(57)【要約】【課題】  外部機器が接続された際の負荷容量への突入電流から回路素子を保護し、高定格の回路素子を必要としないチャージポンプ回路を提供する。【解決手段】  スイッチ素子と直列に接続された電流制限回路と電流制限回路に流す電流を切り替えるスイッチ回路と生成された電圧を監視する電圧監視手段と電源制御回路に接続された負荷回路を電気的に切断する回路切断手段を備え、電圧監視手段により、電圧が閾値以下に低下したことを検出した際に、電流制限回路へ電流を流すようにスイッチ回路の切替制御を行う。【選択図】  図１
2014007889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチ素子をオンオフ制御してコンデンサへの充放電を行うことにより電荷を遷移させ電圧を生成するチャージポンプ回路であって、
前記スイッチ素子と直列に接続された電流制限回路と前記電流制限回路に流す電流を切り替えるスイッチ回路と生成された前記電圧を監視する電圧監視手段と、
前記電源制御回路に接続された負荷回路を電気的に切断する回路切断手段とを有し、前記電圧監視手段により、前記電圧が閾値以下に低下したことを検出した際に、前記電流制限回路へ電流を流すように前記スイッチ回路を切替制御し、
前記電圧監視手段により、前記電圧が閾値以下に低下したことを検出した際に、前記電流制限回路へ電流を流すように前記スイッチ回路を切替制御し、その後、電圧が閾値以上に上昇した場合には、前記電流制限回路へ電流を流さないように前記スイッチ回路を切替制御し、
前記電圧監視手段により、前記電圧が閾値以下に低下したことを検出した際に、前記電圧監視手段に含まれるタイマー回路のタイマー動作を開始し、前記電流制限回路へ電流を流すように前記スイッチ回路を切替制御し、その後、所定時間内に電圧が閾値以上に上昇した場合には、前記電流制限回路へ電流を流さないように前記スイッチ回路を切替制御し、
前記電圧監視手段により、前記電圧が閾値以下に低下したことを検出した際に、前記タイマー回路のタイマー動作を開始し、前記電流制限回路へ電流を流すように前記スイッチ回路を切替制御し、その後、時間内に電圧が閾値以上に上昇しない場合は前記回路切断手段により、負荷回路を電気的に切断することを特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項２】
スイッチとコンデンサで構成されるチャージポンプ回路において、スイッチと直列に接続された突入電流防止回路の制御をチャージポンプ回路の制御に用いる駆動パルス信号で行い、
前記突入電流防止回路は、並列に接続された電流制限抵抗とＦＥＴ等のスイッチ及び、ダイオードと抵抗とコンデンサで構成される積分回路で構成され、積分回路を通過した駆動パルス信号をスイッチのＯＮ制御端子に印加し、
前記積分回路は、放電用の抵抗を有し、
チャージポンプ回路の駆動パルス信号が所定時間以上Ｌｏｗレベル出力となった場合に、スイッチをＯＦＦ制御して突入防止回路をリセットすることを特徴するチャージポンプ回路。
【請求項３】
スイッチ素子をオンオフ制御してコンデンサへの充放電により電荷を遷移させ電圧を生成するチャージポンプ回路であって、
前記スイッチ素子と直列に接続された電流制限回路と、
前記スイッチ素子に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記電流検出手段は前記スイッチに流れる電流値に基づいて前記電流制限回路を切替制御し、
前記電流検出手段は前記スイッチに流れる電流値が所定値よりも大きい場合に、前記電流制限回路を電流制限が大きくなるように切替制御し、前記電流検出手段は前記スイッチに流れる電流値が所定値よりも小さい場合に、前記電流制限回路を電流制限が小さくなるように切替制御することを特徴とするチャージポンプ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャージポンプ方式の回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子機器における高電圧を生成する電源回路において、大電流を必要としないアプリケーションではチャージポンプ方式の回路構成が使われている。チャージポンプ方式とは、コンデンサへの充放電により電荷を遷移させ、入力電圧にコンデンサの充電電圧を重畳させて出力電圧を得る方式である。インダクタを必要とせず、スイッチ素子とコンデンサのみで回路を構成でき、軽負荷から高効率で低輻射ノイズである事を特徴とする。
【０００３】
一方、この回路構成は電源起動時に出力コンデンサを充電するための突入電流が発生するため、スイッチ素子に定常時よりも大きな電流が流れる。電源起動時における過渡的な大電流に応じたスイッチ素子で、チャージポンプ回路を構成する事も可能だが、定常時の電流に応じたスイッチ素子よりも電流定格を大きくする必要がある。
【０００４】
このため、電源起動時の予め設定された期間に、スイッチ素子と並列に接続された抵抗と第二のスイッチ素子を用いてチャージポンプ動作を行ない、電源起動時におけるコンデンサへの充放電を抵抗で制限するものがある（特許文献１参照）。特許文献１においては、このような回路構成と制御方法によって、スイッチ素子の電流定格を大きくする事なく、電源起動時の突入電流からスイッチ素子を保護するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７―１０４８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に開示された従来技術は、初期動作時の突入電流対策のため、外部機器へ電源を供給する場合の突入電流は考慮されていない。不特定多数の外部機器の持つ負荷容量がどの程度かを予め知ることは難しい。このため、コネクタ等を介して外部機器に電源を供給する場合、外部機器側の負荷容量を充電する突入電流が流れ、素子の定格を超えてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みて成されたものである。外部機器が接続された際の負荷容量への突入電流から回路素子を保護し、高定格の回路素子を必要としないチャージポンプ回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るチャージポンプ回路は、スイッチ素子をオンオフ制御してコンデンサへの充放電を行うことにより電荷を遷移させ電圧を生成するチャージポンプ回路であって、前記スイッチ素子と直列に接続された電流制限回路と前記電流制限回路に流す電流を切り替えるスイッチ回路と生成された前記電圧を監視する電圧監視手段と、前記電源制御回路に接続された負荷回路を電気的に切断する回路切断手段とを有し、前記電圧監視手段により、前記電圧が閾値以下に低下したことを検出した際に、前記電流制限回路へ電流を流すように前記スイッチ回路を切替制御し、前記電圧監視手段により、前記電圧が閾値以下に低下したことを検出した際に、前記電流制限回路へ電流を流すように前記スイッチ回路を切替制御し、その後、電圧が閾値以上に上昇した場合には、前記電流制限回路へ電流を流さないように前記スイッチ回路を切替制御し、前記電圧監視手段により、前記電圧が閾値以下に低下したことを検出した際に、前記電圧監視手段に含まれるタイマー回路のタイマー動作を開始し、前記電流制限回路へ電流を流すように前記スイッチ回路を切替制御し、その後、所定時間内に電圧が閾値以上に上昇した場合には、前記電流制限回路へ電流を流さないように前記スイッチ回路を切替制御し、前記電圧監視手段により、前記電圧が閾値以下に低下したことを検出した際に、前記タイマー回路のタイマー動作を開始し、前記電流制限回路へ電流を流すように前記スイッチ回路を切替制御し、その後、時間内に電圧が閾値以上に上昇しない場合は前記回路切断手段により、負荷回路を電気的に切断することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るチャージポンプ回路は、スイッチとコンデンサで構成されるチャージポンプ回路において、スイッチと直列に接続された突入電流防止回路の制御をチャージポンプ回路の制御に用いる駆動パルス信号で行い、前記突入電流防止回路は、並列に接続された電流制限抵抗とＦＥＴ等のスイッチ及び、ダイオードと抵抗とコンデンサで構成される積分回路で構成され、積分回路を通過した駆動パルス信号をスイッチのＯＮ制御端子に印加し、前記積分回路は、放電用の抵抗を有し、チャージポンプ回路の駆動パルス信号が所定時間以上Ｌｏｗレベル出力となった場合に、スイッチをＯＦＦ制御して突入防止回路をリセットすることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るチャージポンプ回路は、スイッチ素子をオンオフ制御してコンデンサへの充放電により電荷を遷移させ電圧を生成するチャージポンプ回路であって、前記スイッチ素子と直列に接続された電流制限回路と、前記スイッチ素子に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記電流検出手段は前記スイッチに流れる電流値に基づいて前記電流制限回路を切替制御し、前記電流検出手段は前記スイッチに流れる電流値が所定値よりも大きい場合に、前記電流制限回路を電流制限が大きくなるように切替制御し、前記電流検出手段は前記スイッチに流れる電流値が所定値よりも小さい場合に、前記電流制限回路を電流制限が小さくなるように切替制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、外部機器へ接続した際、負荷容量への突入電流発生時に電流制限回路へ電流を流し、コンデンサへの充放電を制限することで、回路素子を保護することができる。これにより、定常時の電流に応じた電流定格の小さなスイッチ素子でチャージポンプ回路を構成することができ、小型、低コストの電源回路を構成することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１におけるチャージポンプ回路の構成の一例を示す図である。
【図２】実施例１にチャージポンプ回路の起動時フローチャートである。
【図３】実施例１におけるチャージポンプ回路のシーケンス図である。
【図４】実施例１におけるチャージポンプ回路において負荷に過電流が流れた場合のフローチャートである。
【図５】実施例１におけるチャージポンプ回路において負荷容量への突入電流が流れた時のシーケンス図である。
【図６】実施例１におけるチャージポンプ回路において負荷短絡した時のシーケンス図である。
【図７】実施例２におけるチャージポンプ回路の構成の一例を示す図である。
【図８】実施例２におけるチャージポンプ回路の制御開始時の各信号波形を示す模式図である。
【図９】実施例２におけるチャージポンプ回路の制御開始時の各信号波形を示す模式図である。
【図１０】実施例３におけるチャージポンプ回路の一例を示すブロック図である。
【図１１】実施例３おける電源制御回路の制御方法を示すためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［実施例１］
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は、本発明の実施例１に係るチャージポンプ回路の構成を示す図である。
【００１４】
図１の実施例１に係るチャージポンプ回路の構成について説明する。
【００１５】
１０１はチャージポンプ回路を制御するためのメインコントローラであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等で構成される。１０３はＳＷ回路で、Ｎチャネル型ＦＥＴスイッチ１３１及びＰチャネル型ＦＥＴ１３２スイッチ等で構成される。メインコントローラからのＣＬＫ信号１０２の制御に合わせて、ＣＬＫ信号１０２がＬｏｗレベルの期間は、コンデンサ１４２とＶｄｄ（１０５）間の接続、Ｈｉｇｈレベルの期間はコンデンサ１４２と電流制限回路１０７間の接続を切り替える。チャージポンプ回路は、上記ＳＷ回路１０３、ダイオード１１２、１１３及びコンデンサ１４２、１４３から構成される。
【００１６】
１２１はＳＷ回路１０３と直列に接続された電流制限回路で、抵抗素子等で構成される。１３３はスイッチ回路であり、メインコントローラの制御信号１６０により制御され、オフ時は電流制限回路１２１へ電流を流し電流を制限するように構成される。
【００１７】
１５０は回路切断手段であり、ＦＥＴ等の素子もしくは、制御信号によりオン、オフ切り替え可能なレギュレータ等で構成され、メインコントローラの制御信号１６１により制御される。１５１は外部機器１５２と接続するためのコネクタである。１５２は負荷１０４、負荷容量１７０を含む、外部機器である。１６２はコネクタへの出力電圧を分圧した信号であり、メインコントローラ内蔵のＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）等に入力される。
【００１８】
実施例１におけるチャージポンプ回路の起動時フローチャートについて図２を用いて説明する。
【００１９】
Ｓ２０１にて、メインコントローラ側ではチャージポンプの駆動パルス信号（ＣＬＫ信号１０２）として、矩形波を出力する。Ｓ２０２にて、メインコントローラからの回路切断手段の制御信号１６１により電気的な回路切断状態から回路導通状態に制御される。Ｓ２０３にて、メインコントローラ内蔵のタイマーを開始し、所定時間経過していなければ、２３０４に進む。所定時間経過していれば、Ｓ２０６へ進む。
【００２０】
Ｓ２０４にて、電圧監視手段により、１７１の出力電圧が閾値以上であれば、Ｓ２０５へ進む。１７１の出力電圧が閾値以下であれば、Ｓ２０３へ戻る。Ｓ２０５にて、スイッチ１３３をＯＮし、電流制限回路へ電流を流している状態から電流を流さない状態へ遷移し、所望の負荷を引くことができるようになり、コネクタへ所定の電圧が出力された定常状態となる。
【００２１】
Ｓ２０６にて、所定時間内に電圧が出力されていないため、負荷側の過電流等により電圧が出力できないと判断し、メインコントローラからの制御信号により回路切断手段を制御し、電気的に負荷側を切断する。Ｓ２０７にて、メインコントローラからの制御信号によりチャージポンプの駆動パルス信号（ＣＬＫ信号１０２）の矩形波の出力をＯＦＦし、電源制御装置は停止状態になる。
【００２２】
図３は正常起動時のシーケンスを示しており、メインコントローラからチャージポンプの駆動パルス信号出力後、メインコントローラから制御信号１６１により回路切断手段にて回路切断状態を回路導通状態に遷移する。そして、電圧監視手段により、メインコントローラ側で電圧が所定値以上になったことを検出し、メインコントローラから制御信号１６０によりスイッチ回路を電流制限回路へ電流を流さないように切り替える。
【００２３】
図４の実施例１におけるチャージポンプ回路の負荷に過電流が流れた場合のフローチャートについて説明する。
【００２４】
Ｓ４０１にて、定常状態から出力電圧が所定の電圧以上の場合はＳ４０１を繰り返し、出力電圧が所定の電圧以下になった場合はＳ４０２へ進む。Ｓ４０２にて、メインコントローラから制御信号によりスイッチ回路を電流制限回路へ電流を流すように切り替える。
Ｓ４０３にて、メインコントローラ内蔵のタイマーを開始し、所定時間経過していない場合はＳ４０６へ進み、所定時間経過した場合はＳ４０４へ進む。Ｓ４０６にて、出力電圧が所定値以下であれば、Ｓ４０３へ戻る。所定値以上であれば、Ｓ４０７へ進む。Ｓ４０７にて、メインコントローラから制御信号によりスイッチ回路を電流制限回路へ電流を流さないように切り替え、定常状態となる。Ｓ４０４にて、所定時間内に電圧が出力されていないため、負荷側の過電流等により電圧が出力できないと判断し、メインコントローラからの制御信号により回路切断手段を制御し、電気的に負荷側を切断する。
【００２５】
Ｓ４０５にて、メインコントローラからの制御信号によりチャージポンプの駆動パルス信号（ＣＬＫ信号１０２）の矩形波の出力をＯＦＦし、電源制御装置は停止状態になる。
【００２６】
図５、６は図４のフローチャートと対応しており、それぞれ負荷短絡による過電流が流れた場合、容量負荷接続による突入電流が流れた場合のシーケンスを表している。図５において、負荷短絡による過電流が流れ、出力電圧が低下し、ＡＤＣ入力が閾値以下となると、メインコントローラから制御信号１６０によりスイッチ回路を電流制限回路へ電流を流すように切り替える。そして、所定時間経過後、出力電圧が閾値以上にならなければ、メインコントローラから制御信号１６１により回路切断手段にて回路導通状態を回路切断状態に遷移し、メインコントローラからチャージポンプの駆動パルス信号出力を停止する。
【００２７】
図６において、負荷短絡による過電流が流れ、出力電圧が低下し、ＡＤＣ入力が閾値以下となると、メインコントローラから制御信号１６０によりスイッチ回路を電流制限回路へ電流を流すように切り替える。そして、所定時間内に、出力電圧が閾値以上になれば、メインコントローラから制御信号１６０によりスイッチ回路を電流制限回路へ電流を流さないように切り替え、定常状態となる。
【００２８】
実施例１に係るチャージポンプ回路は、スイッチ素子をオンオフ制御してコンデンサへの充放電を行うことにより電荷を遷移させ電圧を生成し、電圧監視手段と、回路切断手段とを有する。電圧監視手段は、スイッチ素子と直列に接続された電流制限回路と電流制限回路に流す電流を切り替えるスイッチ回路と生成された電圧を監視する。回路切断手段は、電源制御回路に接続された負荷回路を電気的に切断する。チャージポンプ回路は、電圧監視手段により、電圧が閾値以下に低下したことを検出した際に、電流制限回路へ電流を流すようにスイッチ回路を切替制御する。さらに、チャージポンプ回路は、電圧が閾値以下に低下したことを検出した際、電流制限回路へ電流を流すようにスイッチ回路を切替制御した後、電圧が閾値以上に上昇した場合、電流制限回路へ電流を流さないようにスイッチ回路を切替制御する。さらに、チャージポンプ回路は、電圧が閾値以下に低下したことを検出した際、タイマー回路のタイマー動作を開始する。さらに、チャージポンプ回路は、電流制限回路へ電流を流すようにスイッチ回路を切替制御した後、所定時間内に電圧が閾値以上に上昇した場合、電流制限回路へ電流を流さないようにスイッチ回路を切替制御する。さらに、チャージポンプ回路は、電圧が閾値以下に低下したことを検出した際に、タイマー回路のタイマー動作を開始し、電流制限回路へ電流を流すようにスイッチ回路を切替制御した後、時間内に電圧が閾値以上に上昇しない場合は負荷回路を電気的に切断する。
【００２９】
［実施例２］
次に実施例２について説明を行う。図７は、本発明の実施例２に係るチャージポンプ回路の構成を示す図である。図８は、実施例２に係るチャージポンプ回路について各回路の構成例を示す図である。図９は実施例２に係るチャージポンプ回路の制御開始時の各信号波形を示す模式図である。
【００３０】
図７において、７０１はチャージポンプ回路を制御するためのメインコントローラである。メインコントローラ側ではチャージポンプの駆動パルス信号（ＣＬＫ信号７０２）として、図９に示されるように方形波を出力する。ＣＬＫ信号７０２の出力期間中は、出力電圧Ｖｏｕｔ（７０６）が後段回路である負荷部７０４へと印加される。
【００３１】
７０３はＳＷ回路で、Ｎチャネル型ＦＥＴスイッチ７３１及びＰチャネル型ＦＥＴ７３２スイッチ等で構成される。ＣＬＫ信号７０２の制御に合わせて、ＣＬＫ信号７０２がＬｏｗレベルの期間は、コンデンサ７４２とＶｄｄ（７０５）間の接続、Ｈｉｇｈレベルの期間はコンデンサ７４２と突入電流防止回路７０７間の接続を切り替える。チャージポンプ回路は、上記ＳＷ回路７０３、ダイオード７１２、７１３及びコンデンサ７４２、７４３から構成される。
【００３２】
７０７はＳＷ回路７０３と直列に接続された突入電流防止回路で、ＣＬＫ信号７０２の制御により、チャージポンプ回路の制御開始時に、出力コンデンサ７４３及び負荷部７０４の負荷容量への充電が行われる際の突入電流を防止する。突入電流回路７０７の構成例として、ＣＬＫ信号７０２を入力とする積分回路７３４及び、ＳＷ回路７３１とＧＮＤ間に並列に接続されたスイッチ７３３と電流制限抵抗７２１で構成され、積分回路７３４の出力はスイッチのＯＮ制御端子に結線される。
【００３３】
基本的な動作原理を以下に説明する。ＣＬＫ信号７０２の方形波が積分回路に入力されることにより、積分回路７３４の出力と結線されているスイッチ７３３の電圧が徐々に上昇する。ＣＬＫ信号７０２投入開始直後はスイッチ７３３のＯＮ端子の電圧は低く、ＳＷ回路７３１から突入電流防止回路７０７へ流入する電流の大部分が電流制限抵抗７２１側を流れるため、突入電流の発生を防止できる。同時に出力コンデンサ７４３及び負荷部７０４の持つ負荷容量に充電が行われるため、電流値は減少していく。一定期間経過後、充電のための電流が流れなくなると共に、積分回路７３４によりスイッチ７３３のＯＮ制御端子の電圧が高くなり、スイッチ７３３側に電流が流れるようになる。この状態ではスイッチ７３３のＯＮ抵抗は、電流制限抵抗７２１の抵抗値よりも十分低いため、負荷部７０４で所定の負荷を引くことが可能となる。
【００３４】
以降、図８を用いて説明を行う。図８に示す各回路の構成例では、ＳＷ回路７０３にアナログ信号のバススイッチ制御等に使用される汎用のアナログスイッチを、突入電流防止回路にダイオードと抵抗とコンデンサから成る積分回路及び、ＦＥＴスイッチ、電流制限抵抗を使用している。
【００３５】
図８において、８０１はチャージポンプ回路を制御するためのメインコントローラである。メインコントローラ側ではチャージポンプの駆動パルス信号（ＣＬＫ信号８０２）として、図９に示されるように方形波を出力する。ＣＬＫ信号１０２の出力期間中は、出力電圧Ｖｏｕｔ（８０６）が後段回路である負荷部８０４へと印加される。
【００３６】
８０３はアナログスイッチで、ＳＥＬ端子に入力されたＣＬＫ信号８０２により内部のＬＯＧＩＣ回路を切り替える。これにより、Ｄ端子とＳ１端子間（ＣＬＫ信号８０２がＬｏｗレベルの期間）、Ｄ端子とＳ２端子間（ＣＬＫ信号８０２がＨｉｇｈレベルの期間）の接続を交互に繰り返す。Ｓ１端子は突入電流防止回路８０７、Ｓ２端子は入力電圧Ｖｄｄ（８０５）と接続されている。アナログスイッチ８０３のＤ端子はコンデンサ８４２と接続されており、ＣＬＫ信号がＨｉｇｈレベルの時はＳ１端子と結線され、ＣＬＫ信号がＬｏｗレベルの時はＳ２端子と結線されＶＤＤ電位となる。なお、アナログスイッチ８０３はＳ１端子とＳ２端子が同時にＤ端子と接続されない方式の素子を使用し、Ｓ１端子とＳ２端子が短絡して大電流が流れることを防止する。
【００３７】
次に突入電流防止回路８０７の構成を説明する。ＣＬＫ信号８０２はダイオード８１１と抵抗８２１とコンデンサ８４１から構成される積分回路に接続されている。図８に示されるように抵抗８２１は、ダイオード８１１とＮチャネル型ＦＥＴ８３１のゲート端子間に接続されており、ＦＥＴ８３１のドレイン端子はアナログスイッチ８０３のＳ１端子、ソース端子はＧＮＤに接地されている。コンデンサ８４１はＦＥＴ８３１のゲート端子、ＧＮＤ間に接続される。また、電流制限抵抗８２３は、ＦＥＴ８３１と並列に接続される。ここで、電流制限抵抗８２３の抵抗値は、電流制限抵抗８２３に入力電圧Ｖｄｄ（８０５）が印加された時に流れる電流値がアナログスイッチ８０３およびダイオード８１２，８１３の定格電流値を越えないように十分大きな値を有する。ＦＥＴ８３１のゲート端子とＣＬＫ信号８０２の出力端子間に抵抗８２２を接続することで、ＣＬＫ信号８０２が所定の期間Ｌｏｗレベルとなった場合に、抵抗８２２を介してコンデンサ８４１の電荷を放電し、ＦＥＴ８３１をＯＦＦ状態に遷移させる。
【００３８】
最初に本発明の実施形態に係るチャージポンプ回路において、図９に示されるＣＬＫ信号８０２の制御開始時における突入電流防止期間が終了し、定常状態（図９の定常期間）となったときの回路動作について説明する。基本的に定常状態の回路動作は従来のチャージポンプ回路の動作と同様である。ただし、定常状態では、ＦＥＴ８３１のゲート電圧に接続されたコンデンサ８４１は充電されているため、ＦＥＴ８３１はＯＮ状態にある。並列に接続された電流制限抵抗８２３の抵抗値と比較してＦＥＴ８３１のオン抵抗は低いため、Ｓ１端子からの電流の大部分はＦＥＴ８３１側を通り、ＧＮＤへと流れる。
【００３９】
ＣＬＫ信号８０２がＨｉｇｈの期間では、コンデンサ８４２に対して入力電圧Ｖｄｄ（８０５）からダイオード８１２の順方向電圧ＶＦを差し引いた電圧値まで充電が行われる。続くＣＬＫ信号８０２のＬｏｗの期間では、入力電圧Ｖｄｄ（８０５）からダイオード８１２の順方向電圧ＶＦを引いた電圧とコンデンサ８４２の充電電圧が加算される。ＣＬＫ信号８０２のＨｉｇｈ／Ｌｏｗ期間を繰り返すことで生成された電圧波形は、ダイオード８１３と出力コンデンサ８４３を通過し、出力電圧Ｖｏｕｔ（８０６）＝２Ｖｄｄ−２ＶＦとして出力される。
【００４０】
次に本発明の実施形態に係るチャージポンプ回路において、ＣＬＫ信号８０２の制御開始時における突入電流防止期間の回路動作について図９を用いて説明する。チャージポンプ回路の制御開始の際にＣＬＫ信号８０２の出力が始まる。抵抗８２１とコンデンサ８４１間の時定数により決まる充電期間で、コンデンサ８４１へと充電が行われ、ＦＥＴ８３１のゲート電圧値は図９に示されるように上昇していく。ただし、ＣＬＫ信号８０２の出力開始直後は、ＦＥＴ８３１のゲート−ソース間電圧が低く、オン抵抗が高いため、ＦＥＴ８３１に流れるドレイン電流値も低い。従って、出力コンデンサ８４３及び負荷部８０４の負荷容量の充電の際に流れるコンデンサ８４２からＳ１端子への電流の大部分は、電流制限抵抗８２３側を流れる。電流制限抵抗８２３は上述の通り、十分に高い抵抗値を有しているため、チャージポンプ回路の制御開始時の突入電流を防止する役割を果たす。図９に示されるように、電流制限抵抗８２３を流れる電流値（Ｓ１端子からＧＮＤの方向）は、出力コンデンサ８４３及び負荷部８０４の負荷容量への充電が行われるに従い、減少していく。一方、ＦＥＴ８３１のゲート電圧値は上昇していくため、ＦＥＴ８３１は徐々にＯＮ状態となり、ドレイン電流が増加していく。これにより、Ｓ１端子からの電流が並列に接続された電流制限抵抗８２３側に流れる量は減少し、ＦＥＴ８３１側を流れる比率が上がる。
【００４１】
図９に示される突入電流防止期間におけるアナログスイッチ８０３のＤ端子出力電流値は、正側がＳ２端子からＤ端子側の方向、負側がＤ端子からＳ１端子の方向へ流れる電流を表す。負側に流れる電流値は、電流制限抵抗８２３に流れる電流値と等しくなるため、同様にアナログスイッチ８０３に突入電流が流れることを防止している。ただし、突入電流防止期間は電流制限抵抗８２３により、コンデンサ８４２へ充電される電荷量が制限されるため、負荷部８０４で所定の負荷を引くことが出来ない。
【００４２】
出力コンデンサ８４３及び負荷部８０４の負荷容量への充電が終了すると、定常状態（図９の定常期間）へと移行する。定常状態では、ＦＥＴ８３１はＯＮ状態となっており、オン抵抗が低いため負荷部８０４で所定の負荷を引くことが可能となる。なお、負荷部８０４から負荷が引かれていないときには、アナログスイッチ８０３のＤ端子出力電流値はコンデンサ８４２への充放電のための微小な電流が流れる程度である。
【００４３】
ＣＬＫ信号８０２の出力が停止した時は、抵抗８２２を介してコンデンサ８４１の電荷が放電されるため、ＦＥＴ８３１はＯＦＦ状態となる。なお、ＣＬＫ信号８０２の再投入時には、突入電流防止のためＦＥＴ８３１が完全にＯＦＦしている必要がある関係で、コンデンサ８４１の放電期間中に再投入は行わない。
【００４４】
また、突入電流防止期間の長さは、出力コンデンサ８４３及び負荷部８０４の有する負荷容量により変化するため、積分回路を構成する抵抗８２１とコンデンサ８４１の定数で調整を行う。併せて、負荷部８０４で引かれる負荷電流値を制限したい場合には、ダイオード８１１の順方向電圧ＶＦ及び抵抗８２１の抵抗値により、ＦＥＴ８３１のゲート−ソース間電圧を調整することで可能である。
【００４５】
実施例２に係るチャージポンプ回路は、スイッチとコンデンサで構成される。さらに、チャージポンプ回路は、スイッチと直列に接続された突入電流防止回路の制御をチャージポンプ回路の制御に用いる駆動パルス信号で行う。また、突入電流防止回路は、並列に接続された電流制限抵抗とＦＥＴ等のスイッチ及び、ダイオードと抵抗とコンデンサで構成される積分回路で構成され、積分回路を通過した駆動パルス信号をスイッチのＯＮ制御端子に印加する。また、積分回路は、放電用の抵抗を有する。さらに、チャージポンプ回路は、チャージポンプ回路の駆動パルス信号が所定時間以上Ｌｏｗレベル出力となった場合に、スイッチをＯＦＦ制御して突入防止回路をリセットする。
【００４６】
［実施例３］
次に実施例３について説明を行う。図１０は、実施例３によるチャージポンプ回路を備える電源制御装置の一例を示す回路ブロック図である。
【００４７】
チャージポンプ回路１０００は、コントローラ１０２０、スイッチ素子１００２、スイッチ素子１００４、スイッチ素子１００８、スイッチ素子１０１０、コンデンサ１００６、およびコンデンサ１０１２を備えている。チャージポンプ回路１０００は、電源１０３０及び電流制限回路１０５０に接続されており、負荷１０６０に動作用の電源を供給する。電流制限回路１０５０は、電流制限抵抗１０５２、及びスイッチ素子１０５４を備えている。スイッチ素子１０５４は電流検出回路１０４０に接続されている。
【００４８】
次に、チャージポンプ回路の基本動作について簡単に説明する。ここでは、スイッチ素子１００２、スイッチ素子１００４、スイッチ素子１０５４にＦＥＴを用いて回路を構成している。また、スイッチ素子１００８、スイッチ素子１０１０にダイオードを用いて回路を構成している。まず状態１では、コントローラ１０２０がスイッチ１００２をオフ制御してから、スイッチ素子１００４をオン制御する。電源１０３０からスイッチ素子１００８を介して、コンデンサ１００６が充電される。この時、後述するようにしてスイッチ素子１０５４がオンオフ制御し、コンデンサ１００６は、電流制限抵抗１０５２、もしくはスイッチ素子１０５４を介してＧＮＤに接続される。一方で、電源１０３０からスイッチ素子１００８とスイッチ素子１０１０を介して、コンデンサ１０１２も充電される。このときの、コンデンサ１００６とコンデンサ１０１２に充電される電圧Ｖｃ１とＶｏ１は、式（１）と式（２）によって求めることができる。
Ｖｃ１＝Ｖｉｎ−Ｖｆ          （１）
Ｖｏ１＝Ｖｉｎ−２・Ｖｆ      （２）
ここで、Ｖｉｎは電源１０３０からの入力電圧であり、Ｖｆはダイオードであるスイッチ素子１００８とスイッチ素子１０１０の順方向電圧である。
【００４９】
次に、状態２では、コントローラ１０２０がスイッチ素子１００４をオフ制御してから、スイッチ素子１００２をオン制御する。この時、状態１においてコンデンサ１００６のＧＮＤ接地されていた点が、状態２で電源１０３０のＶｉｎ電圧までスイッチ１００２を介して上昇する。この結果、状態１でコンデンサ１００６に充電された電荷がスイッチ素子１０１０を介してコンデンサ１０１２に遷移する。このときの、コンデンサ１０１２に充電される電圧Ｖｏ２は、式（３）によって求めることができる。
Ｖｏ２＝Ｖｉｎ＋Ｖｃ１−Ｖｆ
＝２・Ｖｉｎ−２・Ｖｆ          （３）
チャージポンプ回路の基本動作は、上述した状態１と状態２を繰り返すことで、コンデンサ１００６への充放電により電荷を遷移させ、入力電圧にコンデンサの充電電圧を重畳させて出力電圧を得るものである。実動作では、スイッチング周波数とオン時比率、コンデンサの容量、ＦＥＴのオン抵抗値、ダイオードの順方向特性等が影響するため、状態１と状態２を繰り返さなければＶｏ２の出力電圧は得られないが、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５０】
次に、電流制限回路１０５０と電流検出回路１０４０の動作について説明する。チャージポンプ回路の起動時は、コンデンサ１０１２の電圧値がＧＮＤレベルからＶｏ２になるまで、コンデンサ１０１２への充電電流が流れる。コンデンサ１０１２に蓄積するための電荷は、コンデンサ１００６に蓄積した電荷を遷移して供給するため、充電電流が流れている期間はコンデンサ１００６が定常時よりも多くの電荷量で充放電を繰り返す動作となる。また、コンデンサ１０１２にＶｏ２の電圧が出力された後も、負荷側で大きな容量接続があれば、出力側のコンデンサを充電するまでは、同様にコンデンサ１００６が定常時よりも多くの電荷量で充放電を繰り返す動作となる。スイッチング素子１００４がオン制御している期間Ｔｏｎに、コンデンサ１００６に蓄積する電荷量ｑは、式（４）によって求めることができる。
ｑ＝Ｃ・Ｖｃ１・｛１−１／еＴｏｎ／Ｃ・（Ｒｏｎ＋Ｒａ）｝        式（４）
ここで、電荷量ｑは初期値ゼロからとし、Ｃはコンデンサ１００６の容量値、ＲｏｎはＦＥＴであるスイッチ素子１００４がオン制御している時の抵抗値であり、Ｒａは電流制限回路１０５０の抵抗値である。コンデンサ１００６に流れる電流ｉは、式（４）を時間で微分し、式（５）によって求めることができる。
ｉ＝Ｖｃ１／｛（Ｒｏｎ＋Ｒａ）・еＴｏｎ／Ｃ・（Ｒｏｎ＋Ｒａ）｝      式（５）
ここで、最も電流ｉが大きくなるのは、スイッチ素子１００４がオン制御した直後（Ｔｏｎ＝０）になり、その時の値Ｉｐｅａｋは式（５）から式（６）によって求めることができる。
Ｉｐｅａｋ＝Ｖｃ１／（Ｒｏｎ＋Ｒａ）          式（６）
一方で、負荷電流が少ない定常状態においては、コンデンサ１００６に蓄積した電荷を、毎回のスイッチング動作で出力側に全て遷移する必要がない。したがって、コンデンサ１００６に流れる電流Ｉｔｙｐは式（７）によって求めることができる。
Ｉｔｙｐ＝（Ｖｃ１−Ｖｃｔｙｐ）／（Ｒｏｎ＋Ｒａ）      式（７）
ここで、Ｖｃｔｙｐは定常状態において、スイッチ素子９０４がオン制御する直前に、コンデンサ１００６に蓄積されている電荷量と、コンデンサ１００６の容量値に応じた電圧値である。以上から、コンデンサ１００６への起動時の電流と定常時の電流が、電流制限回路１０５０の抵抗値でどのように制限されるかが分かる。
【００５１】
電流検出回路１０４０は、スイッチ素子１００４に流れる電流を検出し、所定の閾値以上であれば電流制限回路１０５０のスイッチ素子１０５２をオフ制御し、コンデンサ１００６への充電電流を抵抗１０５４で制限する。また、スイッチ素子１００４に流れる電流が所定の閾値未満であれば、電流制限回路１０５０のスイッチ素子１０５２をオン制御し、回路動作時の導通損失を低減する。このように、電流検出回路１０４０がＲａの値を切り替えて制御することで、起動時や負荷容量接続時における過渡的な大電流は制限し、負荷電流が少ない定常時は電流を制限しないようにする。
【００５２】
ここで、本実施例では、電流検出回路１０４０を簡易的に差電圧アンプを用いて構成し、基準電圧と比較することで、スイッチ素子１０５４をオンオフ制御する回路構成としているが、他の回路構成でも構わない。電流検出回路１０４０は、スイッチ素子１００４に流れる電流と、スイッチ素子１００４のオン抵抗から発生する電圧を検出し、差動出力からシングルエンド出力へ変換し、所定値と比較し、その結果に応じてスイッチ素子１０５４をオンオフ制御するものである。電源１０３０のＶｉｎが高電圧でなければ、計装アンプを用いて構成し、同相信号除去比と信号増幅率が大きい回路構成にしても構わない。また、スイッチ素子１０５４をオンオフ制御する電流閾値にヒステリシス幅をもたせて、閾値付近での頻繁なオンオフ制御をしない制御方法としても構わない。また、スイッチ素子１０５４がオフ制御した後にオン制御の信号を受け取っても、所定時間はオフ制御を継続するように制御しても構わない。また、初期状態でのスイッチ素子１０５４のオンオフ制御を、どちらに設定していても構わない。また、比較する所定値は外部から可変制御できるようにしても構わない。
【００５３】
図１１は、実施例３による電源制御回路の制御方法を示すフローチャートである。
【００５４】
コントローラ１０２０がスイッチング制御をして、チャージポンプ動作を開始する（ステップＳ１１００）。電流検出回路１０４０は、常にスイッチ素子１００４に流れる電流を検出しながら、所定値以上かどうかを監視している（ステップＳ１１０２）。所定値以上であれば、電流検出回路１０４０は、スイッチ素子１０５４をオフ制御して、電流制限回路１０５０の抵抗値を抵抗１０５２に設定する（ステップＳ１１０４）。また、ステップＳ１１０２で所定値未満だった場合は、スイッチ素子１０５４をオン制御して、電流制限回路１０５０の抵抗値をスイッチ素子１０５４のオン抵抗に設定する（ステップＳ１１０６）。コントローラ１０２０がスイッチング制御を停止しなければ、ステップ１１０２に戻る（ステップＳ１１０８）。
【００５５】
実施例３に係るチャージポンプ回路は、スイッチ素子をオンオフ制御してコンデンサへの充放電により電荷を遷移させ電圧を生成する。さらに、チャージポンプ回路は、スイッチ素子と直列に接続された電流制限回路と、スイッチ素子に流れる電流を検出する電流検出手段とを有する。さらに、チャージポンプ回路において、電流検出手段は、スイッチに流れる電流値に基づいて電流制限回路を切替制御する。さらに、チャージポンプ回路において、電流検出手段はスイッチに流れる電流値が所定値よりも大きい場合に、電流制限回路を電流制限が大きくなるように切替制御する。さらに、チャージポンプ回路において、電流検出手段は、スイッチに流れる電流値が所定値よりも小さい場合に、電流制限回路を電流制限が小さくなるように切替制御する。
【００５６】
以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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