇圧動作を停止させ、処理を終了する。
以上説明したように、実施の形態1の変形例の昇圧回路では、昇圧倍率を示す変数の値BR1が適切であるか判定し、変数の値BR1が適切である場合にはチャージポンプ回路104の昇圧動作を停止する。
より具体的には、昇圧倍率制御回路103は、昇圧電圧Voutが判定値を超えたことを過電圧検出回路105が検出した場合に、レジスタ102から変数の値BR1を読み出す。そして、昇圧倍率制御回路103は、レジスタ102から読み出された変数の値BR1が不揮発性メモリ101から読み出された設定値BR2と異なる場合には、設定値BR2を変数の値BR1としてレジスタ102に書き込む。一方で、昇圧倍率制御回路103は、レジスタ102から読み出された変数の値BR1が不揮発性メモリ101から読み出された設定値BR2と一致する場合には、チャージポンプ回路104の昇圧動作を停止させる。
このように制御することによって、過電圧の発生が継続してしまう事態を避けることができ、過電圧による内部回路106の故障を防ぐことが可能となる。
実施の形態2.
実施の形態1の昇圧回路は、不揮発性メモリ101から昇圧倍率の設定値を得たが、実施の形態2の昇圧回路は、半導体装置の外部にある外部装置から昇圧倍率の設定値を得る。図16は、実施の形態2に係る半導体装置21Aおよび昇圧回路11Aの構成を示すブロック図である。
半導体装置21Aは、昇圧回路11Aと内部回路106とを含む。昇圧回路11Aは、入力電圧Vinを受けて昇圧電圧Voutを出力するように構成される。内部回路106は、昇圧電圧Voutを電源電圧として受ける回路である。内部回路106は、昇圧電圧Voutを受ける回路であれば特に限定されないが、たとえば液晶パネルの駆動回路などである。
昇圧回路11Aは、入力電圧Vinを昇圧する際の昇圧倍率を示す変数の値BR1を保持するレジスタ102と、変数の値BR1が示す昇圧倍率で、入力電圧Vinを昇圧して昇圧電圧Voutを出力するチャージポンプ回路104と、昇圧電圧Voutが判定値を超えたことを検出する過電圧検出回路105と、レジスタ102への変数の値BR1の書き込みを制御する昇圧倍率制御回路103Aとを備える。
チャージポンプ回路104は、複数の昇圧倍率を切り替え可能に構成されており、レジスタ102に格納された昇圧倍率を示す変数の値BR1に基づいた昇圧電圧を生成する。
昇圧倍率制御回路103Aは、昇圧電圧Voutが判定値を超えたことを過電圧検出回路105が検出した場合に、レジスタ102に対して変数の値BR1の書き込みを行なう。以上の点については、昇圧回路11Aは、実施の形態1の昇圧回路11と概ね共通するが、昇圧倍率制御回路103Aの動作が異なる。
昇圧倍率制御回路103Aは、昇圧倍率の設定値BR2を含むコマンドを外部装置12から受けると、コマンドに含まれた昇圧倍率の設定値BR2をレジスタ102に格納する。
昇圧倍率制御回路103Aは、昇圧電圧Voutが判定値を超えたことを過電圧検出回路105が検出した場合に、正しい昇圧倍率を示す設定値BR2の送信を外部装置12に対して要求し、要求に応じて外部装置12から送信された設定値BR2を変数の値BR1としてレジスタ102に対して書き込む。
図17は、実施の形態2における昇圧倍率を示す変数の値BR1の書き換え処理を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図16の昇圧倍率制御回路103Aにおいて、昇圧動作を実行するメインルーチンから予め定められた制御周期で呼び出されて実行される。また、フローチャートの処理を実行する昇圧倍率制御回路103Aの代表的な構成については、図13と同様であり、説明は繰り返さない。
図17のフローチャートの処理が開始されると、昇圧倍率制御回路103Aは、ステップS21において過電圧検出回路105が過電圧を検出しているか否かを判断する。過電圧検出回路105が過電圧を検出していない場合(S21でNO)、昇圧倍率制御回路103Aは、レジスタ102が保持する変数の値BR1を変更することなく、そのままステップS24に処理を進める。
過電圧が発生する原因として、入力電圧Vinに対して昇圧倍率を示す変数の値BR1が適切でないことが考えられる。本来チャージポンプ回路104が行なうべき昇圧動作での昇圧倍率を示す設定値BR2は、外部装置12が送信するコマンドによって設定される。この値は、昇圧回路11Aを含む半導体装置の電源立ち上げ時に外部装置12から与えられるコマンドに応じてレジスタ102に書き込まれる。
たとえば、外乱ノイズによりレジスタ102に格納されていた変数の値BR1が変化した場合、または外部装置12から送信されたコマンドの誤認識によって誤った変数の値BR1がレジスタ102に格納された場合などに、入力電圧Vinに対して昇圧倍率を示す変数の値BR1が適切でない状態となり得る。
したがって、過電圧検出回路105が過電圧を検出している場合(S21でYES)、レジスタ102が保持する変数の値BR1が正しい値でなくなっている可能性が高いので、昇圧倍率制御回路103Aは、ステップS22において外部装置12に昇圧倍率の設定値BR2の情報を含むコマンドの再送信を要求する。
外部装置12は、再送信要求に従いコマンドを昇圧倍率制御回路103Aに送信する。昇圧倍率制御回路103Aは、ステップS23において外部装置12から受けたコマンドの内容が示す設定値BR2を、変数の値BR1としてレジスタ102に格納させる。これによって、誤った値に設定されていた変数の値BR1が正しい値に書き換えられる。そしてステップS24に処理が進められる。ステップS24では、メインルーチンに処理が戻され、昇圧回路11Aの昇圧動作が継続される。このとき、チャージポンプ回路104は、新たに格納された変数の値BR1が示す昇圧倍率で昇圧動作を行なう。
以上説明したように、実施の形態2の昇圧回路によれば、コマンドの誤認識などによってレジスタ102に格納された昇圧倍率を示す変数の値BR1が適正値よりも高い昇圧倍率を示す値となり、それによって過電圧が発生した場合に有効である。この場合、昇圧倍率制御回路103Aは、外部装置12にコマンドの再送信要求を行なう。このようにして昇圧倍率の設定値情報を含むコマンドを再送してもらうことによって、適正な昇圧倍率を示すようにレジスタ102に変数の値BR1を再設定し、昇圧電圧Voutを正常範囲に収めることができる。
(実施の形態2の変形例)
実施の形態2の変形例では、実施の形態1の変形例と同様に、昇圧倍率の設定値が正しい場合に過電圧が発生したときは、昇圧動作を停止させる制御について説明する。図18は、実施の形態2の変形例において実行される処理を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図16の昇圧倍率制御回路103Aにおいて、昇圧動作を実行するメインルーチンから予め定められた制御周期で呼び出されて実行される。
このフローチャートの処理が開始されると、昇圧倍率制御回路103Aは、ステップS31において過電圧検出回路105が過電圧を検出しているか否かを判断する。過電圧検出回路105が過電圧を検出していない場合(S31でNO)、昇圧倍率制御回路103Aは、レジスタ102が保持する変数の値BR1を変更することなく、そのままステップS37に処理を進める。
一方、過電圧検出回路105が過電圧を検出している場合(S31でYES)、コマンドの誤認識などによって、レジスタ102が保持する変数の値BR1が正しい値でなくなっている可能性が高い。その場合、昇圧倍率制御回路103Aは、ステップS32において外部装置12に対してコマンドの再送信を要求する。このコマンドには、正しい昇圧倍率を示す設定値BR2の情報が含まれている。
そして、昇圧倍率制御回路103Aは、ステップS33において外部装置12から再送信されたコマンドが示す昇圧倍率の設定値BR2を、レジスタ102が保持する変数の値BR1と比較する。これによって、コマンドの誤認識などによって変数の値BR1が誤った値に設定されたことが、過電圧発生の原因か否かが判明する。
そしてステップS34において、昇圧倍率制御回路103Aは、昇圧倍率を示す変数の値BR1が設定値BR2と一致するか否かを判断する。
昇圧倍率を示す変数の値BR1が設定値BR2と異なる場合は、レジスタに格納されている変数の値BR1がコマンドの誤認識などにより適切な値でなくなっているために過電圧になったと考えられる。このため、変数の値BR1が設定値BR2と一致しない場合には(S34でNO)、ステップS35において、昇圧倍率制御回路103Aは、変数の値BR1を設定値BR2が示す正しい値に書き換える。そしてステップS37に処理が進められる。ステップS37では、メインルーチンに処理が戻され、昇圧回路11Aの昇圧動作が継続される。このとき、チャージポンプ回路104は、新たに格納された変数の値BR1が示す昇圧倍率で昇圧動作を行なう。
一方、変数の値BR1が設定値BR2と一致する場合には(S34でYES)、レジスタ102の設定以外の原因で昇圧回路11Aが過電圧を出力した可能性がある。たとえば、入力電圧が動作保証範囲を超えていることにより過電圧になったと考えられる。この場合ステップS36において、昇圧倍率制御回路103Aは、チャージポンプ回路104の昇圧動作を停止させ、処理を終了する。
以上説明したように、実施の形態2の変形例の昇圧回路では、昇圧倍率を示す変数の値BR1が適切であるか判定し、変数の値BR1が適切である場合にはチャージポンプ回路104の昇圧動作を停止する。
より具体的には、昇圧倍率制御回路103Aは、昇圧電圧Voutが判定値を超えたことを過電圧検出回路105が検出した場合に、レジスタ102から変数の値BR1を読み出す。そして、昇圧倍率制御回路103Aは、レジスタ102から読み出された変数の値BR1が外部装置12から送信された設定値BR2と異なる場合には、設定値BR2を変数の値BR1としてレジスタ102に書き込む。一方で、昇圧倍率制御回路103Aは、レジスタ102から読み出された変数の値BR1が外部装置12から送信された設定値BR2と一致する場合には、チャージポンプ回路104の昇圧動作を停止させる。
このように制御することによって、実施の形態2の変形例の昇圧回路は、実施の形態2の昇圧回路が奏する効果に加えて、過電圧の発生が継続してしまう事態を避けることができ、過電圧による内部回路106の故障を防ぐことが可能となる。
実施の形態3.
実施の形態1および2の昇圧回路では、レジスタが保持する変数の値を本来の値にすべく、過電圧が検出された場合に設定値の再書き込みを行なった。これに対し、実施の形態3の昇圧回路では、昇圧倍率を低下させるようにレジスタが保持する変数の値を書き換える場合について説明する。図19は、実施の形態3に係る半導体装置21Bおよび昇圧回路11Bの構成を示すブロック図である。
半導体装置21Bは、昇圧回路11Bと内部回路106とを含む。昇圧回路11Bは、入力電圧Vinを受けて昇圧電圧Voutを出力するように構成される。内部回路106は、昇圧電圧Voutを電源電圧として受ける回路である。内部回路106は、昇圧電圧Voutを受ける回路であれば特に限定されないが、たとえば液晶パネルの駆動回路などである。
昇圧回路11Bは、入力電圧Vinを昇圧する際の昇圧倍率を示す変数の値BR1を保持するレジスタ102と、変数の値BR1が示す昇圧倍率で入力電圧Vinを昇圧し、昇圧電圧Voutを出力するチャージポンプ回路104と、昇圧電圧Voutが判定値を超えたことを検出する過電圧検出回路105と、レジスタ102への変数の値BR1の書き込みを制御する昇圧倍率制御回路103Bとを備える。
チャージポンプ回路104は、複数の昇圧倍率を切り替え可能に構成されており、レジスタ102に格納された昇圧倍率を示す変数の値BR1に基づいた昇圧電圧を生成する。
昇圧倍率制御回路103Bは、昇圧電圧Voutが判定値を超えたことを過電圧検出回路105が検出した場合に、レジスタ102に対して変数の値BR1の書き込みを行なう。以上の点については、昇圧回路11Bは、実施の形態1の昇圧回路11と概ね共通するが、昇圧倍率制御回路103Bの動作が異なる。
昇圧倍率制御回路103Bは、昇圧電圧Voutが判定値を超えたことを過電圧検出回路105が検出した場合に、変数の値BR1が示す昇圧倍率が低下するように、レジスタ102に対して変数の値BR1を書き換える。たとえば、変数の値BR1が昇圧倍率3倍を示す値であれば、これを2倍または1.5倍を示す値に書き換える。
実施の形態3の昇圧回路11Bによれば、過電圧が検出された場合に、昇圧倍率を示す変数の値を現在よりも低い倍率を示す値に変更するため、昇圧電圧Voutが過電圧になることを防止できる。
(実施の形態3の変形例)
実施の形態3の変形例では、昇圧倍率の設定値を低下させた場合でも、過電圧が発生し続けるときは、昇圧動作を停止させる構成について説明する。
実施の形態3の変形例では、昇圧倍率制御回路103Bは、変数の値BR1が示す昇圧倍率が低下するように、レジスタ102に対して変数の値BR1を書き換えた後に、昇圧電圧が判定値を超えたことを過電圧検出回路105がある判定期間内に再度検出した場合には、チャージポンプ回路104の昇圧動作を停止させる。
図20は、実施の形態3の変形例において実行される処理を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図19の昇圧倍率制御回路103Bにおいて、昇圧動作を実行するメインルーチンから予め定められた制御周期で呼び出されて実行される。
このフローチャートの処理が開始されると、昇圧倍率制御回路103Bは、ステップS41において過電圧検出回路105が過電圧を検出しているか否かを判断する。過電圧検出回路105が過電圧を検出していない場合(S41でNO)、昇圧倍率制御回路103Bは、レジスタ102が保持する変数の値BR1を変更することなく、そのままステップS45に処理を進める。
一方、過電圧検出回路105が過電圧を検出している場合(S41でYES)、昇圧倍率制御回路103Bは、ステップS42において、レジスタ102が保持している変数の値BR1を現在よりも低い昇圧倍率を示す値に書き換える。たとえば、現在の昇圧倍率が3倍である場合には、2倍または1.5倍の昇圧倍率を示すように変数の値BR1が変更される。
続いて、ステップS43において、昇圧倍率制御回路103Bは、判定期間内に過電圧検出回路105が再度過電圧を検知するか否かを判断する。判定期間内に再度過電圧が検出された場合(S43でYES)、チャージポンプ回路104の故障により過電圧になっていると考えられるため、昇圧倍率制御回路103Bは、ステップS44においてチャージポンプ回路104の昇圧動作を停止し、処理を終了する。
一方、判定期間内に過電圧が検出されなかった場合(S43でNO)、昇圧倍率の変更によって過電圧が解消されたと考えられるので、昇圧倍率制御回路103Bは、ステップS44の処理を行なわずにステップS45に処理を進める。この場合、メインルーチンに処理が戻され、チャージポンプ回路104は、変更後の昇圧倍率で動作を継続する。
実施の形態3の変形例の昇圧回路11Bによれば、過電圧が検出された場合に、昇圧倍率を示す変数の値を現在よりも低い倍率を示す値に変更するため、昇圧電圧Voutが過電圧になることを防止できる。さらに、変数の値BR1を変更した後も過電圧が検出される場合には、チャージポンプ回路の動作が停止されるので、過電圧の発生が継続してしまう事態を避けることができ、過電圧による内部回路106の故障を防ぐことが可能となる。
実施の形態4.
実施の形態4の昇圧回路では、他の実施の形態と異なり、入力電圧を計測し、入力電圧に対応する昇圧倍率を算出し、変数の値を書き換える。このような制御は、特に、入力電圧が変動する場合に適している。図21は、実施の形態4に係る半導体装置21Cおよび昇圧回路11Cの構成を示すブロック図である。
半導体装置21Cは、昇圧回路11Cと内部回路106とを含む。昇圧回路11Cは、入力電圧Vinを受けて昇圧電圧Voutを出力するように構成される。内部回路106は、昇圧電圧Voutを電源電圧として受ける回路である。内部回路106は、昇圧電圧Voutを受ける回路であれば特に限定されないが、たとえば液晶パネルの駆動回路などである。
昇圧回路11Cは、入力電圧Vinを昇圧する際の昇圧倍率を示す変数の値BR1を保持するレジスタ102と、変数の値BR1が示す昇圧倍率で入力電圧Vinを昇圧し、昇圧電圧Voutを出力するチャージポンプ回路104と、昇圧電圧Voutが判定値を超えたことを検出する過電圧検出回路105と、レジスタ102への変数の値BR1の書き込みを制御する昇圧倍率制御回路103Cとを備える。
チャージポンプ回路104は、複数の昇圧倍率を切り替え可能に構成されており、レジスタ102に格納された変数の値BR1が示す昇圧倍率で昇圧電圧を生成する。
昇圧倍率制御回路103Cは、昇圧電圧Voutが判定値を超えたことを過電圧検出回路105が検出した場合に、レジスタ102に対して変数の値BR1の書き込みを行なう。以上の点については、昇圧回路11Cは、実施の形態1の昇圧回路11と概ね共通するが、昇圧倍率制御回路103Cの動作が異なる。
昇圧回路11Cは、入力電圧Vinをデジタル値に変換するAD変換器201と、AD変換器201が出力するデジタル値を受け、入力電圧Vinに対応する昇圧倍率の設定値を計算する昇圧倍率計算回路202とをさらに備える。
昇圧倍率制御回路103Cは、昇圧倍率計算回路202が計算した昇圧倍率の設定値BR3を変数の値BR1としてレジスタ102に書き込むように構成される。
AD変換器201を用いることにより入力電圧Vinを観測し、入力電圧Vinの変化に合わせて昇圧倍率を変更するので、入力電圧Vinが変化してもチャージポンプ回路104は適切な昇圧倍率で昇圧動作を行なうことが可能である。またAD変換を一定の周期で間をあけて行なうことによって、常時AD変換を行なうよりも消費電力を削減することが可能である。
昇圧倍率制御回路103Cは、昇圧電圧Voutが判定値を超えたことを過電圧検出回路105が検出した場合に、AD変換器201に対して入力電圧Vinをデジタル値に変換するようにトリガ信号TGを送信して要求する。また、昇圧倍率制御回路103Cは、これに応じて昇圧倍率計算回路202が計算した昇圧倍率の設定値BR3を変数の値BR1としてレジスタ102に書き込む。
このようにトリガ信号TGを送信することにより、AD変換器201は一定周期で行なわれるAD変換動作とは別に、要求された時点でAD変換動作を行なう。その結果、過電圧が発生している時点の入力電圧Vinに対応する昇圧倍率の設定値BR3が昇圧倍率計算回路202によって計算され、この値が変数の値BR1としてレジスタ102に格納される。
図22は、実施の形態4における昇圧倍率を示す変数の値BR1の書き換え処理を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図21の昇圧倍率制御回路103Cにおいて、昇圧動作を実行するメインルーチンから予め定められた制御周期で呼び出されて実行される。また、フローチャートの処理を実行する昇圧倍率制御回路103Cの代表的な構成については、図13と同様であり、説明は繰り返さない。
図22のフローチャートの処理が開始されると、昇圧倍率制御回路103Cは、ステップS51において過電圧検出回路105が過電圧を検出しているか否かを判断する。過電圧検出回路105が過電圧を検出していない場合(S51でNO)、昇圧倍率制御回路103Cは、ステップS52に処理を進める。
ステップS52では、昇圧倍率制御回路103Cは、前回タイマーがクリアされてから一定時間が経過したか否かを判断する。一定時間がまだ経過していない場合には(S52でNO)、昇圧倍率制御回路103Cは、AD変換を行なわせることなく、ステップS56に処理を進める。
一方、ステップS52において、一定時間が経過していた場合には(S52でYES)、昇圧倍率制御回路103Cは、ステップS53において、時間の経過をカウントしているタイマーをクリアし、ステップS54に処理を進める。
また、ステップS51において、過電圧検出回路105が過電圧を検出していた場合(S51でYES)も、昇圧倍率制御回路103Cは、ステップS54に処理を進める。なお、このときにもタイマーをクリアしても良い。
ステップS54では、昇圧倍率制御回路103Cは、AD変換器201に対してAD変換の実行を要求する。その結果、そのときの入力電圧Vinがデジタル値に変換され、昇圧倍率計算回路202が更新されたデジタル値を受ける。昇圧倍率計算回路202は、このデジタル値に対応する昇圧倍率を計算し、更新された昇圧倍率の設定値BR3を昇圧倍率制御回路103Cに出力する。
続いて、ステップS55において、昇圧倍率制御回路103Cは、得られた設定値BR3をレジスタ102に書き込む。そしてステップS56に処理が進められる。ステップS56では、メインルーチンに処理が戻され、昇圧回路11Cの昇圧動作が継続される。このとき、チャージポンプ回路104は、新たに格納された変数の値BR1が示す昇圧倍率で昇圧動作を行なう。
このような制御を行なうことによって、一定周期で入力電圧VinをAD変換することによって昇圧倍率の設定値を得る昇圧回路11Cにおいても、過電圧が検知された場合には、直ちにAD変換器201に対してAD変換要求を出すので、消費電力を抑えつつも素早く過電圧に対応することが可能となる。
(実施の形態4の変形例)
実施の形態4の変形例では、昇圧倍率の設定値を変更した場合でも、過電圧が発生し続けるときは、昇圧動作を停止させる構成について説明する。図23は、実施の形態4の変形例において実行される処理を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図21の昇圧倍率制御回路103Cにおいて、昇圧動作を実行するメインルーチンから予め定められた制御周期で呼び出されて実行される。
このフローチャートの処理が開始されると、昇圧倍率制御回路103Cは、ステップS61において過電圧検出回路105が過電圧を検出しているか否かを判断する。過電圧検出回路105が過電圧を検出していない場合(S61でNO)、昇圧倍率制御回路103Cは、ステップS62に処理を進める。
ステップS62では、昇圧倍率制御回路103Cは、前回タイマーがクリアされてから一定時間が経過したか否かを判断する。一定時間がまだ経過していない場合には(S62でNO)、昇圧倍率制御回路103Cは、AD変換を行なわせることなく、ステップS69に処理を進める。
一方、ステップS62において、一定時間が経過していた場合には(S62でYES)、昇圧倍率制御回路103Cは、ステップS63において、時間の経過をカウントしているタイマーをクリアし、ステップS64に処理を進める。
また、ステップS61において、過電圧検出回路105が過電圧を検出していた場合(S61でYES)も、昇圧倍率制御回路103Cは、ステップS64に処理を進める。なお、このときにもタイマーをクリアしても良い。
ステップS64では、昇圧倍率制御回路103Cは、AD変換器201に対してAD変換の実行を要求する。その結果、そのときの入力電圧Vinがデジタル値に変換され、昇圧倍率計算回路202が更新されたデジタル値を受ける。昇圧倍率計算回路202は、このデジタル値に対応する昇圧倍率を計算し、更新された昇圧倍率の設定値BR3を昇圧倍率制御回路103Cに出力する。
続いて、ステップS65において、昇圧倍率制御回路103Cは、AD変換結果に基づいて昇圧倍率計算回路202が算出した昇圧倍率の設定値BR3を、レジスタ102が保持する変数の値BR1と比較する。
そしてステップS66において、昇圧倍率制御回路103Cは、昇圧倍率を示す変数の値BR1が設定値BR3と一致するか否かを判断する。
昇圧倍率を示す変数の値BR1が設定値BR3と異なる場合は、レジスタに格納されている変数の値BR1が入力電圧Vinの急変またはAD変換の誤動作などによって適切な値でなくなっているために過電圧になったと考えられる。このため、変数の値BR1が設定値BR3と一致しない場合には(S66でNO)、ステップS67において、昇圧倍率制御回路103Cは、AD変換によって得られた設定値BR3が示す正しい値に変数の値BR1を書き換える。そしてステップS69に処理が進められる。ステップS69では、メインルーチンに処理が戻され、昇圧回路11Cの昇圧動作が継続される。このとき、チャージポンプ回路104は、新たに格納された変数の値BR1が示す昇圧倍率で昇圧動作を行なう。
一方、変数の値BR1が設定値BR3と一致する場合には(S66でYES)、レジスタ102の設定以外の原因で昇圧回路11Cが過電圧を出力した可能性がある。たとえば、入力電圧が動作保証範囲を超えていることにより過電圧になったと考えられる。この場合ステップS68において、昇圧倍率制御回路103Cは、チャージポンプ回路104の昇圧動作を停止させ、処理を終了する。
以上説明したように、実施の形態4の変形例では、昇圧倍率制御回路103Cは、昇圧電圧Voutが判定値を超えたことを過電圧検出回路105が検出した場合に、レジスタ102から変数の値BR1を読み出す。そして、昇圧倍率制御回路103Cは、レジスタ102から読み出された変数の値BR1が、昇圧倍率計算回路202が計算した昇圧倍率の設定値BR3と異なる場合には、昇圧倍率計算回路が計算した昇圧倍率の設定値BR3を変数の値BR1としてレジスタ102に書き込む。一方で、昇圧倍率制御回路103Cは、レジスタ102から読み出された変数の値BR1が、昇圧倍率計算回路202が計算した昇圧倍率の設定値BR3と一致する場合には、チャージポンプ回路104の昇圧動作を停止させる。
実施の形態4の変形例の昇圧回路11Cによれば、変数の値BR1が適切な値である場合にはチャージポンプ回路の動作が停止されるので、過電圧の発生が継続してしまう事態を避けることができ、過電圧による内部回路106の故障を防ぐことが可能となる。
なお、図22のステップS51~S53および図23のステップS61~S63において、過電圧を検出しない場合に一定時間の経過を待ってタイマーをクリアすることとしたが、これに限定されるものではなく他の処理であっても良い。たとえば、一定時間ごとにAD変換を要求する処理を実行させ、これに並列して過電圧を検出した場合に割り込み処理によってAD変換を実行させるものであっても良い。またハードウエアで処理を実現させる場合には、AD変換器に対して、定期的にAD変換要求を行なう処理と、過電圧を検出してAD変換要求を行なう処理とを並列動作させるハードワイヤードロジックによって実現しても良い。
(昇圧倍率の変更タイミングの制御)
以上説明した実施の形態1~4において、昇圧倍率制御回路103,103A,103B,103Cは、レジスタ102が保持する変数の値BR1の変更を図2に示すチャージポンプ回路104のスイッチ素子404がオフ状態のときに行なうことが好ましい。
チャージポンプ回路104は、キャパシタ501,502,503への充放電をスイッチ素子401~407のオンおよびオフにより切り替え、昇圧を行なう回路である。出力ノードNoutに接続されるスイッチ素子404がオンの状態で、レジスタ102に格納された変数の値BR1が書き換わると、キャパシタ503に接続されたスイッチ素子404の接続切替えにより昇圧電圧Voutが変動する恐れがある。そのため、出力ノードNoutに接続されるスイッチ素子404がオフの状態でレジスタ102に格納された変数の値BR1を書き換えることによって、昇圧倍率の設定値を変更する際の昇圧電圧Voutの変動を抑制することができる。
(昇圧回路の適用例)
実施の形態1~4に示した昇圧回路および半導体装置は、液晶表示装置およびこの液晶表示装置を備える電子ミラー装置に使用することができる。
図24は、昇圧回路が適用される液晶表示装置の構成を示す図である。図24を参照して、液晶表示装置601は、液晶パネル602とLCDドライバIC603,604と、LEDドライバIC605と、発光素子606とを備える。
LEDドライバIC605は、LEDが直列接続された発光素子606を発光させる。発光素子606からの光は、液晶パネル602のバックライトとして使用される。
LCDドライバIC603は、液晶パネル602の水平方向に沿って配列された複数の駆動素子を含む。LCDドライバIC604は、液晶パネル602の垂直方向に沿って配列された複数の駆動素子を含む。LCDドライバIC603,604に液晶パネル602の液晶素子を駆動させることによって液晶パネル602に画像が表示される。
このような液晶表示装置601において、LEDドライバIC605およびLCDドライバIC603,604は、昇圧回路が内蔵されているか、または昇圧回路から昇圧電圧が供給されるように構成される。この昇圧回路として、実施の形態1~4に示した昇圧回路を使用することができる。また実施の形態1~4に示した半導体装置において、内部回路106をLCD駆動素子または液晶駆動素子とすることによって、実施の形態1~4の半導体装置はLEDドライバICまたはLCDドライバICとなる。
図25は、電子ミラー装置が設置された状態を示す図である。図25に示されるように、電子ミラー装置701~703は、車両のフロントシート周辺に設置される。電子ミラー装置701~703は、ハンドル704が設けられた運転席から視認できる。電子ミラー装置701は、バックミラーである。電子ミラー装置702,703はドアミラーである。
これらの電子ミラー装置には、液晶表示装置が採用される。たとえば本実施の形態の昇圧回路が車載用液晶表示装置に搭載されれば、過電圧検知による昇圧停止と電圧低下による昇圧再開を繰り返すことによる液晶画面のちらつきの発生を抑制することができる。その結果、車両運転時における運転手の快適性が向上する。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。