JP2009081984A - チャージポンプ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】出力電圧を簡易な構成で調整でき、突入電流を抑制して、電源ラインやグランドラインに発生するノイズを解消する。
【解決手段】フライングキャパシタ７と、出力キャパシタ１１と、入力電源９からフライングキャパシタを充電するための充電経路と、フライングキャパシタから出力キャパシタへ放電するための放電経路を備え、フライングキャパシタを充電する動作と、フライングキャパシタの電荷を出力キャパシタへ放電する動作とを交互に繰り返すことで、出力電圧Ｖｏを生成する。充電経路に介在し並列接続の複数スイッチ素子１６、１７からなる第１スイッチ回路と、放電経路に介在し並列接続の複数スイッチ素子１３、１４からなる第２スイッチ回路と、出力電圧を基準電圧と比較する電圧比較器を備える。電圧比較器の出力に応じて、第１及び第２スイッチ回路を構成する複数のスイッチ素子を選択して使用することで、出力電圧を調節する。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャパシタと複数のスイッチを組み合わせ、スイッチをオンオフ動作させることによって、キャパシタの充電と放電を繰り返して所定の電圧出力を得るようにしたチャージポンプ回路に関するものである。

近年、携帯機器用のスイッチング電源として、コイルを用いたスイッチング電源に替わり、チャージポンプ回路が利用される機会が増えている。これはコイルを用いる必要がないので、電源回路を小型化できるためである。

図１６は、特許文献１に開示されている、携帯機器の表示装置の照明用ＬＥＤ駆動回路に適用されたチャージポンプ回路の構成図である。このチャージポンプ回路は、チャージポンプ部１００と、制御回路１１０とで構成され、ＬＥＤ１２０と定電流回路１３０の直列回路に電圧を供給する。

定電流回路１３０は、電圧源回路１３１と、差動増幅器１３２と、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ１３３と、抵抗値Ｒｓの抵抗１３４とからなる。ＬＥＤ１２０を流れる電流Ｉｄは、トランジスタ１３３と抵抗１３４を流れ、抵抗１３４に発生する電圧（Ｒｓ・Ｉｄ）が差動増幅器１３２の負入力端子に帰還される。差動増幅器１３２の正入力端子には電圧源回路１３１の電圧Ｖｒが入力され、出力端子はトランジスタ１３３のゲートに接続されている。差動増幅器１３２は、電圧Ｖｒと抵抗１３４に発生する電圧（Ｒｓ・Ｉｄ）が等しくなるようにトランジスタ１３３を制御するので、電流Ｉｄは定電流（Ｉｄ＝Ｖｒ／Ｒｓ）となる。

チャージポンプ部１００は、フライングキャパシタ１０１と、出力キャパシタ１０２を有し、フライングキャパシタ１０１の一端は、第１スイッチ１０３と第３スイッチ１０５の共通接続部に接続されている。フライングキャパシタ１０１の他端は、第２スイッチ１０４と第４スイッチ１０６の共通接続部に接続されている。第１スイッチ１０３及び第２スイッチ１０４の他端は、入力電圧源１０７に接続され、電圧Ｖｉが供給される。第３スイッチ１０５の他端は出力キャパシタ１０２の一端に接続され、出力キャパシタ１０２により平滑化された出力電圧Ｖｏが出力される。第４スイッチ１０６の他端は接地されている。

制御回路１１０は、発振回路１１１とインバータ１１２を有し、発振回路１１１の出力パルスが第１スイッチ１０３及び第４スイッチ１０６をオン／オフし、インバータ１１２により発振回路１１１の出力パルスを反転したパルスが、第２スイッチ１０４及び第３スイッチ１０５をオン／オフする。

以下に、このチャージポンプ回路の動作について説明する。チャージポンプ部１００は２倍昇圧型であり、第１スイッチ１０３及び第４スイッチ１０６が同期してオン／オフを繰り返し、それとは逆位相で、第２スイッチ１０４及び第３スイッチ１０５が同期してオン／オフを繰り返す。第１スイッチ１０３及び第４スイッチ１０６がオンの時、フライングキャパシタ１０１は入力電圧Ｖｉに充電され、第２スイッチ１０４及び第３スイッチ１０５がオンの時、フライングキャパシタ１０１の電荷は入力電圧源１０７を介して出力キャパシタ１０２へ放電される。その結果、出力電圧Ｖｏは入力電圧Ｖｉの２倍の電位２×Ｖｉとなる。

尚、ＬＥＤを駆動するために昇圧電圧が必要な理由は以下の通りである。例えば、携帯電話で使用されているリチウム電池の電圧は３Ｖまで低下する。この入力電圧は、電池の長時間使用のための低消費電力化に伴い、低電圧化が進んでいる。一方、ＬＥＤの順方向電圧は４Ｖ以上になる場合もある。このような場合、ＬＥＤを駆動するには、リチウム電池からの入力電圧Ｖｉでは不足であるため、昇圧された出力電圧Ｖｏが必要となる。

さて、昇圧電圧を得るためのチャージポンプ回路は、コイルを用いるスイッチング電源に比べ、電源回路を小型化できる反面、出力電圧の調整ができないといった問題がある。例えば、図１６のような２倍昇圧のチャージポンプ回路の場合、リチウム電池の満充電状態では入力電圧Ｖｉが４．５Ｖになり、出力電圧は約９Ｖになる。そのため、各スイッチを構成するＭＯＳトランジスタや出力キャパシタは、９Ｖ以上の最大定格電圧が必要となる。一般的に絶対最大定格が７Ｖを越える半導体プロセスでは、ＭＯＳトランジスタのチップ面積の増大やスイッチング速度の劣化といった問題がある。また、出力キャパシタも高耐圧であるほど形状が大きくなる。

以上のような理由から、チャージポンプ回路の出力電圧の最大値を抑制した方が性能が向上し、小型になる。このような技術として、特許文献２には、チャージポンプ回路の出力電圧を調整する技術が開示されている。

図１７は、特許文献２に記載されたチャージポンプ回路の構成図である。このチャージポンプ回路は、入力電圧Ｖｉが印加される入力端子２０１と、フライングキャパシタ２０２，２０３と、第１のスイッチ２１１〜第８のスイッチ２１８と、出力キャパシタ２０４を備え、出力端子２０５から出力電圧Ｖｏが出力される。第１のスイッチ２１１〜第４のスイッチ２１４はＰチャネルＭＯＳトランジスタである。第１のスイッチ２１１のドレインと、第２のスイッチ２１２と第４のスイッチ２１４のソースは、入力端子２０１に接続される。第１のスイッチ２１１のソースと第２のスイッチ２１２のドレインの間に、フライングキャパシタ２０２が接続される。第２のスイッチ２１２のドレインには第３のスイッチ２１３のドレインが接続され、第３のスイッチ２１３のソースと第４のスイッチ２１４のドレインの間にフライングキャパシタ２０３が接続される。

第５のスイッチ２１５と第７のスイッチ２１７はＰチャネルＭＯＳトランジスタであり、それらのソースは出力端子２０５に接続される。第５のスイッチ２１５のドレインは第１のスイッチ２１１のソースに接続され、第７のスイッチ２１７のドレインは第３のスイッチ２１３のソースに接続される。第６のスイッチ２１６と第８のスイッチ２１８はＮチャネルＭＯＳトランジスタである。第６のスイッチ２１６のドレインは第２のスイッチ２１２のドレインに接続され、第８のスイッチ２１８のドレインは第４のスイッチ２１４のドレインに接続され、それらのソースは接地される。

図１７のチャージポンプ回路は、１倍、１．５倍昇圧、２倍昇圧の３つの動作モードを有する。１倍動作モードでは、第１のスイッチ２１１、第３のスイッチ２１３、第５のスイッチ２１５、及び第８のスイッチ２１８がオンで、他のスイッチはオフである。１．５倍昇圧動作モードでは、第１のスイッチ２１１、第３のスイッチ２１３、及び第８のスイッチ２１８がオンで、他のスイッチはオフである第１の状態と、第２のスイッチ２１２、第４のスイッチ２１４、第５のスイッチ２１５、及び第７のスイッチ２１７がオンで、他のスイッチはオフである第２の状態が繰り返される。すなわち、第１の状態では、２つのフライングキャパシタ２０２、２０３が直列に接続されて入力電圧Ｖｉまで充電され、第２の状態では、並列に接続されて入力電圧Ｖｉに重畳され、出力端子２０５へ放電される。これにより、出力電圧Ｖｏは入力電圧Ｖｉの１．５倍に昇圧される。

２倍昇圧動作モードは、第１のスイッチ２１１、第４のスイッチ２１４、第６のスイッチ２１６、及び第７のスイッチ２１７がオンで、他のスイッチはオフである第１の状態と、第２のスイッチ２１２、第５のスイッチ２１５、及び第８のスイッチ２１８がオンで、他のスイッチはオフである第２の状態が繰り返される。すなわち、第１の状態では、フライングキャパシタ２０２は入力電圧Ｖｉまで充電され、フライングキャパシタ２０３は入力電圧Ｖｉに重畳されて出力端子２０５へ放電される。第２の状態では、フライングキャパシタ２０２は入力電圧Ｖｉに重畳されて出力端子２０５へ放電され、フライングキャパシタ２０３が入力電圧Ｖｉまで充電される。これにより、出力電圧Ｖｏは入力電圧Ｖｉの２倍に昇圧される。

以上のように昇圧動作を１倍、１．５倍昇圧、２倍昇圧に切り替えることによって、出力電圧Ｖｏを所定の範囲に調整することができる。

また、チャージポンプ回路には、フライングキャパシタに急峻な充放電電流が流れるという問題もある。以下に説明する特許文献３や特許文献４のチャージポンプ回路は、特に起動時の入力突入電流を抑制する従来技術である。

図１８は、特許文献３の図１に記載されたチャージポンプ回路の構成図である。このチャージポンプ回路は、入力端子３０１の正の電位Ｖ１から絶対値の等しい負の電圧を出力し、負荷を駆動する反転動作を行い、キャパシタＣ１、Ｃ２、スイッチＳ１〜Ｓ５、抵抗素子Ｒ１を備え、出力端子３０３に負荷抵抗Ｒｏが接続される。スイッチＳ１、Ｓ２は直列に接続され、スイッチＳ１側が入力端子３０１に接続され、スイッチＳ２側が端子３０２に接続されている。スイッチＳ３、Ｓ４は直列に接続され、スイッチＳ３側が出力端子３０３に接続され、スイッチＳ４側が端子３０４に接続されている。

キャパシタＣ１は、一方の端子がスイッチＳ１とスイッチＳ２の共通接続部に接続され、他方の端子がスイッチＳ３とスイッチＳ４の共通接続部に接続されている。キャパシタＣ２は、一方の端子が出力端子３０３に接続され、他方の端子が端子３０５に接続されている。スイッチＳ２に並列に、スイッチＳ５と抵抗Ｒ１の直列回路が接続されている。

まず、通常時の動作として、入力の正の電位Ｖ１から絶対値の等しい負の電圧を出力する反転動作の場合について説明する。この場合、正の入力電圧Ｖ１が与えられ、Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４はそれぞれ接地とし、端子３から負の電圧ＶＯＵＴが出力される。

通常動作時にはスイッチＳ５をオフ状態にし、以下の第１周期と第２周期の動作を繰り返す。まず第１周期ではスイッチＳ１とスイッチＳ４がオン、スイッチＳ２とスイッチＳ３をオフにすることにより、正の電位Ｖ１でキャパシタＣ１を充電する。次に第２周期においてはスイッチＳ１とスイッチＳ４をオフにし、スイッチＳ２とスイッチＳ３をオンにする。それにより、キャパシタＣ１の電荷をキャパシタＣ２へと放電することで負の電圧ＶＯＵＴを出力する。この動作を繰り返すことで、出力電位ＶＯＵＴはおおむね入力電圧Ｖ１を反転した負電位となる。

この通常動作に対し、動作開始から予め設定された初期動作の期間には、スイッチＳ２を常時オフに維持すると同時にスイッチＳ５を常時オンにして抵抗Ｒ１をスイッチＳ２に並列接続する。この状態で、以下の第３周期と第４周期の動作を交互に繰り返す。まず第３周期においては、スイッチＳ１とスイッチＳ４をオン、スイッチＳ３をオフすることで、キャパシタＣ１を正の電圧Ｖ１で充電する。次に第４周期においてはスイッチＳ１とスイッチＳ４をオフにし、スイッチＳ３をオンすることで、キャパシタＣ１の電荷をキャパシタＣ２へ放電する。

これら初期動作の期間と通常動作の期間における出力電位ＶＯＵＴの変化と、端子３０２の電流ＩＶ２の波形を図１９に示す。図１９の（ａ）は出力電位ＶＯＵＴの変化、（ｂ）は端子３０２の電流ＩＶ２の波形、（ｃ）は入力端子３０１の電流ＩＶ１の波形を示す。この図を見てわかるように、端子３０２には、第３周期の直後の第４周期において、ピーク値の高い電流が流れ込んでいる。ここで、抵抗Ｒ１の抵抗値をスイッチＳ２のオン時の抵抗値よりも十分大きくなるように設定しておけば、端子３０２に流れ込む電流のピーク３０を小さくすることができる。しかし、端子３０２の電流ＩＶ２を抑えることはできるが、入力端子３０１の電流ＩＶ１を制限することはできない。電流ＩＶ１は図１９（ｃ）のように、非常に高いピークを持つ突入電流を発生する。

尚、特許文献３には、起動時の突入電流を低減する手段として、抵抗を用いる方法の他に、カレントミラー回路などを用いて第２スイッチの電流を制限する方法が開示されている。また、図１８には反転型のチャージポンプ回路の場合を示したが、同様の方法を、図１６の昇圧型に適用することも示唆されている。

また、特許文献４には、図１８に示したような抵抗とスイッチの直列回路ではなく、オン抵抗の異なる複数のスイッチを並列接続し、起動時には大きなオン抵抗のスイッチから順次動作させることによって、昇圧チャージポンプ回路の突入電流を低減する技術が開示されている。また、オン抵抗の異なる複数の並列スイッチは、フライングキャパシタの充電経路のみならず放電経路にも設けられているので、図１９（ｃ）のような突入電流も抑制できる。
特許第３２８４１２８号公報 特開２００７−３１８９５３号公報 特開２００７−１０４８２３号公報 特開２００５−３４８５６１号公報

しかしながら、上記従来のチャージポンプ回路は、図１７のような構成の回路の場合には、スイッチやフライングキャパシタの数量が増加する。また、図１８に記載したような突入電流抑制機能を備えたチャージポンプ回路であっても、起動後の負荷変動によって発生する突入電流は抑制できない。

本発明は、出力電圧を簡易な構成で調整できるとともに、起動時のみならず突入電流を抑え、電源ラインやグランドラインに発生するノイズを抑制したチャージポンプ回路を提供することを目的とする。

本発明に係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、入力電源から前記フライングキャパシタを充電するための充電経路と、前記フライングキャパシタから前記出力キャパシタへ放電するための放電経路を備え、前記フライングキャパシタを充電する動作と、前記フライングキャパシタの電荷を前記出力キャパシタへ放電する動作とを交互に繰り返すことで、前記出力キャパシタを介して出力電圧を出力する。

前記課題を解決するため、前記充電経路に介在し、並列接続された複数のスイッチ素子から構成された第１スイッチ回路と、前記放電経路に介在し、並列接続された複数のスイッチ素子から構成された第２スイッチ回路と、前記出力電圧を基準電圧と比較する電圧比較器を備え、前記電圧比較器の出力に応じて、前記第１及び第２スイッチ回路を構成する前記複数のスイッチ素子を選択して使用することで、前記出力電圧を調節する。

上記構成の本発明のチャージポンプ回路によれば、第１及び第２スイッチ回路を構成する複数のスイッチ素子を、それぞれ電圧比較器の出力に応じて選択して使用することにより、出力電圧を簡易な構成で調整できる。また、動作開始初期や動作停止後に再度動作開始する際に発生する、充電期間及び放電期間の両期間の突入電流のピーク値を抑制することが可能である。

本発明のチャージポンプ回路は、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。

すなわち、前記第１及び第２スイッチ回路を構成する複数のスイッチ素子のうち、特定のスイッチ素子を選択してスイッチングすることにより、前記第１及び第２スイッチ回路のオン抵抗が異なる複数の動作状態に設定可能であり、前記出力電圧の絶対値が前記基準電圧を上回ったことを示す前記電圧比較器の出力に応じて、前記第１及び第２スイッチ回路のオン抵抗の大きい動作状態に遷移する構成とすることができる。

また、前記基準電圧より低い第２の基準電圧と前記出力電圧を比較する第２の電圧比較器をさらに備え、前記出力電圧の絶対値が前記第２の基準電圧を下回ったことを示す前記第２の電圧比較器の出力に応じて、前記第１及び第２スイッチ回路のオン抵抗の小さい動作状態に遷移する構成とすることができる。

また、前記第１及び第２スイッチ回路を構成する複数のスイッチ素子のうち、特定のスイッチ素子を選択してスイッチングすることにより、前記第１及び第２スイッチ回路のオン抵抗が異なる複数の動作状態に設定可能であり、前記第１及び第２スイッチ回路のオン抵抗の大きい動作状態からオン抵抗の小さい動作状態に向かって遷移させながら起動する構成とすることができる。

また、前記第１及び第２スイッチ回路を構成する複数のスイッチ素子のうち、特定のスイッチ素子を選択してスイッチングすることにより、前記第１及び第２スイッチ回路のオン抵抗が異なる複数の動作状態に設定可能であり、前記動作状態の各スイッチング周期において、前記第１及び第２スイッチ回路のオン抵抗の大きい状態から、選択された特定のスイッチ素子をオンする状態に向かって遷移させる期間を有する構成とすることができる。

また、前記出力電圧が供給される負荷として発光素子を接続することができる。

また、前記出力電圧として、前記入力電圧の２倍の昇圧電圧を出力する構成とすることができる。

また、前記出力電圧として、前記入力電圧と絶対値の等しいマイナス電圧を出力する構成とすることができる。

また、前記出力電圧として、前記入力電圧の１．５倍の昇圧電圧を出力する構成とすることができる。

以下、本発明の実施形態に係るチャージポンプ回路について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るチャージポンプ回路を示す回路図であり、ＬＥＤ駆動回路に適用された例を示す。このチャージポンプ回路は、チャージポンプ部１と、制御回路２と、電圧比較器３と、基準電圧Ｖｒｅｆを供給する基準電圧源４で構成され、定電流回路６に接続されたＬＥＤ５に電圧を供給する。電圧比較器３の出力Ｖｃｈは、制御回路２に供給される。

チャージポンプ部１において、フライングキャパシタ７の一端は、第１スイッチ１２と第３スイッチ１５の共通接続部に接続されている。フライングキャパシタ７の他端は、第２スイッチ１３と第４スイッチ１６の共通接続部に接続されている。第１スイッチ１２及び第２スイッチ１３の他端は、入力端子８を介して入力電圧源９に接続され、電圧Ｖｉが供給される。第３スイッチ１５の他端は、出力端子１０を介して出力キャパシタ１１及びＬＥＤ５のアノードに接続されている。出力キャパシタ１１の他端は接地されている。従って、出力端子１０からＬＥＤ５へ、出力キャパシタ１１により平滑化された出力電圧が供給される。第４スイッチ１６の他端は、外部端子１８を介して接地されている。

さらに、第２スイッチ１３と並列に補助第２スイッチ１４が接続され、第４スイッチ１６と並列に補助第４スイッチ１７が接続されている。すなわち、第４スイッチ１６と補助第４スイッチ１７との並列回路が、フライングキャパシタ７の充電経路に介在する第１スイッチ回路を構成し、第２スイッチ１３と補助第２スイッチ１４との並列回路が、フライングキャパシタ７の放電経路に介在する第２スイッチ回路を構成する。

ここで、補助第２スイッチ１４及び補助第４スイッチ１７に使用されるＭＯＳトランジスタのサイズは、第２スイッチ１３や第４スイッチ１６のＭＯＳトランジスタのサイズに比べて小さく設定されている。すなわち、オン時のＭＯＳトランジスタの抵抗が大きくなるように設定されている。

制御回路２は、イネーブル信号ＥＮのＨｉによって動作して、各スイッチのオン／オフを制御する制御信号を発生し、第１〜第４スイッチ１２、１３、１５、１６に制御信号１２ｇ、１３ｇ、１５ｇ、１６ｇを、補助第２スイッチ１４に制御信号１４ｇを、補助第４スイッチ１７に制御信号１７ｇを供給する。

また第１スイッチ１２、第２スイッチ１３、第３スイッチ１５、補助第２スイッチ１４はＰチャネルＭＯＳトランジスタであり、制御信号がＬｏ時にオン、Ｈｉ時にオフする。第４スイッチ１６、補助第４スイッチ１７はＮチャネルＭＯＳトランジスタであり、制御信号がＨｉ時にオン、Ｌｏ時にオフする。

基準電圧源４が与える基準電圧Ｖｒｅｆは、チャージポンプの出力電圧の最大値であり、一般的に５Ｖ〜６Ｖが適切である。基準電圧Ｖｒｅｆは、電圧比較器３の反転入力に供給される。チャージポンプ部１の出力端子１０は、ＬＥＤ５のアノード端子と電圧比較器３の非反転入力に供給される。またＬＥＤ５のカソード端子には定電流回路６が接続されている。

図２は制御回路２の構成を示す。電圧比較器３の出力Ｖｃｈは、ＡＮＤ回路Ａ０２とＡ０３に入力されるとともに、インバータＩＮ１を介してＡＮＤ回路Ａ０１とＡ０４に入力される。イネーブル信号ＥＮは、ＡＮＤ回路Ａ０５とタイマー回路１９とパルス発生器２０に入力されるとともに、インバータＩＮ２を介してＯＲ回路Ｏ０１とＯ０３に入力される。パルス発生器２０は、イネーブル信号ＥＮのＨｉによってパルス信号Ｐｇを出力する。タイマー回路１９はパルス信号Ｐｇをカウントすることによって、第１の所定時間後にワンショットパルスＡｔを出力し、さらにその後の第２の所定時間後にワンショットパルスＢｔを出力する。ワンショットパルスＡｔはＡＮＤ回路Ａ０１に入力され、ワンショットパルスＢｔはＡＮＤ回路Ａ０４に入力される。

ＡＮＤ回路Ａ０１は、Ｖｃｈの反転信号とワンショットパルスＡｔとともに、後述するモード信号Ｍ１を入力され、その出力はＳＲラッチＦＦ１をセットする。ＡＮＤ回路Ａ０２は、Ｖｃｈとともに後述するモード信号Ｍ２を入力され、その出力はイネーブル信号ＥＮの反転信号とともにＯＲ回路Ｏ０１に入力される。ＯＲ回路Ｏ０１の出力はＳＲラッチＦＦ１をリセットする。ＡＮＤ回路Ａ０３は、Ｖｃｈとともに後述するモード信号Ｍ３を入力され、その出力はＡＮＤ回路Ａ０５の出力とともにＯＲ回路Ｏ０２に入力される。ＯＲ回路Ｏ０２の出力はＳＲラッチＦＦ２をセットする。ＡＮＤ回路Ａ０４は、Ｖｃｈの反転信号とワンショットパルスＢｔとともにモード信号Ｍ２を入力され、その出力はイネーブル信号ＥＮの反転信号とともにＯＲ回路Ｏ０３に入力される。ＯＲ回路Ｏ０３の出力はＳＲラッチＦＦ２をリセットする。ＡＮＤ回路Ａ０５はイネーブル信号ＥＮとともに後述するモード信号Ｍ０を入力され、その出力はＯＲ回路Ｏ０２に入力される。

ＡＮＤ回路Ａ０６〜Ａ０９は、ＳＲラッチＦＦ１の出力とＳＲラッチＦＦ２の出力を入力され、モード信号Ｍ０〜Ｍ３を出力する。モード信号Ｍ０は停止状態を示し、ＳＲラッチＦＦ１とＳＲラッチＦＦ２がともにリセットされている時にＨｉとなる。モード信号Ｍ１は第１動作状態を示し、ＳＲラッチＦＦ１がリセットされＳＲラッチＦＦ２がセットされている時にＨｉとなる。モード信号Ｍ２は第２動作状態を示し、ＳＲラッチＦＦ１とＳＲラッチＦＦ２がともにセットされている時にＨｉとなる。モード信号Ｍ３は第３動作状態を示し、ＳＲラッチＦＦ１がセットされＳＲラッチＦＦ２がリセットされている時にＨｉとなる。

パルス信号Ｐｇは、インバータＩＮ３を介して、モード信号Ｍ０とともにＯＲ回路Ｏ０４に入力され、ＯＲ回路Ｏ０４の出力が制御信号１２ｇとして出力される。パルス信号Ｐｇはまた、モード信号Ｍ０とともにＯＲ回路Ｏ０５に入力され、ＯＲ回路Ｏ０５の出力が制御信号１５ｇとして出力される。制御信号１５ｇは、モード信号Ｍ１とともにＯＲ回路Ｏ０６に入力され、ＯＲ回路Ｏ０６の出力が制御信号１３ｇとして出力される。制御信号１５ｇはまた、モード信号Ｍ２とともにＯＲ回路Ｏ０７に入力され、ＯＲ回路Ｏ０７の出力が制御信号１４ｇとして出力される。ＯＲ回路Ｏ０８はモード信号Ｍ２とＭ３を入力され、その出力はパルス信号ＰｇとともにＡＮＤ回路Ａ１０に入力される。ＡＮＤ回路Ａ１０の出力は制御信号１６ｇとして出力される。ＯＲ回路Ｏ０９はモード信号Ｍ１とＭ３を入力され、その出力はパルス信号ＰｇとともにＡＮＤ回路Ａ１１に入力される。ＡＮＤ回路Ａ１１の出力は制御信号１６ｇとして出力される。以上のパルス発生器２０、インバータＩＮ３、ＯＲ回路Ｏ０４〜Ｏ０９、及びＡＮＤ回路Ａ１０、Ａ１１が、制御信号発生部２１を構成する。

本実施形態に係るチャージポンプ回路は、前述の停止状態と第１〜第３動作状態の３つの動作状態を有する２倍昇圧を行い、昇圧された出力電圧ＶｏをＬＥＤに供給することで、ＬＥＤの定電流動作を行う。さらに、出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆ以下になるように、動作状態が調整される。以下に図１と図２を用いて、本チャージポンプ回路の各動作状態について説明する。図３は、各動作状態における各部の出力波形のタイミングを示す。但し、図３は、入力電圧Ｖｉの２倍が基準電圧Ｖｒｅｆより低い場合（２×Ｖｉ＜Ｖｒｅｆ）のみを示し、詳細については後述する。

≪停止状態の説明≫
まず、停止状態は、イネーブル信号ＥＮがＬｏの場合である。インバータＩＮ２から出力されたＨｉレベルの信号は、ＯＲ回路Ｏ０１とＯ０３を介してＳＲラッチＦＦ１及びＦＦ２をリセットするので、モード信号Ｍ０がＨｉとなる。Ｈｉレベルのモード信号Ｍ０は、ＯＲ回路Ｏ０４〜Ｏ０７を介して制御信号１２ｇ，１３ｇ，１４ｇ，１５ｇをＨｉレベルにする。また、Ｌｏレベルのモード信号Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は、ＯＲ回路Ｏ０８とＯ０９の出力をＬｏとし、このＬｏレベルの信号がＡＮＤ回路Ａ１０とＡ１１を介して制御信号１６ｇと１７ｇをＬｏレベルにする。このため、チャージポンプ部１の各スイッチは全てオフ状態となっている。

≪第１動作状態の説明≫
第１動作状態は、モード信号Ｍ１がＨｉであり、（１）イネーブル信号ＥＮがＨｉとなった後、タイマー回路１９からワンショットパルスＡｔが出力されるまでの期間、または（２）後述の第２動作状態（モード信号Ｍ２がＨｉ）で、出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを越えた場合の動作状態である。

（１）イネーブル信号ＥＮがＨｉになると、Ｌｏレベルのモード信号Ｍ２が入力されているＡＮＤ回路Ａ０２及びＡ０４はＬｏを出力しているので、ＯＲ回路Ｏ０１とＯ０３の出力はＬｏになる。ＡＮＤ回路Ａ０１は、タイマー回路からのワンショットパルスＡｔが出力されないのでＬｏを出力している。一方、Ｈｉレベルのモード信号Ｍ０とＨｉレベルのイネーブル信号ＥＮが入力されて、ＡＮＤ回路Ａ０５の出力はＨｉレベルとなり、ＯＲ回路Ｏ０２を介してＳＲラッチＦＦ２をセットする。従って、ＳＲラッチＦＦ１がリセットの状態でＳＲラッチＦＦ２がセットされ、モード信号Ｍ１がＨｉとなる。この後、モード信号Ｍ０はＬｏレベルになるので、ＡＮＤ回路Ａ０５の出力はＬｏレベルとなり、各ＳＲラッチへの入力は全てＬｏレベルになる。さらにワンショットパルスＡｔが出力されるとＳＲラッチＦＦ１がセットされ、第２動作状態に移行する。

（２）第２動作状態（モード信号Ｍ２がＨｉ）で、出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを越えると、電圧比較器３の出力ＶｃｈがＨｉとなる。このため、Ｖｃｈとモード信号Ｍ２が入力されるＡＮＤ回路Ａ０２の出力がＨｉとなり、このＨｉレベルの信号がＯＲ回路Ｏ０１を介してＳＲラッチＦＦ１をリセットする。従って、ＳＲラッチＦＦ２がセットの状態でＳＲラッチＦＦ１がリセットされ、モード信号Ｍ１がＨｉとなる。この後、モード信号Ｍ２はＬｏレベルになるので、ＡＮＤ回路Ａ０２の出力はＬｏレベルとなり、各ＳＲラッチへの入力は全てＬｏレベルになる。

第１動作状態では、第１周期と第２周期の動作を交互に繰り返す。パルス信号ＰｇがＨｉレベルの期間が第１周期、Ｌｏレベルの期間が第２周期である。制御信号発生部２１において、第１周期では、モード信号Ｍ１とパルス信号ＰｇがＨｉレベルであるので、制御信号１３ｇ，１４ｇ，１５ｇ，１７ｇがＨｉレベルとなり、他の制御信号はＬｏレベルである。従って、第１スイッチ１２と補助第４スイッチ１７のみがオンとなり、他のスイッチはすべてオフとなる。この時、第１スイッチ１２と補助第４スイッチ１７を介してフライングキャパシタ７が充電される。制御信号発生部２１において、第２周期では、モード信号Ｍ１がＨｉレベルであるので、制御信号１２ｇと１３ｇとがＨｉレベルとなり、他の制御信号はＬｏレベルである。従って、補助第２スイッチ１４と第３スイッチ１５のみオンとなり、他のスイッチはすべてオフとなる。この時、フライングキャパシタ７の電荷は、補助第２スイッチ１４と第３スイッチ１５を介して入力電圧Ｖｉに重畳されて、出力キャパシタ１１へ放電される。

≪第２動作状態の説明≫
第２動作状態は、モード信号Ｍ２がＨｉであり、（３）タイマー回路１９からワンショットパルスＡｔが出力された後、ワンショットパルスＢｔが出力されるまでの期間、または（４）後述の第３動作状態（モード信号Ｍ３がＨｉ）で出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを越えた場合の動作状態である。

（３）モード信号Ｍ１がＨｉの状態で、タイマー回路からのワンショットパルスＡｔが出力されると、ＡＮＤ回路Ａ０１からＨｉレベルのパルスが出力され、ＳＲラッチＦＦ１をセットする。従って、ＳＲラッチＦＦ２がセットの状態でＳＲラッチＦＦ１がセットされ、モード信号Ｍ２がＨｉとなる。この後、モード信号Ｍ１はＬｏレベルになるので、ＡＮＤ回路Ａ０１の出力はＬｏレベルとなり、各ＳＲラッチへの入力は全てＬｏレベルになる。さらにワンショットパルスＢｔが出力されると、ＳＲラッチＦＦ２がリセットされて第３動作状態に移行する。

（４）第３動作状態（モード信号Ｍ３はＨｉ）で出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを越えると、電圧比較器３の出力ＶｃｈがＨｉとなる。このため、Ｖｃｈとモード信号Ｍ３を入力されるＡＮＤ回路Ａ０３の出力がＨｉとなり、このＨｉレベルの信号がＯＲ回路Ｏ０２を介してＳＲラッチＦＦ２をセットする。従って、ＳＲラッチＦＦ１がセットの状態でＳＲラッチＦＦ２がセットされ、モード信号Ｍ２がＨｉとなる。この後、モード信号Ｍ３はＬｏレベルになるので、ＡＮＤ回路Ａ０３の出力はＬｏレベルとなり、各ＳＲラッチへの入力は全てＬｏレベルになる。

第２動作状態では、第３周期と第４周期の動作を交互に繰り返す。パルス信号ＰｇがＨｉレベルの期間が第３周期、Ｌｏレベルの期間が第４周期である。制御信号発生部２１において、第３周期では、モード信号Ｍ２とパルス信号ＰｇがＨｉレベルであるので、制御信号１３ｇ，１４ｇ，１５ｇ，１６ｇがＨｉレベルとなり、他の制御信号はＬｏレベルである。従って、第３周期では、第１スイッチ１２と第４スイッチ１６のみがオンとなり、他のスイッチはすべてオフとなる。この時、第１スイッチ１２と第４スイッチ１６を介してフライングキャパシタ７が充電される。制御信号発生部２１において、第４周期では、モード信号Ｍ２がＨｉレベル、パルス信号ＰｇがＬｏレベルであるので、制御信号１２ｇ，１４ｇがＨｉレベルとなり、他の制御信号はＬｏレベルである。従って、第２スイッチ１３と第３スイッチ１５のみオンとなり、他のスイッチはすべてオフとなる。この時、フライングキャパシタ７の電荷は、第２スイッチ１３と第３スイッチ１５を介して入力電圧Ｖｉに重畳されて、出力キャパシタ１１へ放電される。

≪第３動作状態の説明≫
第３動作状態は、モード信号Ｍ３がＨｉであり、タイマー回路１９からワンショットパルスＢｔが出力されてからの動作状態である。モード信号Ｍ２がＨｉの状態で、タイマー回路からワンショットパルスＢｔが出力されると、ＡＮＤ回路Ａ０４からＨｉレベルのパルスが出力され、ＯＲ回路Ｏ０３を介してＳＲラッチＦＦ２をリセットする。従って、ＳＲラッチＦＦ１がセットの状態でＳＲラッチＦＦ２がリセットされ、モード信号Ｍ３がＨｉとなる。この後、モード信号Ｍ２はＬｏレベルになるので、ＡＮＤ回路Ａ０４の出力はＬｏレベルとなり、各ＳＲラッチへの入力は全てＬｏレベルになる。

第３動作状態では、第５周期と第６周期の動作を交互に繰り返す。パルス信号ＰｇがＨｉレベルの期間が第５周期、Ｌｏレベルの期間が第６周期である。制御信号発生部２１において、第５周期では、モード信号Ｍ３とパルス信号ＰｇがＨｉレベルであるので、制御信号１３ｇ，１４ｇ，１５ｇ，１６ｇ，１７ｇがＨｉレベルとなり、制御信号１２ｇはＬｏレベルである。従って第５周期では、第１スイッチ１２と第４スイッチ１６と補助第４スイッチ１７のみがオンとなり、他のスイッチはすべてオフとする。この時、第１スイッチ１２と第４スイッチ１６と補助第４スイッチ１７を介してフライングキャパシタ７が充電される。第６周期では、モード信号Ｍ３がＨｉレベル、パルス信号ＰｇがＬｏレベルであるので、制御信号１２ｇのみがＨｉレベルとなり、他の制御信号はＬｏレベルである。従って第６周期では、第２スイッチ１３と補助第２スイッチ１４と第３スイッチ１５のみオンとなり、他のスイッチはすべてオフとなる。この時、フライングキャパシタ７の電荷は、第２スイッチ１３と補助第２スイッチ１４と第３スイッチ１５を介して入力電圧Ｖｉに重畳されて、出力キャパシタ１１へ放電される。

補助第２スイッチ１４及び補助第４スイッチ１７は、他のスイッチよりオン抵抗が大きく設定されているので、フライングキャパシタ７の充放電経路に介在する抵抗値は、第１動作状態＞第２動作状態＞第３動作状態の順に大きい。

図３及び図４は、本チャージポンプ回路の起動から安定動作にいたるまでのタイミングチャートを示す。図３は入力電圧Ｖｉの２倍が基準電圧Ｖｒｅｆより低い場合（２×Ｖｉ＜Ｖｒｅｆ）、図４は高い場合（２×Ｖｉ＞Ｖｒｅｆ）を示す。

図３に示される動作において、チャージポンプ回路の動作開始時には、出力端子１０の電位Ｖｏは入力電圧Ｖｉとほぼ等しい電位である。これは停止状態において、第１スイッチ１２と第３スイッチ１５のボディダイオードを通して、出力キャパシタ１１が入力電圧Ｖｉに充電されるためである。ただし、これは負荷抵抗が充分大きい場合である。

チャージポンプ回路は動作開始直後、タイマー回路１９がワンショットパルスＡｔを出力するまでの予め設定された期間は第１動作状態で動作し、第１周期と第２周期を繰り返す。フライングキャパシタ７の充放電経路に介在する抵抗値は大きいので、動作開始後の入力端子８からの突入電流、及び外部端子１８から接地電位へと流れる突入電流のピーク値を抑えつつ、出力電圧Ｖｏを上昇させることができる。

ワンショットパルスＡｔの出力後、第１動作状態から第２動作状態へと移行する。第２動作状態では、第３周期と第４周期の動作を交互に繰り返す。フライングキャパシタ７の充放電経路に介在する抵抗値は小さくなり、出力端子１０の電圧を第１動作状態よりも高い電位へ昇圧し、出力端子１０の電圧を目標である２×Ｖｉ電位へと近づける。

ワンショットパルスＢｔの出力後、第２動作状態から第３動作状態へと移行する。第３動作状態では、第５周期と第６周期の動作を交互に繰り返す。フライングキャパシタ７の充放電経路に介在する抵抗値は最小であり、出力端子１０には入力電圧Ｖｉの約２倍である２×Ｖｉ電位が出力される。

図４（ａ）は、入力電圧Ｖｉが高い場合（２×Ｖｉ＞Ｖｒｅｆ）であって、第３動作状態へと移行した後に、出力端子１０からの出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを越えた場合を示す。出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを越えると、電圧比較器３の出力Ｖｃｈが、ＬｏからＨｉへ変化する。この電圧比較器３の出力Ｖｃｈの立ち上がりをきっかけとして、制御回路２はモード信号Ｍ３：Ｈｉの状態からＭ２：Ｈｉの状態、すなわち各スイッチへの制御信号を第３動作状態から第２動作状態へと移行させる。第２動作状態へと移行した後は、出力電圧Ｖｏは低下し、Ｖｒｅｆ以下に保たれる。以上のように、動作状態を切り替えることで、入力端子８からの突入電流を抑制しながら出力電圧ＶｏをＶｒｅｆ以下に調整する。

図４（ｂ）は、入力電圧Ｖｉがさらに高く、第１動作状態から第２動作状態へと移行した後に、出力端子１０からの出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを越えた場合を示す。図４（ａ）と同様に、出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを越えると、電圧比較器３の出力ＶｃｈがＨｉとなり、第２動作状態から第１動作状態へと移行する。第１動作状態へと移行した後は、出力電圧Ｖｏは低下し、Ｖｒｅｆ以下に保たれる。以上のように、動作状態を切り替えることで、入力端子８からの突入電流を抑制しながら出力電圧ＶｏをＶｒｅｆ以下に調整する。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るチャージポンプ回路の構成図であり、図１に示した第１の実施形態のチャージポンプ回路に、出力電圧Ｖｏの低下を検出して動作状態を切換える機能を付加したものである。従って、本実施形態のチャージポンプ回路の基本的な構成と動作は、第１の実施形態のチャージポンプ回路と同様である。異なるのは、制御回路２Ａの構成と、出力電圧Ｖｏと第２の基準電圧とを比較する電圧比較器２２を追加し、その出力Ｖｃｌを制御回路２Ａに入力する構成を負荷した点である。第２の基準電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆより電圧ｄＶだけ低く設定された、（Ｖｒｅｆ−ｄＶ）である。

制御回路２Ａが図２の制御回路２と異なるのは、以下の点である。まず、電圧比較器３の出力Ｖｃｈでセットされ、モード信号Ｍ０でリセットされるＳＲラッチＦＦ３と、ＳＲラッチＦＦ３のＱ出力と電圧比較器２２の出力Ｖｃｌを入力されるＡＮＤ回路Ａ２０と、ＡＮＤ回路Ａ２０の出力とモード信号Ｍ１を入力されるＡＮＤ回路Ａ２１と、ＡＮＤ回路Ａ２０の出力とモード信号Ｍ２を入力されるＡＮＤ回路Ａ２２を付加した点である。さらに、ＯＲ回路Ｏ２１がＡＮＤ回路Ａ０１の出力とＡＮＤ回路Ａ２１の出力を入力してＳＲラッチＦＦ１をセットする構成にしたことと、図２の制御回路２のＯＲ回路Ｏ０３を３入力のＯＲ回路Ｏ２０に代え、ＡＮＤ回路Ａ０４の出力とイネーブル信号ＥＮの反転信号に加えて、ＡＮＤ回路Ａ２２の出力が入力される構成にした点である。

以上のような構成のチャージポンプ回路の動作について、以下に説明する。

まず、起動後に第１動作状態（Ｍ１：Ｈｉ）で動作を開始し、ワンショットパルスＡｔの出力される所定時間後に第２動作状態（Ｍ２：Ｈｉ）へと移行し、さらにワンショットパルスＢｔの出力される所定時間後に第３動作状態（Ｍ３：Ｈｉ）へと移行して、突入電流を抑制しながら出力電圧Ｖｏを入力電圧Ｖｉの２倍（２×Ｖｉ）にする起動時の動作は、第１の実施形態と同様である。さらに、第２動作状態あるいは第３動作状態において出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを越えると、それぞれ第１動作状態あるいは第２動作状態へと切り換わることによって出力電圧Ｖｏを基準電圧Ｖｒｅｆ以下に調整する点も、第１の実施形態と同様である。

次に、第１の実施形態と異なる動作を、図６を用いて説明する。図６は出力電圧Ｖｏが所定の電圧差の間で調整される様子を示す波形図である。

まず、図６（ａ）において、第３動作状態で出力電圧Ｖｏが上昇していき、基準電圧Ｖｒｅｆを越えて電圧比較器３の出力ＶｃｈがＨｉになると、動作状態は第２動作状態に移行して出力電圧Ｖｏが低下していく。このまま第２動作状態で安定する出力電圧Ｖｏが、ＬＥＤ５と定電流回路６に充分な電圧を供給できるレベルであれば、問題はない。そうでない場合には対応が施されることが望ましく、本実施形態はそのような場合に対応できる。

すなわち、第２の基準電圧（Ｖｒｅｆ−ｄＶ）は、定電流回路６がＬＥＤ５に充分な電流を流し得る最低レベルに設定しておく。低下した出力電圧Ｖｏが第２の基準電圧（Ｖｒｅｆ−ｄＶ）を下回ると、電圧比較器２２の出力ＶｃｌがＨｉになる。出力電圧Ｖｏが元々低い起動時のような場合には、電圧比較器３の出力ＶｃｈがＬｏのままなのでＳＲラッチＦＦ３はリセット状態であり、電圧比較器２２の出力ＶｃｌはＡＮＤ回路Ａ２０で無視されている。しかし、一旦、電圧比較器３の出力ＶｃｈがＨｉになると、ＳＲラッチＦＦ３はセットされ、Ｈｉレベルとなった電圧比較器２２の出力ＶｃｌはＡＮＤ回路Ａ２０を介してＡＮＤ回路Ａ２１とＡ２２に入力される。ここで、モード信号Ｍ２がＨｉの第２動作状態であるので、ＡＮＤ回路Ａ２２の出力はＨｉとなり、ＯＲ回路Ｏ２０を介してＳＲラッチＦＦ２をリセットする。このことにより、モード信号Ｍ２はＬｏ、Ｍ３がＨｉとなって第３動作状態に移行して、出力電圧Ｖｏは再び上昇を始める。以上のようにして、出力電圧Ｖｏは、基準電圧Ｖｒｅｆと第２の基準電圧（Ｖｒｅｆ−ｄＶ）の間に調整される。

次に図６（ｂ）において、第２動作状態で出力電圧Ｖｏが上昇していき、基準電圧Ｖｒｅｆを越えて電圧比較器３の出力ＶｃｈがＨｉになると、動作状態は第１動作状態に移行して出力電圧Ｖｏが低下していく。この低下が第２の基準電圧（Ｖｒｅｆ−ｄＶ）を下回ると、電圧比較器２２の出力ＶｃｌがＨｉになる。電圧比較器３の出力ＶｃｈがＨｉになったときに、ＳＲラッチＦＦ３はセットされ、Ｈｉレベルとなった電圧比較器２２の出力ＶｃｌはＡＮＤ回路Ａ２０を介してＡＮＤ回路Ａ２１とＡ２２に入力される。ここで、モード信号Ｍ１がＨｉの第１動作状態であるので、ＡＮＤ回路Ａ２１の出力はＨｉとなり、ＯＲ回路Ｏ２１を介してＳＲラッチＦＦ１をセットする。このことにより、モード信号Ｍ１はＬｏ、Ｍ２がＨｉとなって第２動作状態に移行して、出力電圧Ｖｏは再び上昇を始める。以上のようにして、出力電圧Ｖｏは基準電圧Ｖｒｅｆと第２の基準電圧（Ｖｒｅｆ−ｄＶ）の間に調整される。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係るチャージポンプ回路の制御回路に含まれる制御信号発生部２１Ａの構成図、図８はその動作波形図である。本実施形態のチャージポンプ回路の基本的な構成と動作は、第１の実施形態のチャージポンプ回路と同様である。異なるのは、制御信号発生部２１Ａの構成であり、それにより、第２スイッチ１３と補助第２スイッチ１４の制御信号１３ｇと１４ｇ、第４スイッチ１６と補助第４スイッチ１７の制御信号１６ｇと１７ｇの動作波形が、第１の実施形態とは相違する。図８に、第１〜第３の動作状態における各制御信号が示される。以下に図７及び図８を用いて、本実施形態に係るチャージポンプ回路の動作について説明する。

図７に示した制御信号発生部２１Ａにおいて、図２における制御信号発生部２１と同様の要素には同じ番号を付して説明する。図２における制御信号発生部２１と異なる構成は、遅延回路２３と、インバータＩＮ４と、ＯＲ回路Ｏ１０〜Ｏ１２と、ＡＮＤ回路Ａ１２〜Ａ１４が追加された点である。ＯＲ回路Ｏ１０の出力が制御信号１３ｇとして出力され、ＯＲ回路Ｏ１１の出力が制御信号１４ｇとして出力され、ＡＮＤ回路Ａ１３の出力が制御信号１６ｇとして出力され、ＯＲ回路Ｏ１２の出力が制御信号１７ｇとして出力される。

遅延回路２３は、パルス信号Ｐｇから所定時間遅延した遅延パルス信号Ｐｇｄを生成する。この遅延時間はパルス信号Ｐｇのパルス幅（半周期）より短く、本実施形態の説明例では約半分程度に設定する。遅延パルス信号Ｐｇｄは、ＯＲ回路Ｏ０６の出力とともにＯＲ回路Ｏ１０に入力され、ＡＮＤ回路Ａ１０の出力とともにＡＮＤ回路Ａ１３に入力される。また、インバータＩＮ４から出力される遅延パルス信号Ｐｇｄの反転信号は、モード信号Ｍ２とともにＡＮＤ回路Ａ１２に入力され、パルス信号ＰｇとともにＡＮＤ回路Ａ１４に入力される。ＡＮＤ回路Ａ１２の出力は制御信号１５ｇとともにＯＲ回路Ｏ１１に入力され、ＡＮＤ回路Ａ１４の出力はＡＮＤ回路Ａ１１の出力とともにＯＲ回路Ｏ１２に入力される。

以上のような構成により、第１動作状態では、図２における制御信号発生部２１と同様になる。一方、第２動作状態では、制御信号１６ｇは第３周期前半にＬｏ、第３周期後半にＨｉレベルとなり、制御信号１７ｇは第３周期前半にＨｉ、第３周期後半にＬｏレベルとなり、制御信号１３ｇは第４周期前半にＨｉ、第４周期後半にＬｏレベルとなり、制御信号１４ｇは第４周期前半にＬｏ、第４周期後半にＨｉレベルとなる。他は図２における制御信号発生部２１と同様である。また、第３動作状態では、制御信号１６ｇは第３周期前半にＬｏ、第３周期後半にＨｉレベルとなり、制御信号１３ｇは第４周期前半にＨｉ、第４周期後半にＬｏレベルとなり、他は図２における制御信号発生部２１と同様である。図８を用いて、各スイッチの動作をより詳細に説明する。

まず、図８（ａ）は、第１動作状態における制御信号１３ｇ，１４ｇ，１６ｇ，１７ｇを示す。その動作は図２に示したものと同様であり、オン抵抗の大きな補助第２スイッチ１４と補助第４スイッチ１７が交互にオンオフする。

次に図８（ｂ）に示す第２動作状態の第３周期においては、第２スイッチ１３と補助第２スイッチ１４がオフであることは図２と同様であるが、第４スイッチ１６がオンする前の所定時間だけ補助第４スイッチ１７が一旦オンし、その後に補助第４スイッチ１７がオフして第４スイッチ１６がオンする。また、第４周期においては、第４スイッチ１６と補助第４スイッチ１７がオフであることは図２と同様であるが、第２スイッチ１３がオンする前の所定時間だけ補助第２スイッチ１４が一旦オンし、その後に補助第２スイッチ１４がオフして第２スイッチ１３がオンする。

また、図８（ｃ）に示す第３動作状態の第５周期においては、第２スイッチ１３と補助第２スイッチ１４がオフであることは図２と同様であるが、第４スイッチ１６と補助第４スイッチ１７は同時ではなく、補助第４スイッチ１７がオンし、所定の遅延時間後に第４スイッチ１６がオンする。また、第６周期においては、第４スイッチ１６と補助第４スイッチ１７がオフであることは図２と同様であるが、第２スイッチ１３と補助第２スイッチ１４は同時ではなく、補助第２スイッチ１４がオンし、所定の遅延時間後に第２スイッチ１３がオンする。

以上のように、オン抵抗の小さなスイッチのターンオンに先んじてオン抵抗の大きなスイッチが一旦オンすることによって、全てのスイッチング時の電流ピーク値を低減できる。このことにより、負荷急変のような起動時以外の過渡状態や通常動作時においても、フライングキャパシタ７の充放電電流のピーク値を抑制することができ、スイッチングノイズも低減できる。

（第４の実施形態）
以上の第１から第３の実施形態では、チャージポンプ部の構成が２倍昇圧型のチャージポンプ回路について示した。これは本発明のチャージポンプ回路をＬＥＤ駆動回路に適用することにより、出力電圧の上限値を設定した出力調整機能を最も有効に活かせると考えられるからである。しかしながら、本発明のチャージポンプ回路は、ＬＥＤ駆動回路や２倍昇圧型に限定されるものではない。以下に示す反転型や１．５倍昇圧型にも適用でき、出力電圧の調整や突入電流抑制及びスイッチングノイズ低減の効果を奏するものである。

図９は、本発明の第４の実施形態に係るチャージポンプ回路の構成図である。このチャージポンプ回路は、チャージポンプ部１Ａと、制御回路２Ｂと、電圧比較器２４と、基準電圧Ｖｒｅｆを出力する基準電圧源４と、抵抗２５及び抵抗２６で構成され、負荷２７に電圧を供給する。電圧比較器２４の出力Ｖｃｈは、制御回路２Ｂに供給される。

チャージポンプ部１Ａにおいて、フライングキャパシタ２８の一端は、第１スイッチ３２と第２スイッチ３３の共通接続部に接続されている。フライングキャパシタ２８の他端は、第３スイッチ３５と第４スイッチ３６の共通接続部に接続されている。第１スイッチ３２の他端は、入力端子８を介して入力電圧源９に接続され、電圧Ｖｉが供給される。第２スイッチ３３の他端は、端子３０を介して接地されている。第３スイッチ３５の他端は、出力端子１０を介して出力キャパシタ２９及び負荷２７の一端に接続されている。出力キャパシタ２９及び負荷２７の他端は接地されている。従って、出力端子１０から負荷２７へは、出力キャパシタ２９により平滑化された出力電圧Ｖｏが供給される。第４スイッチ３６の他端は、端子３１を介して接地されている。さらに、第２スイッチ３３と並列に補助第２スイッチ３４が接続され、第４スイッチ３６と並列に補助第４スイッチ３７が接続されている。すなわち、第４スイッチ３６と補助第４スイッチ３７との並列回路が、フライングキャパシタ２８の充電経路に介在する第１スイッチ回路を構成し、第２スイッチ３３と補助第２スイッチ３４との並列回路が、フライングキャパシタ２８の放電経路に介在する第２スイッチ回路を構成する。

ここで、補助第２スイッチ３４及び補助第４スイッチ３７に使用されるＭＯＳトランジスタのサイズを、第２スイッチ３３や第４スイッチ３６のＭＯＳトランジスタのサイズに比べて小さく設定する。すなわち、オン時のＭＯＳトランジスタの抵抗が大きくなるように設定する。

制御回路２Ｂはイネーブル信号ＥＮのＨｉによって動作して、各スイッチのオン／オフを制御する制御信号を発生し、第１〜第４スイッチ３２、３３、３５、３６に制御信号３２ｇ、３３ｇ、３５ｇ、３６ｇを、補助第２スイッチ３４に制御信号３４ｇを、補助第４スイッチ３７に制御信号３７ｇを供給する。

また第１スイッチ３２はＰチャネルＭＯＳトランジスタであり、制御信号がＬｏ時にオン、Ｈｉ時にオフする。第２〜第４スイッチ３３、３５、３６はＮチャネルＭＯＳトランジスタであり、制御信号がＨｉ時にオン、Ｌｏ時にオフする。

抵抗２５及び抵抗２６は出力端子１０と基準電圧源４との間に直列に接続され、抵抗２５と抵抗２６との接続点は電圧比較器２４によって接地電位と比較される。簡単化のために抵抗２５と抵抗２６の抵抗値が等しいものとすると、出力電圧Ｖｏの絶対値が基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きいと、電圧比較器２４の出力ＶｃｈはＨｉレベルとなり、小さいとＬｏレベルとなる。この電圧比較器２４の出力Ｖｃｈは制御回路２Ｂに入力される。

制御回路２Ｂは第１の実施形態のチャージポンプ回路の制御回路２と同様に、各スイッチのオン／オフ状態を、停止状態と第１〜第３動作状態に設定する機能を有する。すなわち、イネーブル信号ＥＮがＬｏの場合は停止状態としてすべてのスイッチをオフ状態にし、イネーブル信号ＥＮがＨｉになってからの所定期間を第１動作状態、その後の所定期間を第２動作状態、その後に第３動作状態と移行していく。そして第２動作状態において電圧比較器２４の出力ＶｃｈがＨｉになると第１動作状態に戻り、第３動作状態において電圧比較器２４の出力ＶｃｈがＨｉになると第２動作状態に戻る。

第１動作状態では、第１周期と第２周期を繰り返す。第１周期では制御信号３７ｇのみがＨｉとなり、第２周期では制御信号３２ｇと３４ｇと３５ｇのみがＨｉとなる。その結果、第１周期では第１スイッチ３２と補助第４スイッチ３７がオン状態となってフライングキャパシタ２８を入力電圧源９から充電し、第２周期では補助第２スイッチ３４と第３スイッチ３５がオン状態となってフライングキャパシタ２８の電荷を出力キャパシタ２９へ放電する。

第２動作状態では、第３周期と第４周期を繰り返す。第３周期では制御信号３６ｇのみがＨｉとなり、第４周期では制御信号３２ｇと３３ｇと３５ｇのみがＨｉとなる。その結果、第３周期では第１スイッチ３２と第４スイッチ３６がオン状態となってフライングキャパシタ２８を入力電圧源９から充電し、第４周期では第２スイッチ３３と第３スイッチ３５がオン状態となってフライングキャパシタ２８の電荷を出力キャパシタ２９へ放電する。

第３動作状態では、第５周期と第６周期を繰り返す。第５周期では制御信号３６ｇと３７ｇのみがＨｉとなり、第６周期では制御信号３２ｇと３３ｇと３４ｇと３５ｇのみがＨｉとなる。その結果、第５周期では第１スイッチ３２と第４スイッチ３６と補助第４スイッチ３７がオン状態となってフライングキャパシタ２８を入力電圧源９から充電し、第６周期では第２スイッチ３３と補助第２スイッチ３４と第３スイッチ３５がオン状態となってフライングキャパシタ２８の電荷を出力キャパシタ２９へ放電する。

以上のようにフライングキャパシタ２８を入力電圧Ｖｉ近辺まで充電し、その電位を反転させて出力キャパシタ２９へ放電して出力するので、出力端子１０には入力電圧Ｖｉと絶対値の等しいマイナス電位が発生する。すなわち、負荷２７には負電圧−Ｖｉが出力電圧Ｖｏとして供給される。

補助第２スイッチ３４及び補助第４スイッチ３７は、他のスイッチよりオン抵抗が大きく設定されているので、フライングキャパシタ２８の充放電経路に介在する抵抗値は、第１動作状態＞第２動作状態＞第３動作状態の順に大きい。

図１０と図１１は、本チャージポンプ回路の起動から安定動作にいたるまでのタイミングチャートを示す。図１０は入力電圧Ｖｉが基準電圧Ｖｒｅｆより低い場合（Ｖｉ＜Ｖｒｅｆ）、図１１は高い場合（Ｖｉ＞Ｖｒｅｆ）を示す。

図１０において、チャージポンプ回路は動作開始直後、予め設定された期間は第１動作状態で動作し、第１周期と第２周期を繰り返す。フライングキャパシタ２８の充放電経路に介在する抵抗値は大きいので、動作開始後の入力端子８からの突入電流、及び端子３１から接地電位へと流れる突入電流のピーク値を抑えつつ、出力電圧Ｖｏを低下させることができる。

上記所定期間後、第１動作状態から第２動作状態へと移行する。第２動作状態では、第３周期と第４周期の動作を交互に繰り返す。フライングキャパシタ２８の充放電経路に介在する抵抗値は小さくなり、出力端子１０の電圧は第１動作状態よりも低い電位となり、出力端子１０の電圧を目標である−Ｖｉ電位へと近づける。

さらに所定期間後、第２動作状態から第３動作状態へと移行する。第３動作状態では、第５周期と第６周期の動作を交互に繰り返す。フライングキャパシタ２８の充放電経路に介在する抵抗値は最小であり、出力端子１０には入力電圧Ｖｉの反転である−Ｖｉ電位が出力される。

図１１（ａ）は、入力電圧Ｖｉが高い場合（Ｖｉ＞Ｖｒｅｆ）であって、第３動作状態へと移行した後に、出力端子１０からの出力電圧Ｖｏの絶対値が基準電圧Ｖｒｅｆを越えた場合を示す。出力電圧Ｖｏが−Ｖｒｅｆを下回ると、電圧比較器２４の出力Ｖｃｈが、ＬｏからＨｉへ変化する。この電圧比較器２４の出力Ｖｃｈの立ち上がりをきっかけとして、制御回路２Ｂは各スイッチへの制御信号を第３動作状態から第２動作状態へと移行させる。第２動作状態へと移行した後は、出力電圧Ｖｏは上昇し、−Ｖｒｅｆ以上に保たれる。以上のように、動作状態を切り替えることで、入力端子８からの突入電流を抑制しながら出力電圧Ｖｏの絶対値をＶｒｅｆ以下に調整する。

図１１（ｂ）は、入力電圧Ｖｉがさらに高く、第１動作状態から第２動作状態へと移行した後に、出力端子１０からの出力電圧Ｖｏの絶対値が基準電圧Ｖｒｅｆを越えた場合を示す。図１１（ａ）と同様に、出力電圧Ｖｏの絶対値が基準電圧Ｖｒｅｆを越えると、電圧比較器２４の出力ＶｃｈがＨｉとなり、第２動作状態から第１動作状態へと移行する。第１動作状態へと移行した後は、出力電圧Ｖｏは上昇し、−Ｖｒｅｆ以上に保たれる。以上のように、動作状態を切り替えることで、入力端子８からの突入電流を抑制しながら出力電圧Ｖｏの絶対値をＶｒｅｆ以下に調整する。

尚、本実施形態のチャージポンプ回路においても、第２の実施形態と同様に、出力電圧Ｖｏの絶対値を第２基準電圧（Ｖｒｅｆ−ｄＶ）と基準電圧Ｖｒｅｆの間に調整することや、第３の実施形態と同様に、各スイッチの制御信号に遅延時間を持たせて通常動作時におけるフライングキャパシタの充放電電流のピーク値を抑制してノイズを低減させることができる。

（第５の実施形態）
図１２は、本発明の第５の実施形態に係るチャージポンプ回路を示す回路図であり、本発明を１．５倍昇圧型のチャージポンプ回路に適用した場合の構成を示す。このチャージポンプ回路は、チャージポンプ部１Ｂと、制御回路２Ｃと、電圧比較器３８と、基準電圧Ｖｒｅｆを出力する基準電圧源４とで構成され、負荷３９に電圧を供給する。電圧比較器３８の出力Ｖｃｈは、制御回路２Ｃに供給される。

チャージポンプ部１Ｂにおいて、第１フライングキャパシタ４０の一端は、第１スイッチ４４と第３スイッチ４７の共通接続部に接続されている。第１フライングキャパシタ４０の他端は、第２スイッチ４５と第７スイッチ５３の共通接続部に接続されている。第２フライングキャパシタ４１の一端は、第７スイッチ５３と第６スイッチ５２の共通接続部に接続されている。第２フライングキャパシタ４１の他端は、第５スイッチ５０と第４スイッチ４８の共通接続部に接続されている。

第１スイッチ４４、第２スイッチ４５、及び第５スイッチ５０の他端は、入力端子８を介して入力電圧源９に接続され、電圧Ｖｉが供給される。第３スイッチ４７及び第６スイッチ５２の他端は、出力端子１０を介して出力キャパシタ４２及び負荷３９の一端に接続されている。出力キャパシタ４２及び負荷３９の他端は接地されている。従って、出力端子１０から負荷３９へ、出力キャパシタ４２により平滑化された出力電圧が供給される。第４スイッチ４８の他端は、端子４３を介して接地されている。

さらに、第２スイッチ４５と並列に補助第２スイッチ４６が接続され、第４スイッチ４８と並列に補助第４スイッチ４９が接続され、第５スイッチ５０と並列に補助第５スイッチ５１が接続されている。すなわち、第４スイッチ４８と補助第４スイッチ４９との並列回路が、フライングキャパシタ４０の充電経路に介在する第１スイッチ回路を構成し、第２スイッチ４５と補助第２スイッチ４６との並列回路と第５スイッチ５０と補助第５スイッチ５１との並列回路が、フライングキャパシタ４０の放電経路に介在する第２スイッチ回路を構成する。

制御回路２Ｃは各スイッチのオン／オフを制御する制御信号を発生し、第１〜第７スイッチ４４、４５、４７、４８、５０、５２、５３に制御信号４４ｇ、４５ｇ、４７ｇ、４８ｇ、５０ｇ、５２ｇ、５３ｇを、補助第２スイッチ４６に制御信号４６ｇを、補助第４スイッチ４９に制御信号４９ｇを、補助第５スイッチ５１に制御信号５１ｇを供給する。

また第１スイッチ４４、第２スイッチ４５、第３スイッチ４７、第５スイッチ５０、第６スイッチ５２、補助第２スイッチ４６、及び補助第５スイッチ５１はＰチャネルＭＯＳトランジスタであり、制御信号がＬｏ時にオン、Ｈｉ時にオフする。第４スイッチ４８、第７スイッチ５３、及び補助第４スイッチ４９はＮチャネルＭＯＳトランジスタであり、制御信号がＨｉ時にオン、Ｌｏ時にオフする。

基準電圧源４が与える基準電圧Ｖｒｅｆは、チャージポンプの出力電圧の最大値であり、電圧比較器３８の反転入力に供給される。チャージポンプ部１Ｂの出力端子１０の電圧は、電圧比較器３８の非反転入力に供給される。

制御回路２Ｃは、第１の実施形態のチャージポンプ回路の制御回路２と同様に、各スイッチのオン／オフ状態を、停止状態と第１〜第３動作状態に設定する機能を有する。すなわち、イネーブル信号ＥＮがＬｏの場合は停止状態としてすべてのスイッチをオフ状態にする。また、イネーブル信号ＥＮがＨｉになってからの所定期間を、第１動作状態、その後の所定期間を第２動作状態、その後に第３動作状態と移行させていく。そして第２動作状態において電圧比較器３８の出力ＶｃｈがＨｉになると第１動作状態に戻り、第３動作状態において電圧比較器３８の出力ＶｃｈがＨｉになると第２動作状態に戻る。

第１動作状態では、第１周期と第２周期を繰り返す。第１周期では、制御信号４５ｇ、４６ｇ、４７ｇ、４９ｇ、５０ｇ、５１ｇ、５２ｇ、及び５３ｇがＨｉとなり、第２周期では制御信号４４ｇ、４５ｇ、及び５０ｇがＨｉとなる。その結果、第１周期では第１スイッチ４４、第７スイッチ５３、及び補助第４スイッチ４９がオン状態となってフライングキャパシタ４０と４１を直列に入力電圧源９から充電する。第２周期では、補助第２スイッチ４６と第３スイッチ４７がオン状態となって、入力電圧源９に重畳されたフライングキャパシタ４０の電荷を出力キャパシタ２９へ放電する。同時に補助第５スイッチ５１と第６スイッチ５２がオン状態となって、入力電圧源９に重畳されたフライングキャパシタ４１の電荷を出力キャパシタ２９へ放電する。

第２動作状態では、第３周期と第４周期を繰り返す。第３周期では制御信号４５ｇ、４６ｇ、４７ｇ、４８ｇ、５０ｇ、５１ｇ、５２ｇ、及び５３ｇがＨｉとなり、第４周期では制御信号４４ｇ、４６ｇ、及び５１ｇがＨｉとなる。その結果、第３周期では第１スイッチ４４、第７スイッチ５３、及び第４スイッチ４８がオン状態となってフライングキャパシタ４０と４１を直列に入力電圧源９から充電する。第４周期では第２スイッチ４５と第３スイッチ４７がオン状態となって、入力電圧源９に重畳されたフライングキャパシタ４０の電荷を出力キャパシタ２９へ放電する。同時に第５スイッチ５０と第６スイッチ５２がオン状態となって、入力電圧源９に重畳されたフライングキャパシタ４１の電荷を出力キャパシタ２９へ放電する。

第３動作状態では、第５周期と第６周期を繰り返す。第５周期では制御信号４５ｇ、４６ｇ、４７ｇ、４８ｇ、４９ｇ、５０ｇ、５１ｇ、５２ｇ、及び５３ｇがＨｉとなり、第６周期では制御信号４４ｇのみがＨｉとなる。その結果、第５周期では第１スイッチ４４、第７スイッチ５３、第４スイッチ４８、及び補助第４スイッチ４９がオン状態となってフライングキャパシタ４０と４１を直列に入力電圧源９から充電する。、第６周期では第２スイッチ４５、補助第２スイッチ４６、及び第３スイッチ４７がオン状態となって、入力電圧源９に重畳されたフライングキャパシタ４０の電荷を出力キャパシタ２９へ放電する。同時に第５スイッチ５０と補助第５スイッチ５１と第６スイッチ５２がオン状態となって、入力電圧源９に重畳されたフライングキャパシタ４１の電荷を出力キャパシタ２９へ放電する。

以上のように、フライングキャパシタ４０と４１を直列接続して入力電圧Ｖｉ近辺まで充電し、次に各フライングキャパシタを並列接続して入力電圧Ｖｉに重畳して出力キャパシタ２９へ放電して出力する。これにより、出力端子１０には入力電圧Ｖｉの１．５倍の電位が発生する。すなわち、負荷３９には１．５倍昇圧電圧１．５×Ｖｉが出力電圧Ｖｏとして供給される。

補助第２スイッチ４６、補助第４スイッチ４９、及び補助第５スイッチ５１は、他のスイッチよりオン抵抗が大きく設定されているので、フライングキャパシタ４０及び４１の各充放電経路に介在する抵抗値は、第１動作状態＞第２動作状態＞第３動作状態の順に大きい。

図１３は本チャージポンプ回路の起動から安定動作にいたるまでのタイミングチャートを示す。図１３は入力電圧Ｖｉの１．５倍が基準電圧Ｖｒｅｆより低い場合（１．５×Ｖｉ＜Ｖｒｅｆ）を示す。入力電圧Ｖｉの１．５倍が基準電圧Ｖｒｅｆより高い場合（Ｖｉ＞Ｖｒｅｆ）の動作波形は、第１の実施形態で示した図３及び図４とほとんど同じなので、図示を省略する。

図１３において、チャージポンプ回路は動作開始直後、予め設定された期間は第１動作状態で動作し、第１周期と第２周期を繰り返す。フライングキャパシタ４０及び４１の充放電経路に介在する抵抗値は大きいので、動作開始後の入力端子８からの突入電流、及び端子４３から接地電位へと流れる突入電流のピーク値を抑えつつ、出力電圧Ｖｏを上昇させることができる。

上記所定期間後、第１動作状態から第２動作状態へと移行する。第２動作状態では、第３周期と第４周期の動作を交互に繰り返す。フライングキャパシタ４０及び４１の充放電経路に介在する抵抗値は小さくなり、出力端子１０の電圧を第１動作状態よりも高い電位となり、出力端子１０の電圧を目標である１．５×Ｖｉ電位へと近づける。

さらに所定期間後、第２動作状態から第３動作状態へと移行する。第３動作状態では、第５周期と第６周期の動作を交互に繰り返す。フライングキャパシタ４０及び４１の充放電経路に介在する抵抗値は最小であり、出力端子１０には入力電圧Ｖｉの１．５倍である１．５×Ｖｉ電位が出力される。

図３とほとんど同じであるため図示は省略したが、入力電圧Ｖｉが高い場合（１．５×Ｖｉ＞Ｖｒｅｆ）であって、第３動作状態へと移行した後に、出力端子１０からの出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを越えると、電圧比較器３８の出力Ｖｃｈが、ＬｏからＨｉへ変化する。この電圧比較器３８の出力Ｖｃｈの立ち上がりをきっかけとして、制御回路２Ｃは各スイッチへの制御信号を第３動作状態から第２動作状態へと移行させる。第２動作状態へと移行した後は、出力電圧Ｖｏは低下し、Ｖｒｅｆ以下に保たれる。

また、入力電圧Ｖｉがさらに高く、第１動作状態から第２動作状態へと移行した後に、出力端子出力端子１０からの出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを越えると、電圧比較器３８の出力Ｖｃｈが、ＬｏからＨｉへ変化する。この電圧比較器３８の出力Ｖｃｈの立ち上がりをきっかけとして、制御回路２Ｃは各スイッチへの制御信号を第２動作状態から第１動作状態へと移行させる。第１動作状態へと移行した後は、出力電圧Ｖｏは低下し、Ｖｒｅｆ以下に保たれる。

以上のように、動作状態を切り替えることで、入力端子８からの突入電流を抑制しながら出力電圧Ｖｏを基準電圧Ｖｒｅｆ以下に調整する。

尚、本実施形態のチャージポンプ回路においても、第２の実施形態のように、出力電圧Ｖｏを第２基準電圧（Ｖｒｅｆ−ｄＶ）と基準電圧Ｖｒｅｆの間に調整することや、第３の実施形態のように、各スイッチの制御信号に遅延時間を持たせて通常動作時におけるフライングキャパシタの充放電電流のピーク値を抑制してノイズを低減させることができる。

（第６の実施形態）
以上の各実施形態においては、フライングキャパシタへの充放電電流のピーク値を抑制する手段として、充放電系路上にあるスイッチとしてのＭＯＳトランジスタのオン抵抗を利用した例を示した。これに対して、同様の手段として、従来技術として示した抵抗を併用することもできる。

図１４は、そのような構成を有する、本発明の第６の実施形態に係るチャージポンプ回路の構成図である。この回路は、抵抗によるピーク電流抑制を反転型チャージポンプ回路に適用した例である。

図１４に示したチャージポンプ回路の動作と構成は、基本的には、図９に示した第４の実施形態に係るチャージポンプ回路と同様である。異なるのは、チャージポンプ部１Ｃにおいて、補助第２スイッチ３４と直列に抵抗３４ｒを設け、補助第４スイッチ３７と直列に抵抗３７ｒを設けた点である。すなわち、第４スイッチ３６と、抵抗３７ｒを含む補助第４スイッチ３７との並列回路が、フライングキャパシタ２８の充電経路に介在する第１スイッチ回路を構成する。また、第２スイッチ３３と、抵抗３４ｒを含む補助第２スイッチ３４との並列回路が、フライングキャパシタ２８の放電経路に介在する第２スイッチ回路を構成する。第４の実施形態の構成において、補助第２スイッチ３４と補助第４スイッチ３７のオン抵抗の大きさが十分でない場合に、抵抗３４ｒ及び抵抗３７ｒの抵抗値を付加することにより補うことができる。

また、上述の各実施形態においては、並列接続された複数のスイッチ素子からなるスイッチ回路を、１つのスイッチと１つの補助スイッチからなる２個のスイッチの並列接続で構成した例を示したが、複数の補助スイッチを３個以上のスイッチの並列接続で構成することもできる。

例えば、図１５に示すように、３個のスイッチの並列接続の構成をもつ反転型チャージポンプ回路を構成することができる。図１５に示したチャージポンプ回路の構成は、基本的には、図９に示した第４の実施形態に係るチャージポンプ回路と同様である。異なるのは、チャージポンプ部１Ｄにおいて、補助第２スイッチ３４と並列に補助第２−２スイッチ５４を設け、補助第４スイッチ３７と並列に補助第４−２スイッチ５５を設けた点である。すなわち、第４スイッチ３６、補助第４スイッチ３７、及び補助第４−２スイッチ５５の並列回路が、フライングキャパシタ２８の充電経路に介在する第１スイッチ回路を構成する。また、第２スイッチ３３、補助第２スイッチ３４、及び補助第２−２スイッチ５４の並列回路が、フライングキャパシタ２８の放電経路に介在する第２スイッチ回路を構成する。

また起動時のスイッチの組み合わせ及びそのオンとオフ切り替えの順序は、上述の各実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、図１５に示す３個のスイッチの並列接続の構成の場合には、使用するスイッチの組み合わせにより最大７通りの動作状態を作ることが可能である。それにより、図１に示した第１の実施形態に係るチャージポンプ回路が第１〜第３の３通りの動作状態しか持たないことに比較すると、より精度よく出力電圧を調整することができる。

尚、本実施形態の各チャージポンプ回路においても、第２の実施形態のように、出力電圧Ｖｏを第２基準電圧（Ｖｒｅｆ−ｄＶ）と基準電圧Ｖｒｅｆの間に調整することや、第３の実施形態のように、各スイッチの制御信号に遅延時間を持たせて通常動作時におけるフライングキャパシタの充放電電流のピーク値を抑制してノイズを低減させることができる。

本発明に係るチャージポンプ回路は、昇圧あるいは反転出力電圧を必要とする小型の各種電子機器において有用である。

本発明の第１の実施形態に係るチャージポンプ回路の構成を示す回路図 同チャージポンプ回路の制御回路の構成を示す回路図 同チャージポンプ回路における（入力電圧の２倍＜出力最大電圧）の場合の動作を説明するための波形図 同チャージポンプ回路における（入力電圧の２倍＞出力最大電圧）の場合の動作を説明するための波形図 本発明の第２の実施形態に係るチャージポンプ回路の構成を示す回路図 同チャージポンプ回路の動作を説明するための波形図 本発明の第３の実施形態に係るチャージポンプ回路の構成を示す回路図 同チャージポンプ回路の動作を説明するための波形図 本発明の第４の実施形態に係るチャージポンプ回路の構成を示す回路図 同チャージポンプ回路における（入力電圧＜最低出力電圧の絶対値）の場合の動作を説明するための波形図 同チャージポンプ回路における（入力電圧＞最低出力電圧の絶対値）の場合の動作を説明するための波形図 本発明の第５の実施形態に係るチャージポンプ回路の構成を示す回路図 同チャージポンプ回路の動作を説明するための波形図 本発明の第６の実施形態に係るチャージポンプ回路であって、第４の実施形態において抵抗を用いた変形例を示す回路図 本発明の第６の実施形態に係るチャージポンプ回路であって、第４の実施形態において３個のスイッチの並列接続を用いた変形例を示す回路図 従来例のチャージポンプ回路を示す回路図 他の従来例のチャージポンプ回路を示す回路図 更に他の従来のチャージポンプ回路を示す回路図 図１８の従来例のチャージポンプ回路の動作説明図

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ チャージポンプ部
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ 制御回路
３、２２、２４、３８ 電圧比較器
４ 基準電圧源
５ ＬＥＤ
６ 定電流回路
７、２８ フライングキャパシタ
８ 入力端子
９ 入力電圧源
１０ 出力端子
１１、２９、４２ 出力キャパシタ
１２、３２、４４ 第１スイッチ
１２ｇ、３２ｇ、４４ｇ 第１スイッチの制御信号
１３、３３、４５ 第２スイッチ
１３ｇ、３３ｇ、４５ｇ 第２スイッチの制御信号
１４、３４、４６ 補助第２スイッチ
１４ｇ、３４ｇ、４６ｇ 補助第２スイッチの制御信号
１５、３５、４７ 第３スイッチ
１５ｇ、３５ｇ、４７ｇ 第３スイッチの制御信号
１６、３６、４８ 第４スイッチ
１６ｇ、３６ｇ、４８ｇ 第４スイッチの制御信号
１７、３７、４９ 補助第４スイッチ
１７ｇ、３７ｇ、４９ｇ 補助第４スイッチの制御信号
１８、３１、４３ 端子
１９ タイマー回路
２０ パルス発生器
２１ 制御信号発生部
２３ 遅延回路
２４、２５、２６ 抵抗
２７、３９ 負荷
３４ｒ 抵抗
３７ｒ 抵抗
４０ 第１フライングキャパシタ
４１ 第２フライングキャパシタ
５０ 第５スイッチ
５０ｇ 第５スイッチの制御信号
５１ 補助第５スイッチ
５１ｇ 補助第５スイッチの制御信号
５２ 第６スイッチ
５２ｇ 第６スイッチの制御信号
５３ 第７スイッチ
５３ｇ 第７スイッチの制御信号
５４ 補助第２−２スイッチ
５４ｇ 補助第２−２スイッチの制御信号
５５ 補助第４−２スイッチ
５５ｇ 補助第４−２スイッチの制御信号

Claims (9)

1. フライングキャパシタと、出力キャパシタと、入力電源から前記フライングキャパシタを充電するための充電経路と、前記フライングキャパシタから前記出力キャパシタへ放電するための放電経路を備え、前記フライングキャパシタを充電する動作と、前記フライングキャパシタの電荷を前記出力キャパシタへ放電する動作とを交互に繰り返すことで、前記出力キャパシタを介して出力電圧を出力するチャージポンプ回路において、
   前記充電経路に介在し、並列接続された複数のスイッチ素子から構成された第１スイッチ回路と、
   前記放電経路に介在し、並列接続された複数のスイッチ素子から構成された第２スイッチ回路と、
   前記出力電圧を基準電圧と比較する電圧比較器を備え、
   前記電圧比較器の出力に応じて、前記第１及び第２スイッチ回路を構成する前記複数のスイッチ素子を選択して使用することで、前記出力電圧を調節することを特徴とするチャージポンプ回路。
2. 前記第１及び第２スイッチ回路を構成する複数のスイッチ素子のうち、特定のスイッチ素子を選択してスイッチングすることにより、前記第１及び第２スイッチ回路のオン抵抗が異なる複数の動作状態に設定可能であり、
   前記出力電圧の絶対値が前記基準電圧を上回ったことを示す前記電圧比較器の出力に応じて、前記第１及び第２スイッチ回路のオン抵抗の大きい動作状態に遷移する請求項１記載のチャージポンプ回路。
3. 前記基準電圧より低い第２の基準電圧と前記出力電圧を比較する第２の電圧比較器をさらに備え、
   前記出力電圧の絶対値が前記第２の基準電圧を下回ったことを示す前記第２の電圧比較器の出力に応じて、前記第１及び第２スイッチ回路のオン抵抗の小さい動作状態に遷移する請求項２記載のチャージポンプ回路。
4. 前記第１及び第２スイッチ回路を構成する複数のスイッチ素子のうち、特定のスイッチ素子を選択してスイッチングすることにより、前記第１及び第２スイッチ回路のオン抵抗が異なる複数の動作状態に設定可能であり、
   前記第１及び第２スイッチ回路のオン抵抗の大きい動作状態からオン抵抗の小さい動作状態に向かって遷移させながら起動する請求項１記載のチャージポンプ回路。
5. 前記第１及び第２スイッチ回路を構成する複数のスイッチ素子のうち、特定のスイッチ素子を選択してスイッチングすることにより、前記第１及び第２スイッチ回路のオン抵抗が異なる複数の動作状態に設定可能であり、
   前記動作状態の各スイッチング周期において、前記第１及び第２スイッチ回路のオン抵抗の大きい状態から、選択された特定のスイッチ素子をオンする状態に向かって遷移させる期間を有する請求項１記載のチャージポンプ回路。
6. 前記出力電圧が供給される負荷として発光素子が接続された請求項１記載のチャージポンプ回路。
7. 前記出力電圧として、前記入力電圧の２倍の昇圧電圧を出力する請求項１記載のチャージポンプ回路。
8. 前記出力電圧として、前記入力電圧と絶対値の等しいマイナス電圧を出力する請求項１記載のチャージポンプ回路。
9. 前記出力電圧として、前記入力電圧の１．５倍の昇圧電圧を出力する請求項１記載のチャージポンプ回路。

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