JP2003164142A - 電圧変換回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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Ｖｃ
ｃ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Ｖｏ
ｕｔに電源電圧Ｖｃｃが加算される。

Description

【発明の詳細な説明】

【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Ｖｏｕ
ｔ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チャージ
ポンプ回路の出力端子とに接続し、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、結果をバイパス回路に伝達する。バイ
パス回路は、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、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。

【００１１】また、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、前記電源電圧を供給する電源電圧入力端子と前記チ
ャージポンプ回路の出力端子との間に接続され、前記チ
ャージポンプ回路に供給される電源電圧値と前記チャー
ジポンプ回路から出力される出力信号の電圧値とに応
じ、前記出力信号の電圧値が前記電源電圧値より低い場
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、を備えたことを特徴とする電圧変換回路、が提
供される。

【００１２】このような構成の電圧変換回路では、電源
電圧端子とチャージポンプ回路の出力信号に接続するバ
イパス回路は、チャージポンプ回路に供給される電源電
圧値と出力信号との電圧値とに応じて、出力信号の電圧
が電源電圧値より低い場合には、電源電圧を電圧変換回
路の出力端子にバイパスする。

【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信
号Ｖｏｕｔと同じ）とを検出し、その電圧値を比較して
出力信号Ｖｏｕｔが電源電圧信号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信号Ｖｃｃより低いこ
とが検出された場合に、電源電圧信号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、Ｖ
ｃｃ＞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Ｖｃ
ｃが加算された値となる。続く、チャージポンプ回路３
０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ＣＯ
ＭＰ１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Ｃ
ＯＭＰ１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Ｖ
ｏｕｔ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＞Ｖｏｕ
ｔ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Ｄ
Ｃ／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Ｖｃ
ｃ、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、第３の実施例として、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、本発明の第３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。

【００２７】ダイオードＤ１は、電源電圧入力端子１０
１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】本発明の第３の実施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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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に接続し、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. 【請求項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。
3. 【請求項３】 前記バイパス回路は、前記電源電圧入力
   端子と前記出力端子との間に直列に接続されるｐ型ＭＯ
   Ｓトランジスタスイッチで構成され、前記ｐ型ＭＯＳト
   ランジスタスイッチのゲート端子は前記検出回路の出力
   端子に接続することを特徴とする請求項１記載の電圧変
   換回路。
4. 【請求項４】 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、 前記電源電圧を供給する電源電圧入力端子と前記チャー
   ジポンプ回路の出力端子との間に接続され、前記チャー
   ジポンプ回路に供給される電源電圧値と前記チャージポ
   ンプ回路から出力される出力信号の電圧値とに応じ、前
   記出力信号の電圧値が前記電源電圧値より低い場合に前
   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、 を備えたことを特徴とする電圧変換回路。
5. 【請求項５】 前記バイパス回路は、ダイオードによっ
   て構成され、前記ダイオードのアノード端子は前記電源
   電圧入力端子に接続し、前記ダイオードのカソード端子
   は前記出力端子に接続することを特徴とする請求項４記
   載のバイパス回路。