JP3757851B2 - 電圧変換回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電圧変換回路に関し、特にチャージポンプ回路を用いて電源電圧を所望の電圧値の出力信号に変換するチャージポンプ型の電圧変換回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電源制御用ＩＣ等において用いられる電圧変換回路は、単一の供給電源電圧から、電圧値が供給電源電圧より大きな、または小さな出力電圧を取り出すために用いられている。これらの電圧変換回路では、半導体集積回路上に形成する場合に半導体集積回路とその製造工程上の整合性が良く、損失が少ないという利点を持ったチャージポンプ型の電圧変換回路が広く採用されている。図６は、従来のチャージポンプ型の電圧変換回路の構成図である。
【０００３】
従来の電圧変換回路は、電源電圧入力端子１０１から供給される電源電圧Ｖｃｃを所望の大きさの出力電圧Ｖｏｕｔに変換するチャージポンプ回路３０に出力電圧Ｖｏｕｔを平滑する容量（キャパシタ）Ｃ２と、が接続する。
【０００４】
チャージポンプ回路３０は、スイッチと容量（フライングキャパシタ）Ｃ１からなるスイッチトキャパシタ回路で形成されており、クロック発生部から供給されるクロック信号でスイッチング動作するように構成されている。チャージポンプ回路３０では、クロック信号に応じてスイッチングを繰り返し、出力電圧Ｖｏｕｔを所望の出力電圧値まで昇圧している。このようなチャージポンプ回路３０を有するチャージポンプ型電圧変換回路では、立ち上がり時も同様に、スイッチングが繰り返し行なわれて、出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖから所望の出力電圧値まで次第に上昇する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のチャージポンプ型電圧変換回路では、特に立ち上がり時、所望の電圧値に達するまでの効率が悪いという問題がある。
【０００６】
図７は、従来の電圧変換回路における立ち上がり時の出力電圧を示した図である。図に示したように、立ち上がり時には出力電圧Ｖｏｕｔは０Ｖであり、チャージポンプ回路３０でスイッチングが繰り返されることによって、出力電圧Ｖｏｕｔが昇圧され、所定の立ち上がり時間ｔ０経過後に所望の出力電圧値Ｖｃｈに到達し、安定化する。
【０００７】
このように従来の電圧変換回路は、スイッチングの繰り返しにより出力電圧Ｖｏｕｔを０Ｖからの所望の出力電圧値Ｖｃｈまで上昇させる。特に立ち上がり時には、出力電圧Ｖｏｕｔを０Ｖから昇圧するため、出力電圧Ｖｏｕｔが所望の出力電圧値Ｖｃｈに到達して安定するまでに時間がかかってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、出力電圧が所望の電圧値に到達するまでの効率を上げることが可能な電圧変換回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、チャージポンプ回路を用いて電源電圧を所望の電圧値の出力信号に変換するチャージポンプ型の電圧変換回路において、前記チャージポンプ回路に供給される前記電源電圧と前記チャージポンプ回路より出力される出力信号とを比較して前記出力信号の電圧値が前記電源電圧の値より低いか否かを検出する検出回路と、前記電源電圧を供給する電源電圧入力端子と前記電圧変換回路の出力端子との間に直列に接続されるとともに、ゲート端子が前記検出回路の出力端子に接続されるｐ型ＭＯＳトランジスタスイッチで構成され、前記検出回路によって前記出力信号の電圧値が前記電源電圧の値より低いことが検出された場合に前記電源電圧を前記出力端子にバイパスするバイパス回路と、を備えたことを特徴とする電圧変換回路、が提供される。
【００１０】
このような構成の電圧変換回路では、検出回路は、チャージポンプ回路に供給される電源電圧値とチャージポンプ回路から出力される出力信号の電圧値とを検出し、電源電圧値と出力信号の電圧値とを比較することによって、出力信号の電圧値が電源電圧値より低いか否かを検出し、結果に応じた信号をバイパス回路を構成するｐ型ＭＯＳトランジスタスイッチのゲート端子に出力する。ｐ型ＭＯＳトランジスタスイッチは、検出回路によってチャージポンプ回路の出力信号の電圧が電源電圧より低いことが検出された場合には、オンして電源電圧を出力端子にバイパスする。これにより、出力電圧に電源電圧が加算される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態であるチャージポンプ型の電圧変換回路の構成図である。
【００１４】
本発明に係るチャージポンプ型の電圧変換回路は、図６に示した従来の電圧変換回路に、チャージポンプ回路３０に供給される電源電圧Ｖｃｃとチャージポンプ回路３０の出力信号との大きさの関係を検出する検出回路１０と、検出回路１０の検出結果に応じて電源電圧Ｖｃｃをバイパスするバイパス回路２０と、が付加されている。
【００１５】
検出回路１０は、入力端子がチャージポンプ回路３０の入力端子及び出力端子に接続され、チャージポンプ回路３０に供給される電源電圧Ｖｃｃと、チャージポンプ回路３０の出力信号（電圧変換回路の出力電圧Ｖｏｕｔと同じ）とを検出し、その電圧値を比較して出力電圧Ｖｏｕｔが電源電圧Ｖｃｃより低いか否かを判定する。また、検出回路１０の出力端子は、バイパス回路２０の動作を制御する制御入力端子に接続されており、検出結果である検出信号をバイパス回路２０に出力する。
【００１６】
バイパス回路２０は、入力端子が電源電圧入力端子１０１、制御入力端子が検出回路１０の出力端子に接続され、出力端子が電圧変換回路の出力端子に接続されている。バイパス回路２０では、検出回路１０の検出信号を入力し、検出回路１０によってチャージポンプ回路３０の出力信号が電源電圧Ｖｃｃより低いことが検出された場合に、電源電圧Ｖｃｃを出力端子にバイパスし、出力電圧に電源電圧を加算する。
【００１７】
チャージポンプ回路３０は、入力端子が電源電圧入力端子１０１に接続され、出力端子がキャパシタＣ２を介して電圧変換回路の出力端子に接続されており、スイッチとフライングキャパシタＣ１からなるスイッチトキャパシタ回路を形成している。チャージポンプ回路３０は、クロック発生部から供給されるクロック信号によりスイッチング動作を繰り返し、入力する電源電圧Ｖｃｃを所望の電圧値の出力電圧Ｖｏｕｔに変換する。
【００１８】
キャパシタＣ２は、出力電圧Ｖｏｕｔを平滑化する。
このような構成の電圧変換回路について説明する。
チャージポンプ回路３０は、供給される電源電圧Ｖｃｃを入力し、スイッチングを繰り返すことにより出力信号を所望の電圧値まで昇圧する。検出回路１０は、チャージポンプ回路３０に供給される電源電圧値とチャージポンプ回路３０から出力される出力信号の電圧値とを検出し、電源電圧値と出力信号の電圧値とを比較することによって、出力信号の電圧値が電源電圧値より低いか否かを検出し、結果をバイパス回路２０に伝達する。バイパス回路２０は、検出回路１０によってチャージポンプ回路３０の出力信号の電圧が電源電圧Ｖｃｃより低いことが検出された場合には、電源電圧Ｖｃｃを出力端子にバイパスする。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔに電源電圧Ｖｃｃが加算される。
【００１９】
上記の説明の電圧変換回路における立ち上がり時の出力電圧の変化について説明する。図２は、本発明に係る電圧変換回路における立ち上がり時の出力電圧を示した図である。比較のため、図７に示した従来の電圧変換回路における出力電圧の変化を破線で表している。
【００２０】
電圧変換回路の立ち上がり直後、電圧変換回路の出力電圧Ｖｏｕｔは０Ｖになっている。検出回路１０は、電源電圧Ｖｃｃと出力電圧Ｖｏｕｔとを比較し、Ｖｃｃ＞Ｖｏｕｔであることを検出し、バイパス回路２０へ検出結果を伝達する。バイパス回路２０は、Ｖｃｃ＞Ｖｏｕｔであるので、電源電圧Ｖｃｃを出力端子にバイパスさせる。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔは、チャージポンプ回路３０からの出力信号に電源電圧Ｖｃｃが加算された値となる。続く、チャージポンプ回路３０のスイッチング周期で出力電圧Ｖｏｕｔはさらに上昇し、ｔ１時間経過後に所望の出力電圧値Ｖｃｈに到達する。Ｖｃｈに到達した後は、バイパス回路２０は、電源電圧Ｖｃｃのバイパス出力を停止し、電圧変換回路は従来の電圧変換回路と同様の動作を行なう。
【００２１】
このように、電圧変換回路の立ち上がり時に電源電圧Ｖｃｃを出力端子にバイパスさせることによって、出力電圧Ｖｏｕｔが所望の電圧値に到達するまでに要する立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
【００２２】
続いて、本発明に係る電圧変換回路の実施例について説明する。
図３は、本発明の第１の実施例のブロック図である。図１と同じものには同じ番号を付し、説明は省略する。第１の実施例は、検出回路１１が抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と比較器ＣＯＭＰ１とから構成されるＤＣ／ＤＣコンバータである。
【００２３】
検出回路１１は、チャージポンプ回路３０の入力端子とＧＮＤとの間に、第１の抵抗部である抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とが直列に接続しており、チャージポンプ回路３０の出力端子とＧＮＤとの間に第２の抵抗部である抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とが接続している。比較器ＣＯＭＰ１の一方の入力端子は、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２を介してチャージポンプ回路３０の入力端子とＧＮＤ端子とに接続しており、チャージポンプ回路３０に入力する電源電圧Ｖｃｃを取り込んでいる。比較器ＣＯＭＰ１のもう一方の入力端子は、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４を介してチャージポンプ回路３０の出力端子とＧＮＤ端子とに接続しており、チャージポンプ回路３０より出力される出力電圧（Ｖｏｕｔと同じ）を取り込んでいる。比較器ＣＯＭＰ１の出力端子は、バイパス回路２０の制御入力端子に接続されている。比較器ＣＯＭＰ１は、チャージポンプ回路３０に入力する電源電圧Ｖｃｃと、出力電圧Ｖｏｕｔとを比較し、その比較結果をバイパス回路２０の制御入力端子に出力する。このように、抵抗と比較器という簡単な構成で検出回路を形成することができる。バイパス回路２０は、比較器ＣＯＭＰ１がＶｃｃ＞Ｖｏｕｔを検出した場合には、電源電圧Ｖｃｃを電圧変換回路の出力端子にバイパスさせる。
【００２４】
次に、第２の実施例として、バイパス回路がｐ型ＭＯＳトランジスタスイッチにより構成されるＤＣ／ＤＣコンバータについて説明する。図４は、本発明の第２の実施例のブロック図である。図１と同じものには同じ番号を付し、説明は省略する。
【００２５】
バイパス回路２１は、ｐ型ＭＯＳトランジスタＰＭＯＳ Ｍ１により構成され、電源電圧入力端子１０１と電圧変換回路の出力端子との間に直列に接続される。ＰＭＯＳ Ｍ１は、ソース端子が電源電圧Ｖｃｃ、ドレイン端子が出力電圧Ｖｏｕｔ及びゲート端子が検出回路１０の出力端子に接続しており、検出回路１０の出力信号に応じてオン／オフするスイッチング素子である。検出回路１０がＶｃｃ＞Ｖｏｕｔを検出した場合はオンして電源電圧Ｖｃｃを出力電圧Ｖｏｕｔにバイパスさせ、それ以外の場合にはオフする。
【００２６】
次に、参考例として、ダイオードを用いたＤＣ／ＤＣコンバータについて説明する。図５は、本発明の参考例のブロック図である。図１と同じものには同じ番号を付し、説明は省略する。
【００２７】
ダイオードＤ１は、電源電圧入力端子１０１と電圧変換回路の出力端子との間に直列に接続され、アノード端子は電源電圧入力端子１０１に接続し、カソード端子は電圧変換回路の出力端子に接続する。ダイオードＤ１は、電源電圧Ｖｃｃ＞出力電圧Ｖｏｕｔの場合に、電流を流して出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりを助ける。このように、ダイオードＤ１は、Ｖｃｃ＞Ｖｏｕｔを検出する検出回路の機能と、出力電圧Ｖｏｕｔにバイパスさせるバイパス回路の機能と、を有する。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電圧変換回路では、チャージポンプ回路の出力電圧値が電源電圧値より低いか否かを検出し、低いことが検出された場合には、電源電圧を出力電圧にバイパスする。
【００２９】
このように、出力電圧が電源電圧より低いと判断した場合には、電源電圧を出力電圧にバイパスさせることにより、出力電圧が０Ｖから所望の電圧値に到達するまでの立ち上がり時間を速くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるチャージポンプ型の電圧変換回路の構成図である。
【図２】本発明に係る電圧変換回路における立ち上がり時の出力電圧を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施例のブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施例のブロック図である。
【図５】 本発明の参考例のブロック図である。
【図６】従来のチャージポンプ型の電圧変換回路の構成図である。
【図７】従来の電圧変換回路における立ち上がり時の出力電圧を示した図である。
【符号の説明】
１０・・・検出回路
２０・・・バイパス回路
３０・・・チャージポンプ回路
１０１・・・電源電圧入力端子

Claims (2)

1. チャージポンプ回路を用いて電源電圧を所望の電圧値の出力信号に変換するチャージポンプ型の電圧変換回路において、
   前記チャージポンプ回路に供給される前記電源電圧と前記チャージポンプ回路より出力される出力信号とを比較して前記出力信号の電圧値が前記電源電圧の値より低いか否かを検出する検出回路と、
   前記電源電圧を供給する電源電圧入力端子と前記電圧変換回路の出力端子との間に直列に接続されるとともに、ゲート端子が前記検出回路の出力端子に接続されるｐ型ＭＯＳトランジスタスイッチで構成され、前記検出回路によって前記出力信号の電圧値が前記電源電圧の値より低いことが検出された場合に前記電源電圧を前記出力端子にバイパスするバイパス回路と、
   を備えたことを特徴とする電圧変換回路。
2. 前記検出回路は、
   前記チャージポンプ回路の入力端子に接続されて前記電源電圧の大きさを検出する第１の抵抗部と、
   前記チャージポンプ回路の出力端子に接続されて前記出力信号の電圧値を検出する第２の抵抗部と、
   一方の入力端子が前記第１の抵抗部と接続され、もう一方の入力端子が前記第２の抵抗部と接続されて、前記電源電圧の大きさと前記出力信号の電圧値とを比較する比較器と、
   から構成されることを特徴とする請求項１記載の電圧変換回路。

Images