JP5214219B2 - Charge pump circuit and control circuit thereof - Google Patents
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Description
本発明は、チャージポンプ回路に関する。 The present invention relates to a charge pump circuit.
近年の携帯電話、PDA(Personal Digital Assistants)などの電子機器には、液晶のバックライトに用いられるLED(Light Emitting Diode)のように、電池電圧よりも高い駆動電圧を必要とするデバイスが搭載される。たとえばこれらの小型情報端末では、Liイオン電池が多く用いられ、その出力電圧は通常3.5V程度であり、満充電時においても4.2V程度であるところ、LEDはその駆動電圧として電池電圧よりも高い電圧を必要とする。このように、電池電圧よりも高い電圧が必要とされる場合、チャージポンプ回路やスイッチングレギュレータを用いて電池電圧を昇圧し、LEDを駆動するために必要な電圧を得ている。 Electronic devices such as cellular phones and PDAs (Personal Digital Assistants) in recent years are equipped with devices that require a driving voltage higher than the battery voltage, such as LEDs (Light Emitting Diodes) used for liquid crystal backlights. The For example, in these small information terminals, a Li-ion battery is often used, and its output voltage is normally about 3.5V, and even when fully charged, it is about 4.2V. Requires a higher voltage. Thus, when a voltage higher than the battery voltage is required, the battery voltage is boosted using a charge pump circuit or a switching regulator to obtain a voltage necessary for driving the LED.
チャージポンプ回路は、入力電圧に所定の昇圧率を乗じた出力電圧を生成する。たとえば電池電圧が3V、昇圧率が2倍の場合、出力電圧は6Vに固定される。したがって、負荷回路が6Vより低い駆動電圧を必要とする場合、チャージポンプ回路の入力側または出力側にパワートランジスタを挿入してレギュレータを構成し、そのオン抵抗を調節することにより、出力電圧を調節する必要があった。たとえば特許文献1には関連技術が記載される。
本発明者は、チャージポンプ回路のスイッチング素子のオン時間を変調することにより、出力電圧を安定化させるパルス変調方式のチャージポンプ回路について考察した結果、以下の課題を認識するに至った。 As a result of studying a pulse modulation type charge pump circuit that stabilizes the output voltage by modulating the on-time of the switching element of the charge pump circuit, the present inventors have recognized the following problems.
従来のように、チャージポンプ回路と、オン抵抗が調節されるパワートランジスタを利用したレギュレータとを組み合わせた場合、レギュレータの基準電圧を緩やかに変化させることにより、チャージポンプ回路をソフトスタートさせることができる。 When the charge pump circuit is combined with a regulator using a power transistor whose on-resistance is adjusted as in the past, the charge pump circuit can be soft-started by gently changing the reference voltage of the regulator. .
ところが、レギュレータを用いずに、チャージポンプ回路のスイッチング素子のオン時間をパルス変調によって制御する場合、スイッチング素子がオンすると、例えオン時間が短かったとしても、電荷量が少ないフライングキャパシタあるいは出力キャパシタに対して大電流(突入電流)が流れてしまう。こうした問題は、パルス変調ではなく固定デューティのチャージポンプ回路にも発生しうる。 However, when the on-time of the switching element of the charge pump circuit is controlled by pulse modulation without using a regulator, when the switching element is turned on, even if the on-time is short, the flying capacitor or output capacitor with a small amount of charge is used. On the other hand, a large current (inrush current) flows. Such a problem can occur not only in pulse modulation but also in a charge pump circuit having a fixed duty.
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、突入電流を抑制したチャージポンプ回路の提供にある。 The present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a charge pump circuit in which an inrush current is suppressed.
本発明のある態様は、チャージポンプ回路の制御回路に関する。チャージポンプ回路は、フライングキャパシタと出力キャパシタとを有する。制御回路は、第1入力電圧が印加される第1入力端子とフライングキャパシタの一端の間に設けられた第1スイッチと、フライングキャパシタの他端と固定電圧端子の間に設けられた第2スイッチと、第2入力電圧が印加される第2入力端子とフライングキャパシタの他端の間に設けられた第3スイッチと、フライングキャパシタの一端と出力キャパシタの一端の間に設けられた第4スイッチと、パルス信号のハイ期間に応じた期間、第1、第2スイッチの第1ペア、または第3、第4スイッチの第2ペアのいずれか一方をオンし、そのロー期間に応じた期間、他方のペアをオンするドライバと、を備える。ドライバは、チャージポンプ回路の起動開始から所定のプリチャージ期間の間、第1、第4スイッチをオンして出力キャパシタを充電し、その後、パルス信号にもとづいて、第1、第2ペアを交互にオン、オフさせる。 One embodiment of the present invention relates to a control circuit for a charge pump circuit. The charge pump circuit has a flying capacitor and an output capacitor. The control circuit includes a first switch provided between the first input terminal to which the first input voltage is applied and one end of the flying capacitor, and a second switch provided between the other end of the flying capacitor and the fixed voltage terminal. A third switch provided between the second input terminal to which the second input voltage is applied and the other end of the flying capacitor; a fourth switch provided between one end of the flying capacitor and one end of the output capacitor; , A period corresponding to the high period of the pulse signal, a first pair of the first and second switches, or a second pair of the third and fourth switches, and a period corresponding to the low period, the other And a driver for turning on the pair. The driver turns on the first and fourth switches to charge the output capacitor during a predetermined precharge period from the start of activation of the charge pump circuit, and then alternately alternates the first and second pairs based on the pulse signal. Turn on and off.
「デューティ比」とは、パルス信号の周期時間に対するハイ期間の比率をいう。
プリチャージ期間に、第1、第4スイッチがオンすることにより、出力キャパシタが、第1入力電圧により充電される。通常のスイッチング動作では、出力キャパシタには第1入力電圧と第2入力電圧の和電圧が印加されて突入電流が発生するおそれがあるところ、この態様によれば、第1入力電圧がプリチャージ期間の間だけ印加されるため、突入電流を防止できる。
“Duty ratio” refers to the ratio of the high period to the cycle time of the pulse signal.
When the first and fourth switches are turned on during the precharge period, the output capacitor is charged with the first input voltage. In a normal switching operation, there is a possibility that an inrush current may occur due to the sum of the first input voltage and the second input voltage being applied to the output capacitor. According to this aspect, the first input voltage is applied during the precharge period. Inrush current can be prevented because it is applied only during the period.
第1入力電圧Vin1が第2入力電圧Vin2より高いとき、ドライバは、プリチャージ期間の間、第1、第4スイッチに加えて第3スイッチをオンし、第2スイッチをオフすることにより、フライングキャパシタを第1入力電圧Vin1と第2入力電圧Vin2の差電圧(Vin1−Vin2)で充電してもよい。
もし、仮にプリチャージ期間中にフライングキャパシタを第1入力電圧Vin1で充電すると、プリチャージ期間の終了後、通常のスイッチング動作が開始した直後に、出力キャパシタには、Vin1+Vin2の大電圧が印加されるところ、この態様によれば、通常のスイッチング動作を開始した直後に出力キャパシタには、電圧(Vin1−Vin2)+Vin2=Vin1が印加されるため、突入電流を好適に防止できる。
When the first input voltage Vin1 is higher than the second input voltage Vin2, the driver turns on the third switch in addition to the first and fourth switches and turns off the second switch during the precharge period. The capacitor may be charged with a difference voltage (Vin1-Vin2) between the first input voltage Vin1 and the second input voltage Vin2.
If the flying capacitor is charged with the first input voltage Vin1 during the precharge period, a large voltage of Vin1 + Vin2 is applied to the output capacitor immediately after the end of the precharge period and immediately after the normal switching operation is started. However, according to this aspect, since the voltage (Vin1−Vin2) + Vin2 = Vin1 is applied to the output capacitor immediately after starting the normal switching operation, the inrush current can be suitably prevented.
第1入力端子と第2入力端子が共通に接続され、第1入力電圧と第2入力電圧が等しいとき、ドライバは、プリチャージ期間の間、第2スイッチをオフしてもよい。
この場合、フライングキャパシタがプリチャージ期間中に第1入力電圧で充電されず、通常のスイッチング動作を開始した直後に出力キャパシタには、電圧Vin2が印加されるため、突入電流を好適に防止できる。
When the first input terminal and the second input terminal are commonly connected and the first input voltage and the second input voltage are equal, the driver may turn off the second switch during the precharge period.
In this case, the flying capacitor is not charged with the first input voltage during the precharge period, and the voltage Vin2 is applied to the output capacitor immediately after the start of the normal switching operation. Therefore, the inrush current can be suitably prevented.
ある態様の制御回路は、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デューティ比が調節されるパルス信号を生成するパルス変調器をさらに備えてもよい。プリチャージ期間の終了後、パルス変調器は、基準電圧を時間とともに上昇させ、ドライバはパルス信号にもとづいて第1〜第4スイッチを駆動してもよい。
基準電圧をソフトスタート電圧として上昇させることにより、プリチャージ期間の終了後に、出力電圧をゆるやかに上昇させることができる。
The control circuit according to an aspect may further include a pulse modulator that generates a pulse signal whose duty ratio is adjusted so that a feedback voltage according to an output voltage of the charge pump circuit matches a predetermined reference voltage. After the precharge period, the pulse modulator may increase the reference voltage with time, and the driver may drive the first to fourth switches based on the pulse signal.
By raising the reference voltage as the soft start voltage, the output voltage can be gradually raised after the end of the precharge period.
ある態様の制御回路は、第1入力端子から出力キャパシタに至る経路上に設けられ、オン抵抗が切りかえ可能な入力スイッチをさらに備えてもよい。ドライバは、チャージポンプ回路の起動開始から所定のソフトスタート期間の間、入力スイッチをオン抵抗が高い状態にてオンし、その後、入力スイッチのオン抵抗を低い状態に切りかえてもよい。
第1、第4スイッチのオン抵抗が非常に低い場合、プリチャージ期間においても、出力キャパシタに大電流が流れ込むおそれがある。この場合に、入力スイッチを設けて、オン抵抗を高くすることにより、出力キャパシタの流れ込む電流を抑制できる。
The control circuit according to an aspect may further include an input switch provided on a path from the first input terminal to the output capacitor and capable of switching on-resistance. The driver may turn on the input switch with a high on-resistance during a predetermined soft start period from the start of activation of the charge pump circuit, and then switch the on-resistance of the input switch to a low state.
When the on-resistance of the first and fourth switches is very low, a large current may flow into the output capacitor even during the precharge period. In this case, the current flowing into the output capacitor can be suppressed by providing an input switch and increasing the on-resistance.
入力スイッチは、第1スイッチと第1入力端子の間に設けられてもよい。入力スイッチは、第4スイッチとフライングキャパシタの接続点と、第1スイッチの間に設けられてもよい。
この場合、チャージポンプ回路が通常のスイッチング動作を開始した後において、フライングキャパシタに対する充電電流を制御することができる。
The input switch may be provided between the first switch and the first input terminal. The input switch may be provided between a connection point between the fourth switch and the flying capacitor and the first switch.
In this case, the charging current for the flying capacitor can be controlled after the charge pump circuit starts a normal switching operation.
入力スイッチは、第4スイッチと出力キャパシタの間に設けられてもよい。入力スイッチは、第1スイッチとフライングキャパシタの接続点と、第4スイッチの間に設けられてもよい。
この場合、チャージポンプ回路が通常のスイッチング動作を開始した後において、出力キャパシタに対する充電電流を制御することができる。
The input switch may be provided between the fourth switch and the output capacitor. The input switch may be provided between a connection point between the first switch and the flying capacitor and the fourth switch.
In this case, the charging current for the output capacitor can be controlled after the charge pump circuit starts a normal switching operation.
入力スイッチは、並列に接続された複数のMOSFETを含み、複数のMOSFETのオン、オフの組み合わせによって、オン抵抗が切りかえられてもよい。 The input switch may include a plurality of MOSFETs connected in parallel, and the on-resistance may be switched by a combination of ON and OFF of the plurality of MOSFETs.
第1、第4スイッチはMOSFETであり、入力スイッチの複数のMOSFETそれぞれのボディダイオードは、第1、第4スイッチのボディダイオードと反対向きに設けられてもよい。この場合、第1入力端子から出力キャパシタに至るリーク電流を遮断できる。 The first and fourth switches may be MOSFETs, and the body diodes of each of the plurality of MOSFETs of the input switch may be provided in opposite directions to the body diodes of the first and fourth switches. In this case, the leakage current from the first input terminal to the output capacitor can be cut off.
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ってもよい。 The pulse modulator may perform pulse width modulation in which the period is constant and the pulse width changes.
本発明の別の態様は、チャージポンプ回路である。このチャージポンプ回路は、フライングキャパシタと、出力キャパシタと、フライングキャパシタおよび出力キャパシタの充放電状態を制御する、上述のいずれかの制御回路と、を備える。 Another aspect of the present invention is a charge pump circuit. The charge pump circuit includes a flying capacitor, an output capacitor, and any one of the above-described control circuits that controls charging and discharging states of the flying capacitor and the output capacitor.
本発明のさらに別の態様は、フライングキャパシタと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に関する。この方法は、プリチャージステップとスイッチングスイッチングステップを含む。プリチャージステップは、チャージポンプ回路の起動開始後の所定のプリチャージ期間に、第1入力電圧を利用して出力キャパシタを充電する。スイッチングステップは、第1入力電圧によりフライングキャパシタを充電する充電ステップと、前記フライングキャパシタの一端を前記出力キャパシタに接続し、前記フライングキャパシタの他端に第2入力電圧を印加して、前記出力キャパシタを充電する放電ステップと、を交互に実行する。 Yet another embodiment of the present invention relates to a method for controlling a charge pump circuit having a flying capacitor and an output capacitor. The method includes a precharge step and a switching step. In the precharge step, the output capacitor is charged using the first input voltage during a predetermined precharge period after the start of activation of the charge pump circuit. A switching step of charging the flying capacitor with a first input voltage; connecting one end of the flying capacitor to the output capacitor; applying a second input voltage to the other end of the flying capacitor; And a discharging step of charging the battery are alternately executed.
第1入力電圧が前記第2入力電圧より高いとき、プリチャージステップは、フライングキャパシタを第1入力電圧と第2入力電圧の差電圧で充電してもよい。 When the first input voltage is higher than the second input voltage, the precharging step may charge the flying capacitor with a difference voltage between the first input voltage and the second input voltage.
スイッチングステップは、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、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、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、パルス信号のハイ期間に応じた時間、充電または放電ステップの一方を実行し、ロー期間に応じた時間、他方のステップを実行するステップと、を含んでもよい。 The switching step includes a step of generating an error voltage obtained by amplifying an error between the feedback voltage corresponding to the output voltage of the charge pump circuit and a predetermined reference voltage, and slicing the error voltage with a triangular wave signal having a predetermined period, and performing pulse width modulation. A step of generating a pulse signal generated, a step of limiting a pulse width of the pulse signal to a predetermined range, a time corresponding to a high period of the pulse signal, a charging or discharging step, and executing a step corresponding to the low period And the step of executing the other step.
スイッチングステップは、プリチャージ期間の後、基準電圧を時間とともに上昇させてもよい。 The switching step may increase the reference voltage with time after the precharge period.
なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、チャージポンプ回路の突入電流を抑制できる。 According to the present invention, the inrush current of the charge pump circuit can be suppressed.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
本明細書において、「部材Aが部材Bに接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、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。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」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。
In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are physically directly connected, or the member A and the member B are in an electrically connected state. Including the case of being indirectly connected through other members that do not affect the above.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as an electrical condition. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.
図1は、本発明の実施の形態に係るチャージポンプ回路120の構成を示す回路図である。チャージポンプ回路120は、第1入力端子122に入力された第1入力電圧Vin1、第2入力端子123に入力された第2入力電圧Vin2を加算し、出力端子124から出力電圧Voutを出力する。入力電圧Vin1、Vin2として、図示しない電池から出力される電池電圧や、電源回路から供給される電源電圧Vddが利用される。本発明は、任意の昇圧率のチャージポンプ回路に適用可能であるが、以下、理解を容易とするため、加算型(昇圧率2倍)のチャージポンプ回路について説明する。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a
チャージポンプ回路120は、制御回路100、フライングキャパシタCf1、出力キャパシタCo1、帰還抵抗R1、R2を備える。図1のチャージポンプ回路は、昇圧率が2倍であるため、ひとつのフライングキャパシタCf1とひとつの出力キャパシタCo1を備えるが、別の昇圧率の場合や、複数の出力電圧を生成する場合、フライングキャパシタや出力キャパシタは複数であってもよい。
The
制御回路100は、第1スイッチ群10、第2スイッチ群12、パルス変調器20、ドライバ40、を備え、ひとつの半導体基板上に集積化された機能回路である。第1入力端子102には、第1入力電圧Vin1が印加され、第2入力端子103には第2入力電圧Vin2が印加される。キャパシタ端子104、キャパシタ端子106の間には、フライングキャパシタCf1が接続され、出力端子108と接地間には出力キャパシタCo1が接続される。接地端子110は接地されており、帰還端子112には出力電圧Voutに応じた帰還電圧Vfbが入力される。帰還電圧Vfbは、出力電圧Voutを帰還抵抗R1、帰還抵抗R2によって分圧された電圧である。
The
一般に、チャージポンプ回路は、フライングキャパシタを充電する充電期間φ1と、フライングキャパシタに蓄えられた電荷を利用して出力キャパシタの充電する放電期間φ2と、を繰り返すことにより、昇圧された電圧を生成する。 Generally, the charge pump circuit generates a boosted voltage by repeating a charging period φ1 for charging the flying capacitor and a discharging period φ2 for charging the output capacitor using the charge stored in the flying capacitor. .
第1スイッチ群10は、第1入力電圧Vin1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少なくともひとつのスイッチを含む。第1スイッチ群10およびフライングキャパシタCf1は、第1入力端子122と接地間に直列な経路を形成している。本実施の形態では、第1スイッチ群10は、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2を含んでいる。具体的には、第1スイッチSW1は、第1入力端子102とキャパシタ端子104の間に設けられ、第2スイッチSW2は、キャパシタ端子106と接地端子110の間に設けられる。第1スイッチSW1はPチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、第2スイッチSW2はNチャンネルMOSFETである。
The
第2スイッチ群12は、充電期間φ1において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少なくともひとつのスイッチを含む。本実施の形態では、第2スイッチ群12は第3スイッチSW3、第4スイッチSW4を含んでおり、具体的には、第3スイッチSW3は第1入力端子102とキャパシタ端子106の間に設けられており、第4スイッチSW4はキャパシタ端子104と出力端子108の間に設けられている。第3スイッチSW3、第4スイッチSW4はともにPチャンネルMOSFETである。
The
ドライバ40は、レベルシフト回路を含んでおり、第1スイッチSW1〜第4スイッチSW4のゲート電圧を切り換えて、オン、オフを制御する。
The
充電期間φ1において、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2がともにオンすると、フライングキャパシタCf1の一端に第1入力電圧Vin1が印加され、他端が接地され、その結果、フライングキャパシタCf1が第1入力電圧Vin1で充電される。フライングキャパシタCf1の両端の電位差をΔVとする。 When both the first switch SW1 and the second switch SW2 are turned on during the charging period φ1, the first input voltage Vin1 is applied to one end of the flying capacitor Cf1, and the other end is grounded. As a result, the flying capacitor Cf1 is input to the first input. It is charged with the voltage Vin1. A potential difference between both ends of the flying capacitor Cf1 is ΔV.
放電期間φ2において、第3スイッチSW3、第4スイッチSW4がともにオンすると、キャパシタ端子106の電位は、第2入力電圧Vin2と等しくなり、キャパシタ端子104の電位は、Vin2+ΔVとなる。キャパシタ端子104の電位が、第4スイッチSW4を介して出力キャパシタCo1に印加されることにより、出力キャパシタCo1が充電される。
When both the third switch SW3 and the fourth switch SW4 are turned on during the discharge period φ2, the potential of the
ドライバ40は、充電期間φ1と放電期間φ2を交互に繰り返し、入力電圧Vinを昇圧する。従来のチャージポンプ回路は、デューティ比が50%のクロック信号のハイレベルとローレベルに、充電期間φ1と放電期間φ2を割り当てていたため、充電期間φ1と放電期間φ2は固定されていた。これに対して、本実施の形態に係るチャージポンプ回路120では、充電期間φ1と放電期間φ2をフィードバックによって調節することを特徴としている。
The
パルス変調器20は、パルス信号Spwm3を生成し、ドライバ40に供給する。ドライバ40は、パルス信号Spwm3のハイ期間THを、充電期間φ1または放電期間φ2のいずれか割り当て、ロー期間TLを他方に割り当て、第1スイッチ群10と第2スイッチ群12を交互にオンさせる。
The
パルス変調器20には、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が入力されている。電圧源21は、基準電圧Vrefを生成する。パルス変調器20は、帰還電圧Vfbが所定の基準電圧Vrefと一致するようにパルス信号Spwm3のデューティ比を調節する。デューティ比とは、ハイ期間THに対する周期時間Tp(=TH+TL)の比率である。本実施の形態では、パルス変調器20はパルス幅変調を行う。
A feedback voltage Vfb corresponding to the output voltage Vout of the
ドライバ40は、第1スイッチ群10と第2スイッチ群12とが同時にオンしないように、デッドタイムを設けて、パルス信号Spwm3のポジティブエッジとネガティブエッジの付近において、第1スイッチ群10と第2スイッチ群12が両方オフとなるデッドタイムを設定することが好ましい。デッドタイムの設定方法は、公知の技術を利用すればよい。
The
パルス変調器20は、パルス信号Spwm1のデューティ比を、所定の範囲に制限して調節する。以下、この理由を説明する。
The
パルス信号Spwm3のデューティ比が0%の場合、第1スイッチ群10がオンしないため、第1入力電圧Vin1によるフライングキャパシタCf1の充電が行われない。したがって、出力キャパシタCo1に対する電荷転送が行われず、出力端子124に接続される負荷(不図示)に対する電流供給能力(駆動能力)が低い状態(実質的に0)となる。
When the duty ratio of the pulse signal Spwm3 is 0%, the
パルス信号Spwm3のデューティ比がある範囲で増大していくと、フライングキャパシタCf1に対する充電期間φ1が長くなっていく。それに応じて、充電期間φ1にフライングキャパシタCf1に蓄えられる電荷量が増加し、充電期間φ1直後のフライングキャパシタCf1の電位差ΔVが大きくなっていく。 As the duty ratio of the pulse signal Spwm3 increases within a certain range, the charging period φ1 for the flying capacitor Cf1 becomes longer. Accordingly, the amount of charge stored in the flying capacitor Cf1 increases during the charging period φ1, and the potential difference ΔV of the flying capacitor Cf1 immediately after the charging period φ1 increases.
上述のように、放電期間φ2において出力キャパシタCo1は、Vin2+ΔVの電圧で充電される。したがって、フライングキャパシタCf1の電位差ΔVが大きくなると、放電期間φ2において出力キャパシタCo1に供給される電荷量が増加する。つまり、パルス信号Spwm3のデューティ比の増大にともない、負荷に対する電流供給能力が増加していく。 As described above, the output capacitor Co1 is charged with a voltage of Vin2 + ΔV in the discharge period φ2. Therefore, when the potential difference ΔV of the flying capacitor Cf1 increases, the amount of charge supplied to the output capacitor Co1 during the discharge period φ2 increases. That is, as the duty ratio of the pulse signal Spwm3 increases, the current supply capability to the load increases.
パルス信号Spwm3のデューティ比を大きくしていくと、フライングキャパシタCf1に対する充電期間φ1は長くなる。ところが、充電期間φ1直後の電位差ΔVの上限値は、第1入力電圧Vin1である。いま、電位差ΔVが上限値に達したときのデューティ比をα%と書く。パルス信号Spwm3のデューティ比がα%を超えて増大していくと、充電期間φ1にフライングキャパシタCf1に供給される電荷量が一定の状態で、放電期間φ2が短くなっていく。その結果、デューティ比の増大にともない、放電期間φ2において出力キャパシタCo1に供給される電荷量が減少していく。つまり、パルス信号Spwm3のデューティ比がα%を超えて増大するにしたがい、負荷に対する電流供給能力は低下していく。 As the duty ratio of the pulse signal Spwm3 is increased, the charging period φ1 for the flying capacitor Cf1 becomes longer. However, the upper limit value of the potential difference ΔV immediately after the charging period φ1 is the first input voltage Vin1. Now, the duty ratio when the potential difference ΔV reaches the upper limit value is written as α%. When the duty ratio of the pulse signal Spwm3 increases beyond α%, the discharge period φ2 becomes shorter while the amount of charge supplied to the flying capacitor Cf1 is constant during the charge period φ1. As a result, as the duty ratio increases, the amount of charge supplied to the output capacitor Co1 during the discharge period φ2 decreases. That is, as the duty ratio of the pulse signal Spwm3 increases beyond α%, the current supply capability to the load decreases.
パルス信号Spwm3のデューティ比が100%となると、フライングキャパシタCf1から出力キャパシタCo1に対する電荷転送が行われず、負荷に対する電流供給能力は実質的に0となる。 When the duty ratio of the pulse signal Spwm3 becomes 100%, charge transfer from the flying capacitor Cf1 to the output capacitor Co1 is not performed, and the current supply capability to the load becomes substantially zero.
つまり、チャージポンプ回路120の電流供給能力は、デューティ比が0%と100%で最低となり、ある値α%のときに最大となる。言い換えれば、デューティ比には、チャージポンプ回路の電流供給能力に最大値を与える値が存在する。
That is, the current supply capability of the
したがって、出力電圧Voutをモニタしておき、出力電圧Voutが低下するとき、すなわち負荷電流が増加するときに、チャージポンプ回路120の電流供給能力を増大させ、反対に出力電圧Voutが増大するとき、すなわち負荷電流が減少するときに、チャージポンプ回路120の電流供給能力を減少させるようにフィードバックを行うことにより、出力電圧Voutを一定値に保つことができる。
Therefore, the output voltage Vout is monitored, and when the output voltage Vout decreases, that is, when the load current increases, the current supply capability of the
もし、パルス信号Spwm3のデューティ比がα%を跨いで変化すると、出力電圧Voutが目標値から離れる方向にフィードバックが係るため、出力電圧Voutが不安定となる。そこで、本実施の形態に係るチャージポンプ回路120は、パルス信号Spwm3のデューティ比を所定の範囲に制限する。
If the duty ratio of the pulse signal Spwm3 changes across α%, the output voltage Vout becomes unstable because feedback is applied in a direction away from the target value. Therefore, the
このように、本実施の形態に係るチャージポンプ回路120では、デューティ比の範囲が制限されたパルス信号Spwm3にもとづいて第1スイッチ群10、第2スイッチ群12を制御することにより、出力電圧Voutを安定化することができる。
Thus, in the
従来のチャージポンプ回路は、第1入力電圧Vin1=10V、第2入力電圧Vin2=3.5Vの場合、その和である13.5Vの出力電圧Voutのみ出力可能であった。したがって、13.5V以下の所望の電圧を得たい場合、チャージポンプ回路の前段または後段にリニアレギュレータを設ける必要があり、回路面積が増大していた。これに対して、本実施の形態に係るチャージポンプ回路120によれば、レギュレータを設けなくても、出力電圧Voutを所望の値に安定化することができるため、回路面積を小さくできる。
When the first input voltage Vin1 = 10V and the second input voltage Vin2 = 3.5V, the conventional charge pump circuit can output only the output voltage Vout of 13.5V which is the sum. Therefore, when it is desired to obtain a desired voltage of 13.5 V or less, it is necessary to provide a linear regulator before or after the charge pump circuit, which increases the circuit area. On the other hand, according to the
また、従来のようにレギュレータを設ける場合、入力電圧が供給される入力端子から負荷に至る経路上に、パワートランジスタが挿入されるため、パワートランジスタの電力損失によって、効率が低下していた。これに対して本実施の形態に係るチャージポンプ回路120はパワートランジスタが不要となるため、回路の効率を改善できる。
Further, when a regulator is provided as in the prior art, since the power transistor is inserted on the path from the input terminal to which the input voltage is supplied to the load, the efficiency is reduced due to the power loss of the power transistor. On the other hand, since the
αの値は、フライングキャパシタCf1、出力キャパシタCo1の容量値や、パルス信号Spwm3の周波数(周期時間Tp)に依存するが、典型的には50%である。以下、α=50%の場合について説明する。 The value of α depends on the capacitance values of the flying capacitor Cf1 and the output capacitor Co1 and the frequency (period time Tp) of the pulse signal Spwm3, but is typically 50%. Hereinafter, a case where α = 50% will be described.
所定の範囲は、
(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。
The predetermined range is
(1) 0% to βmax%
(2) γ min% to 100%
Can be set to either. Hereinafter, feedback control in each range will be described.
(1)第1の制御方法
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。
(1) First Control Method The
βmax≦αに設定することが望ましい。この場合、デューティ比のαを跨いだ変化を防止できるため、出力電圧Voutを安定化できる。ただし、出力電圧Voutにリップルが生ずることが許容できる場合、βmaxをαより大きく設定してもよい。チャージポンプ回路の効率が最も高くするためには、βmax=αとすることが好ましい。α=50の場合、βmaxは0%〜50%の間でなるべく大きな値に設定する。 It is desirable to set βmax ≦ α. In this case, since the change across the duty ratio α can be prevented, the output voltage Vout can be stabilized. However, βmax may be set to be larger than α when it is permissible to generate ripples in the output voltage Vout. In order to maximize the efficiency of the charge pump circuit, it is preferable to set βmax = α. When α = 50, βmax is set as large as possible between 0% and 50%.
βmax=45%の場合、ハイ期間THは、Tp×(0〜0.45)の範囲で変化し、ロー期間TLは、Tp×(1〜0.55)の範囲で変化する。すなわち、ロー期間TLの方が、ハイ期間THよりも長くなるよう制限される。このときドライバ40は、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をオンし、ロー期間TLに応じた期間、第2スイッチ群12をオンすることが好ましい。つまり、第2スイッチ群12がオンする時間が長くなるようにすることが好ましい。この理由を説明する。
When βmax = 45%, the high period TH changes in a range of Tp × (0 to 0.45), and the low period TL changes in a range of Tp × (1 to 0.55). That is, the low period TL is limited to be longer than the high period TH. At this time, the
いま、出力端子124から制御回路100側の望んだ容量について考察する。充電期間φ1では、第4スイッチSW4がオフするため、出力端子124に接続される容量は出力キャパシタCo1のみである。放電期間φ2では、出力キャパシタCo1に加えて、フライングキャパシタCf1が接続される。負荷電流が一定の場合、出力端子124に接続される容量が大きい方が、出力電圧Voutの変動は小さくなる。
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。
Now, the capacity desired from the
Therefore, by assigning the time corresponding to the high period TH of the pulse signal Spwm3 to the charging period φ1, the discharging period φ2 becomes longer than the charging period φ1, and therefore the ripple of the output voltage Vout can be reduced.
放電期間φ2が長い方が出力電圧Voutのリップルを小さくできるという利点があるが、出力キャパシタCo1の容量が大きい場合や、リップルが許容できる場合、ハイ期間THを放電期間φ2に割り当ててもよい。 Although the longer discharge period φ2 has the advantage that the ripple of the output voltage Vout can be reduced, the high period TH may be assigned to the discharge period φ2 when the capacitance of the output capacitor Co1 is large or when the ripple is acceptable.
図1の制御回路100は、第1の制御方法を実行する構成を示している。パルス変調器20は、誤差増幅器22、オシレータ24、PWM(Pulse Width Modulation)コンパレータ26、ANDゲート30、最小デューティコンパレータ32、PFM(Pulse Frequency Modulation)コントローラ34、最大デューティコンパレータ28を備える。
The
誤差増幅器22は、帰還電圧Vfbを反転入力端子に、基準電圧Vrefを非反転入力端子に受け、2つの電圧の誤差を増幅する。誤差増幅器22の出力を誤差電圧Verrという。オシレータ24は、三角波またはのこぎり波の周期電圧Voscを出力する。PWMコンパレータ26は、誤差電圧Verrを非反転入力端子に、周期電圧Voscを反転入力端子に受ける。PWMコンパレータ26は周期電圧Voscを誤差電圧Verrでスライスし、交点でレベルが変化するパルス信号Spwm1を出力する。パルス信号Spwm1のパルス幅は、出力電圧Voutが目標値に近づくように変調されている。
The
最大デューティコンパレータ28は、周期電圧Voscと最大電圧Vmaxを受ける。最大デューティコンパレータ28は、周期電圧Voscを最大電圧Vmaxでスライスし、所定のデューティ比を有する最大パルス信号Smaxを生成する。最大電圧Vmaxの値は、最大パルス信号Smaxのデューティ比が、上述したβの値と一致するように設定される。
ANDゲート30は、PFMコントローラ34から出力されるパルス信号Spwm2と、最大パルス信号Smaxを受け、2つの信号の論理積を出力する。ANDゲート30の出力、すなわちパルス信号Spwm3のデューティ比は、パルス信号Spwm1のデューティ比がβmax%以下のとき、パルス信号Spwm1のデューティ比と一致し、パルス信号Spwm1のデューティ比がβmax%以上のとき、βmax%となる。なお、パルス信号Spwm3のデューティ比を制限するために、別の回路構成を利用してもよく、その形式は限定されない。
The AND
パルス変調器20は、パルス信号Spwm1のデューティ比を、所定の下限値βminと比較し、パルス信号Spwm1のデューティ比が下限値βminより小さいとき、パルス信号Spwm1のレベルを固定し、第1スイッチ群10、第2スイッチ群12のスイッチングを停止させる。つまりパルス変調器20からはパルスが出力されなくなる。このために、最小デューティコンパレータ32、PFMコントローラ34が設けられている。
The
パルス変調器20は、パルス信号Spwm3のデューティ比が下限値βminより小さいとき、第2スイッチ群12がオンするように、パルス信号Spwm3のレベルを固定することが望ましい。理由は後述する。
The
最小デューティコンパレータ32は、周期電圧Voscと最小電圧Vminを受ける。最小デューティコンパレータ32は、周期電圧Voscを最小電圧Vminでスライスし、所定のデューティ比を有する最小パルス信号Sminを生成する。最小電圧Vminの値は、最小パルス信号Sminのデューティ比が20%程度となるよう設定する。
The
PFMコントローラ34は、パルス信号Spwm1と最小パルス信号Sminを受け、2つの信号のデューティ比を比較する。そして、パルス信号Spwm1のデューティ比が最小パルス信号Sminのデューティ比より小さくなると、パルス信号Spwm2のデューティ比をローレベルに固定する。パルス信号Spwm1のデューティ比が最小パルス信号Sminのデューティ比より大きい場合、パルス信号Spwm2はパルス信号Spwm1と等しくなる。
The
なお、ANDゲート30とPFMコントローラ34の順序は逆としてもよい。
Note that the order of the AND
以上のように構成されたチャージポンプ回路120の動作を説明する。図2は、図1のチャージポンプ回路120の信号波形図である。本明細書に示される波形図は、説明を簡潔にするため、あるいは理解を容易とするために、縦軸および横軸が適宜拡大、縮小されている。
The operation of the
負荷電流が増大するにしたがい、出力キャパシタCo1から負荷に対して電荷が多く供給されるため、出力電圧Voutが低下し、誤差電圧Verrが上昇していく。出力電圧Voutが低いほど、パルス信号Spwm1のデューティ比は増加していく。ただし、パルス信号Spwm3のデューティ比は、最大パルス信号Smaxのデューティ比βmax以下に制限される。また、パルス信号Spwm1のデューティ比が最小パルス信号Sminのデューティ比βminより小さくなると、パルス信号Spwm3がローレベルに固定され、パルスがカットされる。 As the load current increases, a large amount of charge is supplied from the output capacitor Co1 to the load, so that the output voltage Vout decreases and the error voltage Verr increases. The duty ratio of the pulse signal Spwm1 increases as the output voltage Vout decreases. However, the duty ratio of the pulse signal Spwm3 is limited to be equal to or less than the duty ratio βmax of the maximum pulse signal Smax. When the duty ratio of the pulse signal Spwm1 is smaller than the duty ratio βmin of the minimum pulse signal Smin, the pulse signal Spwm3 is fixed at a low level and the pulse is cut.
図3(a)、(b)はそれぞれ、通常の負荷時および軽負荷時におけるチャージポンプ回路120の動作波形図である。
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。
FIGS. 3A and 3B are operation waveform diagrams of the
As shown in FIG. 3A, when the load current is large and constant, the duty ratio of the pulse signal Spwm1 is adjusted by feedback. The
図3(b)は、軽負荷時の動作を示す。軽負荷状態では、パルス信号Spwm1のデューティ比が最小デューティ比βminより小さくなる。その結果、第1スイッチ群10、第2スイッチ群12のスイッチングが停止するため、出力キャパシタCo1の充電動作が停止する。この間、出力キャパシタCo1は、小さな負荷電流によって放電されるため、出力電圧Voutは緩やかに低下していく。出力電圧Voutの低下にともなって、誤差電圧Verrが上昇していき、時刻t1にパルス信号Spwm1のデューティ比が最小デューティ比βminを超えると、パルス信号Spwm3がハイレベルとなり、充電期間φ1となる。その直後の放電期間φ2において、出力キャパシタCo1が充電され、出力電圧Voutが上昇する。出力電圧Voutが上昇すると、再び誤差電圧Verrが低下し、デューティ比が最小デューティ比βminより小さくなり、スイッチングが停止する。
FIG. 3B shows the operation at light load. In a light load state, the duty ratio of the pulse signal Spwm1 is smaller than the minimum duty ratio βmin. As a result, the switching of the
このように、本実施の形態に係るチャージポンプ回路120では、パルス信号Spwm3のデューティ比をモニタし、下限値βminより小さなパルスをカットすることにより、軽負荷状態において、間欠モードで動作させることができる。第1スイッチ群10、第2スイッチ群12のオン、オフを切り換えるためには、各トランジスタのゲート容量を充放電するための駆動電流が必要であるが、間欠モードで動作させることにより、駆動電流が低減されるため、チャージポンプ回路120の消費電流を低減することができる。
As described above, in the
さらに、軽負荷時において、パルス信号Spwm3はローレベルに固定する場合、第2スイッチ群12がオンとなる状態で回路が停止する。したがって、出力端子124には、フライングキャパシタCf1と出力キャパシタCo1の合成容量が接続されるため、出力電圧Voutのリップルを小さくすることができる。
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。
Further, when the pulse signal Spwm3 is fixed at a low level at a light load, the circuit stops with the
However, the present invention is not limited to this, and the pulse signal Spwm3 may be fixed at a high level during light load.
なお、図3(b)に示される出力電圧Voutのリップルは図3(a)のそれより大きいが、実際には同程度かそれより小さい。なぜなら、負荷電流が小さい軽負荷時、出力キャパシタCo1から放電量は小さく、出力電圧Voutの低下量も小さいからである。 Note that the ripple of the output voltage Vout shown in FIG. 3B is larger than that of FIG. 3A, but is actually the same or smaller. This is because the amount of discharge from the output capacitor Co1 is small and the amount of decrease in the output voltage Vout is small when the load current is small and the load is light.
以上が、本実施の形態に係るチャージポンプ回路120の動作である。なお、チャージポンプ回路120のパルス変調技術は、スイッチングレギュレータのパルス変調技術とは思想が異なっている点に注目すべきである。すなわち、昇圧型のスイッチングレギュレータにおいてパルス幅変調を行う場合、生成されるパルス信号のデューティ比Dsrは、
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。
The above is the operation of the
Dsr = 1−Vin / Vout
Given in. That is, the duty ratio of the pulse signal is adjusted according to the input voltage Vin and the output voltage target value Vout.
これに対して、本実施の形態に係るチャージポンプ回路120のパルス変調では、パルス信号Spwm3のデューティ比は、負荷電流に応じて決定される点でスイッチングレギュレータのパルス変調とは異なっている。
On the other hand, in the pulse modulation of the
また、スイッチングレギュレータでは、デューティ比を増加させるほど、出力電圧Voutが増大する方向にフィードバックがかかるが、チャージポンプ回路では、デューティ比がある境界値を跨ぐと、フィードバックの方向が反転する。このため、本実施の形態に係るチャージポンプ回路120では、パルス信号Spwm3のデューティ比の範囲に制限を設けている。
In the switching regulator, feedback is applied in the direction in which the output voltage Vout increases as the duty ratio is increased. In the charge pump circuit, however, the feedback direction is reversed when the duty ratio crosses a certain boundary value. For this reason, in the
(2)第2の制御方法
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。
(2) Second Control Method In the first control method, the pulse signal is modulated so that the high period TH becomes longer as the feedback voltage Vfb is lower. On the other hand, in the second control method, the pulse signal Spwm3 is modulated so that the low period TL becomes longer as the feedback voltage Vfb is lower. Further, a lower limit value γmin is set for the duty ratio of the pulse signal Spwm3, and modulation is performed so that the duty ratio of the pulse signal Spwm3 changes in a range from the lower limit value γmin% to 100%.
このとき、γmin≧αに設定することが望ましい。この場合、αを跨いだ変化を防止できるため、出力電圧Voutを安定化できる。ただし、出力電圧Voutにリップルが生ずることが許容できる場合、γminをαより小さくしてもよい。 At this time, it is desirable to set γmin ≧ α. In this case, since the change across α can be prevented, the output voltage Vout can be stabilized. However, γmin may be made smaller than α when ripples are allowed to occur in the output voltage Vout.
チャージポンプ回路の効率が最も高くするためには、γmin=αとすることが好ましい。α=50の場合、γminは50%〜100%の間でなるべく小さな値に設定する。 In order to maximize the efficiency of the charge pump circuit, it is preferable to set γmin = α. When α = 50, γmin is set as small as possible between 50% and 100%.
γmin=55%の場合、ハイ期間THは、Tp×(0.55〜1)の範囲で変化し、ロー期間TLは、Tp×(0.45〜0)の範囲で変化する。すなわち、ハイ期間THの方が、ロー期間TLよりも長くなるように制限される。このときドライバ40は、パルス信号Spwm3のロー期間TLに応じた期間、第1スイッチ群10をオンし、ハイ期間THに応じた期間、第2スイッチ群12をオンすることが好ましい。つまり、第2スイッチ群12がオンする時間が長くなるようにすることが好ましい。これにより出力電圧Voutのリップルを小さくできる。
When γmin = 55%, the high period TH changes in a range of Tp × (0.55 to 1), and the low period TL changes in a range of Tp × (0.45 to 0). That is, the high period TH is limited to be longer than the low period TL. At this time, the
第2の制御方法を実現するためには、図1の制御回路100を変形すればよい。たとえば、誤差増幅器22の反転入力端子に基準電圧Vrefを、非反転入力端子に帰還電圧Vfbを入力してもよい。この場合、負荷電流が小さいほど、すなわち出力電圧Voutが大きいほど、誤差電圧Verrは大きくなり、パルス信号Spwm1のディーティ比は100%に近づく。その結果、負荷に対する電流供給能力が減少し、適切なフィードバックをかけることができる。負荷電流が増加すると、デューティ比がαに近づいていき、電流供給能力が増加する。
In order to realize the second control method, the
この場合、最大デューティコンパレータ28によって、デューティ比がγminとなるパルス信号を生成し、パルス信号Spwm3のデューティ比がγmin以上となるように制限をかければよい。
In this case, the
第2の制御方法で、軽負荷時に間欠モードを実現するために、パルス信号Spwm3のデューティ比に上限値γmaxを設定し、パルス信号Spwm3のデューティ比が上限値γmaxより大きいとき、パルス信号Spwm3のレベルを固定する。この場合、最小デューティコンパレータ32によってデューティ比がγmaxのパルス信号を生成すればよい。
In order to realize the intermittent mode at a light load by the second control method, an upper limit value γmax is set for the duty ratio of the pulse signal Spwm3, and when the duty ratio of the pulse signal Spwm3 is larger than the upper limit value γmax, the pulse signal Spwm3 Fix the level. In this case, the
第2の制御方式においても、第1の制御方式と同様の効果を得ることが可能である。 In the second control method, the same effect as that of the first control method can be obtained.
次に、上述したチャージポンプ回路120の一部、またはすべての特徴を具備するチャージポンプ回路において、その起動時に出力キャパシタに対して流れ込む突入電流を防止する技術について説明する。
Next, a description will be given of a technique for preventing an inrush current flowing into the output capacitor at the start-up in the charge pump circuit having some or all of the features of the
(第1の技術)
ドライバ40は、チャージポンプ回路120の起動開始から所定のプリチャージ期間の間、上述の充電期間φ1と、放電期間φ2のスイッチング動作を行わず、その代わりに、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4をオンとして、出力キャパシタCo1を充電する。
(First technology)
The
その後、プリチャージ期間が終了すると、充電期間φ1と放電期間φ2を交互に切りかえ、第1ペア(第1スイッチSW1、第2スイッチSW2)および第2ペア(第3スイッチSW3、第4スイッチSW4)を交互にオン、オフさせる。 Thereafter, when the precharge period ends, the charging period φ1 and the discharging period φ2 are alternately switched, and the first pair (first switch SW1, second switch SW2) and the second pair (third switch SW3, fourth switch SW4). Are alternately turned on and off.
プリチャージ期間を設けることにより、以下の効果が得られる。
もしプリチャージ期間を設けずに、スイッチング動作を開始すると、充電期間φ1にフライングキャパシタCf1がΔVに充電され、その後、出力キャパシタCo1にΔV+Vin2が印加される。起動直後は、出力電圧Voutと基準電圧Vrefの誤差が大きいため、フライングキャパシタCf1の充電時間は最長となるから、ΔV≒Vin1となる可能性がある。そうすると、続く放電期間φ2に、出力キャパシタCo1には電荷量が0の状態でVin1+Vin2に近い大電圧が印加され、出力キャパシタCo1に突入電流が流れるおそれがある。また第4スイッチSW4がオンした直後、第4スイッチSW4の一端(フライングキャパシタCf1側)にVin1+Vin2が、他端(出力キャパシタ側)に0Vが印加されるため、第4スイッチSW4の耐圧を超えるおそれもある。こうした状況は、回路素子の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。
By providing the precharge period, the following effects can be obtained.
If the switching operation is started without providing the precharge period, the flying capacitor Cf1 is charged to ΔV during the charging period φ1, and then ΔV + Vin2 is applied to the output capacitor Co1. Immediately after startup, since the error between the output voltage Vout and the reference voltage Vref is large, the charging time of the flying capacitor Cf1 is the longest, so there is a possibility that ΔV≈Vin1. Then, in the subsequent discharge period φ2, a large voltage close to Vin1 + Vin2 is applied to the output capacitor Co1 in a state where the charge amount is 0, and there is a possibility that an inrush current flows in the output capacitor Co1. Immediately after the fourth switch SW4 is turned on, Vin1 + Vin2 is applied to one end (flying capacitor Cf1 side) of the fourth switch SW4 and 0 V is applied to the other end (output capacitor side), which may exceed the withstand voltage of the fourth switch SW4. There is also. Such a situation may affect the reliability of the circuit element.
これに対して、プリチャージ期間を設け、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4をオンすることにより、出力キャパシタCo1には、起動直後に第1入力電圧Vin1が入力される。したがって、出力キャパシタCo1にVin1+Vin2が印加される状況に比べて突入電流の発生を抑制できる。 In contrast, by providing a precharge period and turning on the first switch SW1 and the fourth switch SW4, the first input voltage Vin1 is input to the output capacitor Co1 immediately after startup. Therefore, the occurrence of inrush current can be suppressed as compared with the situation where Vin1 + Vin2 is applied to the output capacitor Co1.
プリチャージ期間では、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4の両端には、第1入力電圧Vin1が印加される。それぞれのオン抵抗が同程度であれば、第4スイッチSW4の両端には、Vin1/2の電圧が印加される。したがって、Vin1+Vin2が印加される状況に比べて、素子の信頼性を高めることができる。 In the precharge period, the first input voltage Vin1 is applied to both ends of the first switch SW1 and the fourth switch SW4. If the respective on-resistances are approximately the same, a voltage of Vin1 / 2 is applied to both ends of the fourth switch SW4. Therefore, the reliability of the element can be improved as compared with the situation where Vin1 + Vin2 is applied.
(第2の技術)
また、プリチャージ期間において、第2スイッチSW2、第3スイッチSW3を以下の状態とすることが望ましい。
(Second technology)
In the precharge period, it is desirable that the second switch SW2 and the third switch SW3 are in the following states.
2−1. 第1入力電圧Vin1が第2入力電圧Vin2より高い場合
この場合、ドライバ40は、プリチャージ期間の間、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4に加えて第3スイッチSW3をオンし、第2スイッチSW2をオフする。この状態では、フライングキャパシタCf1は、第1入力電圧Vin1と第2入力電圧Vin2の差電圧(Vin1−Vin2)で充電される。つまり、ΔV=(Vin1−Vin2)となる。
2-1. When the first input voltage Vin1 is higher than the second input voltage Vin2 In this case, during the precharge period, the
プリチャージ期間が終了してスイッチング動作が開始され、放電期間φ2において第3スイッチSW3、第4スイッチSW4がオンとなると、出力キャパシタCo1には、
Vin2+ΔV=Vin2+(Vin1−Vin2)=Vin1
の電圧が印加される。つまり、プリチャージ期間からスイッチング動作に移行する際に、出力キャパシタCo1に大電圧が印加されるのを防止できる。
When the precharge period ends and the switching operation is started and the third switch SW3 and the fourth switch SW4 are turned on in the discharge period φ2, the output capacitor Co1
Vin2 + ΔV = Vin2 + (Vin1-Vin2) = Vin1
Is applied. That is, it is possible to prevent a large voltage from being applied to the output capacitor Co1 when shifting from the precharge period to the switching operation.
もし、プリチャージ期間に第3スイッチSW3をオフ、第2スイッチSW2をオンして、フライングキャパシタCf1を第1入力電圧Vin1で充電した場合、ΔV=Vin1となる。したがってスイッチング動作開始後の放電期間φ2において、出力キャパシタCo1には、
Vin2+ΔV=Vin2+Vin1
の大電圧が印加されてしまうため好ましくない。
If the third switch SW3 is turned off and the second switch SW2 is turned on during the precharge period to charge the flying capacitor Cf1 with the first input voltage Vin1, then ΔV = Vin1. Therefore, in the discharge period φ2 after the start of the switching operation, the output capacitor Co1 has
Vin2 + ΔV = Vin2 + Vin1
This is not preferable because a large voltage is applied.
2−2. 第1入力電圧Vin1が第2入力電圧Vin2と等しい場合
この場合、ドライバ40は、プリチャージ期間の間、第2スイッチSW2をオフする。第3スイッチSW3はオンでもオフでもよい。第2スイッチSW2をオフしておくことにより、フライングキャパシタCf1が第1入力電圧Vin1で充電されないため、スイッチング動作開始直後に、出力キャパシタCo1に大電圧が印加されるのを防止できる。
2-2. When the first input voltage Vin1 is equal to the second input voltage Vin2 In this case, the
(第3の技術)
第1、第2の技術と組み合わせて、パルス変調器20は、プリチャージ期間の終了後に、基準電圧Vrefを目時間とともに上昇させるソフトスタートを実行することが好ましい。
(Third technology)
In combination with the first and second techniques, the
第1、第2の技術を組み合わせて、チャージポンプ回路120を起動させた場合の動作について説明する。図4は、図1のチャージポンプ回路120の起動時の動作状態を示すタイムチャートである。
The operation when the
時刻t0に、チャージポンプ回路120の起動開始を指示するシーケンス開始信号(以下、SEQ_IN信号)がハイレベルとなる。ドライバ40は、SEQ_IN信号がハイレベルとなると、プリチャージ期間τpcの間、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4をオンとし、出力キャパシタCo1を第1入力電圧Vin1で充電する。その結果、出力電圧Voutが時間とともに増加する。
At time t0, a sequence start signal (hereinafter, SEQ_IN signal) instructing start of activation of the
プリチャージ期間τpc経過後の時刻t1に、ソフトスタート動作に切り替わる。ソフトスタート動作中、ドライバ40はパルス信号Spwm3にもとづいて、充電期間φ1と放電期間φ2を交互にスイッチングする。ソフトスタート動作中、電圧源21は基準電圧Vrefを時間とともに緩やかに上昇させる。出力電圧Voutは、フィードバックによって基準電圧Vrefに追従して上昇する。
At time t1 after the precharge period τpc has elapsed, the operation is switched to the soft start operation. During the soft start operation, the
その後、時刻t3に基準電圧Vrefが目標値に達すると、出力電圧Voutは安定する。 Thereafter, when the reference voltage Vref reaches the target value at time t3, the output voltage Vout is stabilized.
このように、図1のチャージポンプ回路120によれば、突入電流を抑制しながら、出力電圧Voutを上昇させることができる。
Thus, according to the
(第4の技術)
第4の技術は、上述の第1から第3の技術の少なくともひとつと組み合わせて、あるいは単独で用いることにより、突入電流を効果的に抑制する技術に関する。
図5は、変形例に係るチャージポンプ回路120aの構成を示す回路図である。図5のチャージポンプ回路120aは、図1のチャージポンプ回路120に加えてさらに、入力スイッチ14を備える。ドライバ40は、第1スイッチSW1〜第4スイッチSW4に加えて、入力スイッチ14の状態を制御する。
(Fourth technology)
The fourth technique relates to a technique for effectively suppressing an inrush current by using in combination with at least one of the first to third techniques described above or by itself.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a
入力スイッチ14は、第1入力端子102から出力端子108を経て出力キャパシタCo1に至る経路上に設けられ、オン抵抗が切りかえ可能に構成される。図5では、入力スイッチ14は第1スイッチSW1と第1入力端子102の間に設けられる。
The
ドライバ40は、チャージポンプ回路120aの起動開始から所定のソフトスタート期間τssの間、入力スイッチ14をオン抵抗が高い状態にてオンし、その後、入力スイッチ14のオン抵抗を低い状態に切りかえる。ソフトスタート期間τssはプリチャージ期間τpcと一致してもよいし、それより長く、あるいは短くてもよい。以下では、τss>τpcとして説明をする。
The
入力スイッチ14は、並列に接続されたPチャンネルMOSFETの第5スイッチSW5と、PチャンネルMOSFETの第6スイッチSW6を含む。第5スイッチSW5のオン抵抗は高く設計し、第6スイッチSW6のオン抵抗は、通常のスイッチング動作時に損失とならないように十分に小さく設計する。
The
ドライバ40は、ソフトスタート期間τssの間、第5スイッチSW5のみをオンする。そして、ソフトスタート期間τssの経過後に、第5スイッチSW5に加えて、またはこれに替えて、第6スイッチSW6をオンする。
The
入力スイッチ14を設けることにより、以下の効果を得ることができる。
図1の制御回路100では、プリチャージ期間τssに、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4をオン状態とした。したがって、仮に第1スイッチSW1、第4スイッチSW4のオン抵抗が非常に小さい場合や、第1入力電圧Vin1が非常に高い場合、出力キャパシタCo1に突入電流が流れ込むおそれがある。そこでこのような場合には、入力スイッチ14を設けて、プリチャージ期間τpcにおいて第1入力端子102から出力端子108に至る経路の抵抗値を高く設定することにより、突入電流を好適に防止することができる。
By providing the
In the
また、τss>τpcの場合、ソフトスタート動作に移行した後も、入力スイッチ14のオン抵抗は高く設定される。したがって、出力電圧Voutが低い状態でスイッチング動作が開始しても、突入電流が流れるのを好適に防止できる。その後、ソフトスタート期間τss経過後に入力スイッチ14のオン抵抗が低く設定され、低損失にてスイッチング動作が行われる。
When τss> τpc, the on-resistance of the
図6は、図5の制御回路100aの構成例を示す回路図である。図6の制御回路100aは、電圧源21、ドライバ40の構成のみを詳細に示している。電圧源21は、カウンタ21a、電圧源21bを含む。カウンタ21aは、SEQ_IN信号およびクロックCKを受け、SEQ_IN信号がハイレベルになると、クロックCKを利用してカウント動作を開始し、プリチャージ期間τpc、ソフトスタート期間τssの測定を行う。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of the
カウンタ21aは、起動開始からプリチャージ期間τpc経過後に、チャージ信号(以下、CHG信号)をハイレベルからローレベルに切りかえる。また、起動開始からソフトスタート期間τss経過後の時刻に、ソフトスタート終了信号(以下、SSEND信号)をハイレベルからローレベルに切りかえる。
The
ドライバ40は、制御部42、第1ドライバDRV1〜第4ドライバDRV4を含む。
制御部42は、SSEND信号がハイレベルの期間(ソフトスタート期間τss)、第5スイッチSW5をオン、第6スイッチSW6をオフする。また、SSEND信号がローレベルの期間、第5スイッチSW5、第6スイッチSW6を両方オンする。
The
The
第1ドライバDRV1〜第4ドライバDRV4は、パルス信号Spwm3およびCHG信号を受け、それぞれ第1スイッチSW1〜第4スイッチSW4を駆動する。具体的には、第1ドライバDRV1、第3ドライバDRV3、第4ドライバDRV4は、CHG信号がハイレベルのとき、それぞれ第1スイッチSW1、第3スイッチSW3、第4スイッチSW4をオンする。第2ドライバDRV2は、CHG信号がハイレベルのとき、第2スイッチSW2をオフする。 The first driver DRV1 to the fourth driver DRV4 receive the pulse signal Spwm3 and the CHG signal and drive the first switch SW1 to the fourth switch SW4, respectively. Specifically, the first driver DRV1, the third driver DRV3, and the fourth driver DRV4 turn on the first switch SW1, the third switch SW3, and the fourth switch SW4, respectively, when the CHG signal is at a high level. The second driver DRV2 turns off the second switch SW2 when the CHG signal is at a high level.
第1ドライバDRV1〜第4ドライバDRV4は、CHG信号がローレベルのとき、パルス信号Spwm3にもとづいて、第1スイッチSW1〜第4スイッチSW4をスイッチングさせる。すなわち、第1ドライバDRV1、第2ドライバDRV2はそれぞれ、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2を、パルス信号Spwm3がローレベルのときオンし、ハイレベルのときオフする。反対に、第3ドライバDRV3、第4ドライバDRV4はそれぞれ、第3スイッチSW3、第4スイッチSW4を、パルス信号Spwm3がハイレベルのときオンし、ローレベルのときオフする。 The first driver DRV1 to the fourth driver DRV4 switch the first switch SW1 to the fourth switch SW4 based on the pulse signal Spwm3 when the CHG signal is at a low level. That is, the first driver DRV1 and the second driver DRV2 turn on the first switch SW1 and the second switch SW2, respectively, when the pulse signal Spwm3 is at a low level, and turn off when the pulse signal Spwm3 is at a high level. Conversely, the third driver DRV3 and the fourth driver DRV4 turn on the third switch SW3 and the fourth switch SW4, respectively, when the pulse signal Spwm3 is at a high level, and turn off when the pulse signal Spwm3 is at a low level.
第1スイッチSW1、第4スイッチSW4のボディダイオードD1、D4は、いずれもカソードが出力端子108側に、アノードが第1入力端子102側となる向きで接続される。したがって、図1の回路では、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4がオフのときでも、第1入力端子102から出力端子108に対して電流経路が存在してしまう。つまり、第1入力電圧Vin1が遮断できない場合、リーク電流が発生して電力損失となる。図6では、第5スイッチSW5、第6スイッチSW6はいずれもPチャンネルMOSFETであり、それぞれのボディダイオードD5、D6は、ボディダイオードD1、D4と反対向きとなっている。したがって、スイッチSW1、SW4、SW5、SW6をオフすれば、第1入力端子102から出力端子108への電流経路を完全に遮断できる。
The body diodes D1 and D4 of the first switch SW1 and the fourth switch SW4 are connected so that the cathode is on the
図7は、図6の制御回路100aの動作状態を示すタイムチャートである。時刻t0にSEQ_IN信号がハイレベルとなるとチャージポンプ回路120の起動開始が指示される。時刻t0からプリチャージ期間τpcの間、CHG信号がハイレベルであり、第1スイッチSW1、第3スイッチSW3、第4スイッチSW4がオンする。また、第5スイッチSW5がオン、第6スイッチSW6がオフとなる。その結果、第1入力電圧Vin1が第5スイッチSW5、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4を介して出力キャパシタCo1に印加され、出力電圧Voutが上昇する。
FIG. 7 is a time chart showing an operation state of the
時刻t1にCHG信号がローレベルになると、第1スイッチSW1〜第4スイッチSW4がスイッチング動作を開始する。時刻t1以降、基準電圧Vrefが緩やかに上昇していき、ソフトスタート動作が行われる。このとき、第5スイッチSW5のみがオン、第6スイッチSW6はオフである。つまり、時刻t1〜t2の期間、基準電圧Vrefを緩やかに上昇させるソフトスタート動作を行い、さらに入力スイッチ14のオン抵抗を高く設定して、第1入力端子102からのフライングキャパシタCf1に対する充電能力を制限することにより、出力電圧Voutを緩やかに立ち上げる。
When the CHG signal becomes low level at time t1, the first switch SW1 to the fourth switch SW4 start the switching operation. After time t1, the reference voltage Vref gradually increases and a soft start operation is performed. At this time, only the fifth switch SW5 is on and the sixth switch SW6 is off. That is, during the period from the time t1 to the time t2, the soft start operation for gradually increasing the reference voltage Vref is performed, and the ON resistance of the
時刻t2にSSEND信号がローレベルとなると、第6スイッチSW6がオン状態となり、第1入力端子102からの電流供給能力が最大となり、負荷を駆動可能な状態となる。その後、時刻t3にSEQ_IN信号がローレベルとなると、少なくとも第1スイッチSW1、第4スイッチSW4をオフする。
When the SSEND signal becomes low level at time t2, the sixth switch SW6 is turned on, the current supply capability from the
このように、図5、図6の制御回路100aによれば、スイッチング素子(SW1〜SW4)とは別に、第1入力端子102から出力端子108を経て出力キャパシタCo1に至る経路上に、オン抵抗が調節可能なスイッチを設け、起動シーケンスに応じてオン抵抗を切りかえることにより、出力キャパシタCo1やフライングキャパシタCf1に対する充電能力を制限することができ、突入電流を防止できる。
As described above, according to the
具体的には、入力スイッチ14を設ける第4の技術によれば、以下の効果が得られる。
Specifically, according to the fourth technique in which the
(効果1) 第4の技術を、第1の技術と組み合わせた場合
チャージポンプ回路120aの起動開始直後のプリチャージ期間τpcに、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4をオンさせる場合、入力スイッチ14のオン抵抗を高く設定することにより、第1入力端子102から、入力スイッチ14、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4を介して出力キャパシタCo1に至る充電経路のインピーダンスを高くすることができ、出力キャパシタCo1に突入電流が流れるのを防止できる。
(Effect 1) When the fourth technique is combined with the first technique When the first switch SW1 and the fourth switch SW4 are turned on during the precharge period τpc immediately after the start of the activation of the
(効果2) 第4の技術を、第1の技術と組み合わせた場合、あるいは単独で用いた場合
また、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4をオンするプリチャージを行わずに、あるいはプリチャージを行った後に、第1スイッチSW1〜第4スイッチSW4をスイッチング動作させる場合に、入力スイッチ14のオン抵抗を高く設定することにより、第1入力端子102から、入力スイッチ14、第1スイッチSW1を介してフライングキャパシタCf1に至る充電経路のインピーダンスを高くすることができ、フライングキャパシタCf1に対する充電電流を制限することができる。その結果、充電期間φ1において、フライングキャパシタCf1に蓄えられる電荷量を制限できるため、出力電圧Voutを緩やかに立ち上げることができる。
(Effect 2) When the fourth technique is combined with the first technique, or when used alone. Also, the precharge is not performed or the precharge is not performed to turn on the first switch SW1 and the fourth switch SW4. When the first switch SW1 to the fourth switch SW4 are switched after being performed, by setting the ON resistance of the
(効果3) 第4の技術を第3の技術と組み合わせて、入力スイッチ14のオン抵抗の制御と併せて、パルス変調器20において基準電圧Vrefを緩やかに上昇させるソフトスタートを実行すると、出力電圧Voutを緩やかに上昇させる上で効果的である。
(Effect 3) When the fourth technology is combined with the third technology and the on-resistance of the
以上、実施の形態にかかるチャージポンプ回路120について説明した。上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
The
図5、図6では、入力スイッチ14を第1スイッチSW1と第1入力端子102の間に設ける場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。
入力スイッチ14は、第1入力端子102から出力端子108に至る経路上に設けられればよいから、以下の変形例が可能である。
変形例1. 入力スイッチ14は、第4スイッチSW4とフライングキャパシタCf1の接続点N1と、第1スイッチSW1の間に設けられてもよい。
変形例2. 入力スイッチ14は、第4スイッチSW4と出力キャパシタCo1の間に設けられてもよい。
変形例3. 入力スイッチ14は、第1スイッチSW1とフライングキャパシタCf1の接続点N1と、第4スイッチSW4の間に設けられてもよい。
5 and 6, the case where the
Since the
Modification 2 The
変形例1の場合、図5や図6の場合と同様に、チャージポンプ回路120aが通常のスイッチング動作を開始した後において、フライングキャパシタCf1に対する充電電流を制御することができる。
In the case of the first modification, the charging current for the flying capacitor Cf1 can be controlled after the
変形例2、3の場合、チャージポンプ回路120aが通常のスイッチング動作を開始した後において、出力キャパシタCo1に対する充電電流を制御することができる。
In the second and third modifications, the charge current to the output capacitor Co1 can be controlled after the
チャージポンプ回路の構成は図1、図5、図6のトポロジーに限定されない。たとえば、トランジスタのスイッチに代えてダイオードを用いてもよい。また、実施の形態では、2つの入力電圧を加算する加算型チャージポンプ回路について説明したが、昇圧率2倍のチャージポンプ回路であってもよい。第1入力端子102と第2入力端子103を共通に接続すればよい。
The configuration of the charge pump circuit is not limited to the topologies of FIGS. For example, a diode may be used instead of the transistor switch. In the embodiment, the addition type charge pump circuit that adds two input voltages has been described. However, a charge pump circuit having a double boosting rate may be used. The
また、昇圧率が1.5倍、あるいは4倍、さらに別のチャージポンプ回路であってもよく、あるいは複数の昇圧率が切り換え可能なチャージポンプ回路であってもよい。さらに、負電圧を生成するための電圧反転型のチャージポンプ回路にも本発明は適用可能である。 Further, the boost rate may be 1.5 times or 4 times, and another charge pump circuit may be used, or a charge pump circuit in which a plurality of boost rates can be switched may be used. Furthermore, the present invention can be applied to a voltage inversion type charge pump circuit for generating a negative voltage.
実施の形態では、第1スイッチSW1〜第4スイッチSW4および入力スイッチ14が制御回路100に内蔵される場合を説明したが、ディスクリート素子を用いて、制御回路100の外部に設けてもよい。
In the embodiment, the case where the first switch SW1 to the fourth switch SW4 and the
実施の形態では、パルス変調器20が三角波やのこぎり波をスライスしてパルス信号を生成するパルス幅変調を行う場合を説明したが、変調方法はこれに限定されない。たとえば、パルス周波数変調やパルス密度変調を行ってもよい。すなわち、出力電圧Voutが目標電圧に近づくようにパルス信号のデューティ比を調節し、かつデューティ比を所定の範囲に制限すればよい。
In the embodiment, the case where the
各信号の論理レベルは実施の形態のそれに限定されず、適宜反転することができる。 The logic level of each signal is not limited to that in the embodiment, and can be reversed as appropriate.
実施の形態にもとづき、特定の語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。 Although the present invention has been described using specific words and phrases based on the embodiments, the embodiments are merely illustrative of the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many modifications and arrangements can be made without departing from the spirit of the present invention.
100…制御回路、102…第1入力端子、103…第2入力端子、104…キャパシタ端子、106…キャパシタ端子、108…出力端子、110…接地端子、112…帰還端子、120…チャージポンプ回路、122…第1入力端子、123…第2入力端子、124…出力端子、Cf1…フライングキャパシタ、Co1…出力キャパシタ、R1…帰還抵抗、R2…帰還抵抗、10…第1スイッチ群、12…第2スイッチ群、14…入力スイッチ、SW1…第1スイッチ、SW2…第2スイッチ、SW3…第3スイッチ、SW4…第4スイッチ、SW5…第5スイッチ、SW6…第6スイッチ、20…パルス変調器、21…電圧源、21a…カウンタ、21b…電圧源、22…誤差増幅器、24…オシレータ、26…PWMコンパレータ、28…最大デューティコンパレータ、30…ANDゲート、32…最小デューティコンパレータ、34…PFMコントローラ、40…ドライバ、Vin1…第1入力電圧、Vin2…第2入力電圧、Vout…出力電圧。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
第1入力電圧が印加される第1入力端子と前記フライングキャパシタの一端の間に設けられた第1スイッチと、
前記フライングキャパシタの他端と固定電圧端子の間に設けられた第2スイッチと、
第2入力電圧が印加される第2入力端子と前記フライングキャパシタの前記他端の間に設けられた第3スイッチと、
前記フライングキャパシタの前記一端と前記出力キャパシタの一端の間に設けられた第4スイッチと、
パルス信号のハイ期間に応じた期間、前記第1、第2スイッチの第1ペア、または前記第3、第4スイッチの第2ペアのいずれか一方をオンし、そのロー期間に応じた期間、他方のペアをオンするドライバと、
を備え、
前記ドライバは、前記チャージポンプ回路の起動開始から所定のプリチャージ期間の間、前記第1、第4スイッチをオンして前記出力キャパシタを充電し、その後、前記パルス信号にもとづいて、前記第1、第2ペアを交互にオン、オフさせることを特徴とする制御回路。 A charge pump circuit control circuit having a flying capacitor and an output capacitor,
A first switch provided between a first input terminal to which a first input voltage is applied and one end of the flying capacitor;
A second switch provided between the other end of the flying capacitor and a fixed voltage terminal;
A third switch provided between a second input terminal to which a second input voltage is applied and the other end of the flying capacitor;
A fourth switch provided between the one end of the flying capacitor and one end of the output capacitor;
A period corresponding to a high period of a pulse signal, turning on one of the first pair of the first and second switches, or the second pair of the third and fourth switches, and a period corresponding to the low period; A driver to turn on the other pair;
With
The driver turns on the first and fourth switches to charge the output capacitor during a predetermined precharge period from the start of activation of the charge pump circuit, and then charges the output capacitor based on the pulse signal. A control circuit that turns on and off the second pair alternately.
前記ドライバは、前記プリチャージ期間の間、前記第1、第4スイッチに加えて前記第3スイッチをオンし、前記第2スイッチをオフすることにより、前記フライングキャパシタを前記第1入力電圧と前記第2入力電圧の差電圧で充電することを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 When the first input voltage is higher than the second input voltage;
The driver turns on the third switch in addition to the first and fourth switches and turns off the second switch during the precharge period, thereby connecting the flying capacitor to the first input voltage and the first switch. The control circuit according to claim 1, wherein charging is performed with a differential voltage of the second input voltage.
前記ドライバは、前記プリチャージ期間の間、前記第2スイッチをオフすることを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 When the first input terminal and the second input terminal are connected in common, and the first input voltage and the second input voltage are equal,
The control circuit according to claim 1, wherein the driver turns off the second switch during the precharge period.
前記プリチャージ期間の終了後、前記パルス変調器は、前記基準電圧を時間とともに上昇させ、前記ドライバは前記パルス信号にもとづいて前記第1スイッチから前記第4スイッチを駆動することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の制御回路。 A pulse modulator that generates a pulse signal in which a duty ratio is adjusted so that a feedback voltage corresponding to an output voltage of the charge pump circuit matches a predetermined reference voltage;
The pulse modulator increases the reference voltage with time after the precharge period ends, and the driver drives the first switch to the fourth switch based on the pulse signal. Item 4. The control circuit according to any one of Items 1 to 3.
前記ドライバは、前記チャージポンプ回路の起動開始から所定のソフトスタート期間、前記入力スイッチをオン抵抗が高い状態にてオンし、その後、前記入力スイッチのオン抵抗を低い状態に切りかえることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の制御回路。 An input switch provided on a path from the first input terminal to the output capacitor and capable of switching on-resistance;
The driver turns on the input switch in a high on-resistance state for a predetermined soft start period from the start of activation of the charge pump circuit, and then switches the on-resistance of the input switch to a low state. The control circuit according to claim 1.
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3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。 A flying capacitor,
An output capacitor;
The control circuit according to any one of claims 1 to 3, which controls charge / discharge states of the flying capacitor and the output capacitor;
A charge pump circuit comprising:
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CN107370366B (en) * | 2017-08-22 | 2024-04-23 | 瓴芯电子科技(无锡)有限公司 | Step-down DC-DC converter system |
WO2020211059A1 (en) | 2019-04-18 | 2020-10-22 | 华为技术有限公司 | Multi-phase signal control circuit and method |
CN111953202A (en) * | 2019-05-17 | 2020-11-17 | 力智电子股份有限公司 | Switching capacitor type power conversion device and operation method thereof |
JP7550529B2 (en) | 2019-08-02 | 2024-09-13 | エイブリック株式会社 | Boost circuit |
CN114448229B (en) * | 2020-11-02 | 2024-08-30 | 圣邦微电子(北京)股份有限公司 | Charge pump circuit |
CN117941234A (en) * | 2021-10-04 | 2024-04-26 | 株式会社村田制作所 | Voltage conversion system, power converter system, and voltage conversion method |
CN114498837A (en) * | 2022-01-27 | 2022-05-13 | 珠海冠宇动力电源有限公司 | Power supply system |
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JP2005057969A (en) * | 2003-08-07 | 2005-03-03 | Renesas Technology Corp | Charge-pump circuit |
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JP2007221890A (en) * | 2006-02-15 | 2007-08-30 | Renesas Technology Corp | Semiconductor integrated circuit |
JP5290565B2 (en) * | 2007-11-13 | 2013-09-18 | ローム株式会社 | Charge pump circuit and control circuit thereof |
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