(57)【要約】【課題】供給電圧が広範囲で変動しても一定の出力電圧が得られ、かつ小型化が可能な電源回路を提供すること。【解決手段】本発明にかかる電源回路は、チャージポンプ回路１ａ、比較演算回路２及びスイッチ制御回路３ａを備える。チャージポンプ回路１ａは、昇圧コンデンサＣ１及び昇圧コンデンサＣ２を有する。比較演算回路２及びスイッチ制御回路３ａは、昇圧コンデンサＣ１及び昇圧コンデンサＣ２の充電電圧（電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２）を制御する。この電源回路は、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とに基づいて、一定の出力電圧Ｖｏｕｔ１を出力する。【選択図】図１
2011087446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを少なくとも有するチャージポンプ回路と、
第１のコンデンサ及び第２のコンデンサの充電電圧を制御する制御回路と、を備え、
前記第１のコンデンサの充電電圧と前記第２のコンデンサの充電電圧とに基づいて、一定の出力電圧を出力する、電源回路。
【請求項２】
前記チャージポンプ回路は供給電圧が供給され、
前記供給電圧が前記出力電圧よりも小さい場合には、
前記第１のコンデンサの充電電圧と前記第２のコンデンサの充電電圧とを加えることにより、前記出力電圧を出力する、
請求項１に記載の電源回路。
【請求項３】
前記第１のコンデンサは前記出力電圧と前記供給電圧との差電圧まで充電され、
前記第２のコンデンサは前記供給電圧まで充電される、
請求項２に記載の電源回路。
【請求項４】
前記供給電圧が前記出力電圧以上である場合には、
前記第１のコンデンサ又は前記第２のコンデンサのいずれか一方が前記出力電圧まで充電され、
充電された前記第１のコンデンサ又は前記第２のコンデンサの充電電圧を前記出力電圧として出力する、
請求項２又は３に記載の電源回路。
【請求項５】
前記チャージポンプ回路は、
前記第１のコンデンサの充電電圧を制御する第１のスイッチと、
前記第２のコンデンサの充電電圧を制御する第２のスイッチと、をさらに備え、
前記制御回路は、
前記第１のスイッチの開閉を制御することにより、前記第１のコンデンサ充電電圧を制御し、
前記第２のスイッチの開閉を制御することにより、前記第２のコンデンサの充電電圧を制御する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電源回路。
【請求項６】
前記供給電圧が前記出力電圧よりも小さい場合には、
前記第１のスイッチが閉じることにより前記第１のコンデンサの充電が開始され、
前記第２のスイッチが閉じることにより前記第２のコンデンサの充電が開始され、
前記第１のコンデンサの充電電圧が前記出力電圧と前記供給電圧との差電圧に達すると、前記第１のスイッチが開いて前記第１のコンデンサの充電が停止され、
前記第２のコンデンサは前記供給電圧まで充電される、
請求項５に記載の電源回路。
【請求項７】
前記供給電圧が前記出力電圧以上である場合には、
前記第１のスイッチが開いて前記第１のコンデンサは充電されず、
前記第２のスイッチが閉じることにより前記第２のコンデンサの充電が開始され、
前記第２のコンデンサの充電電圧が前記出力電圧に達すると、前記第２のスイッチが開いて前記第２のコンデンサの充電が停止される、
請求項５又は６に記載の電源回路。
【請求項８】
前記第１のコンデンサの正側端子である第１の正側端子と、前記第２のコンデンサの負側端子である第２の負側端子と、の間に接続され、前記制御回路により制御される第３のスイッチを更に備え、
前記第１のコンデンサの負側端子である第１の負側端子、又は、前記第２のコンデンサの正側端子である第２の正側端子がグランドと接続され、
前記第３のスイッチが閉じることにより、前記第１の正側端子と前記第２の負側端子とが接続され、
前記第１の負側端子がグランドに接続されている場合は、前記第２の正側端子の電圧は前記出力電圧となり、
前記第２の正側端子がグランドに接続されている場合は、前記第１の負側端子の電圧は前記出力電圧が反転した電圧となる、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電源回路。
【請求項９】
前記チャージポンプ回路は、
前記第１の負側端子とグランドとの間に接続された第３のコンデンサと、
前記第２の正側端子とグランドとの間に接続された第４のコンデンサと、を更に備え、
前記第１の負側端子と前記第２の正側端子とから、前記出力電圧と同じ大きさで、それぞれ反転した２つの電圧を出力する、
請求項８に記載の電源回路。
【請求項１０】
前記第１のコンデンサの負側端子である第１の負側端子と、前記第２のコンデンサの正側端子である第２の正側端子と、の間に接続され、前記制御回路により制御される第４のスイッチを更に備え、
前記第１のコンデンサの正側端子である第１の正側端子、又は、前記第２のコンデンサの負側端子である第２の負側端子がグランドと接続され、
前記第４のスイッチが閉じることにより、前記第１の負側端子と前記第２の正側端子とが接続され、
前記第１の正側端子がグランドに接続されている場合は、前記第２の負側端子の電圧は前記出力電圧が反転した電圧となり、
前記第２の負側端子がグランドに接続されている場合は、前記第１の正側端子の電圧は前記出力電圧となる、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電源回路。
【請求項１１】
前記チャージポンプ回路は、
前記第１の正側端子とグランドとの間に接続された第５のコンデンサと、
前記第２の負側端子とグランドとの間に接続された第６のコンデンサと、を更に備え、
前記第１の正側端子と前記第２の負側端子とから、前記出力電圧と同じ大きさで、それぞれ反転した２つの電圧を出力する、
請求項１０に記載の電気回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源回路に関し、特に一定電圧を出力する電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話をはじめとする携帯端末に実装されるアンテナスイッチＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）や液晶ドライバＩＣなどでは、低ノイズまたは外付け部品数が少ないことなどを理由に、コンデンサを用いたチャージポンプ方式の電源回路が使用される。
【０００３】
こうした電源回路は、バッテリからバッテリ電圧が供給され、そこから所望の電圧（例えば±２．５Ｖ）を生成する。よって、電源回路は、バッテリ電圧が高い状態（満充電時、例えば３．６Ｖ程度）から、バッテリ電圧が低い状態（バッテリ消耗時、例えば２Ｖ程度）までの広範囲で動作することが望まれる。また、アンテナスイッチＩＣや液晶ドライバＩＣ内に実装されることから、電源回路はできるだけ小面積であることも併せて望まれる。
【０００４】
このようなチャージポンプ方式の電源回路について、様々な構造が提案されている（特許文献１〜４）。以下、特許文献１〜４にかかる電源回路の構成及その動作について、図を参照して説明する。
【０００５】
まず、特許文献１に係る電源回路の構成について説明する。図６は、特許文献１に係る電源回路６００の回路図である。電源回路６００は、チャージポンプ回路６１と、レギュレータ回路６２で構成される。チャージポンプ回路６１は、昇圧コンデンサＣ６１、平滑コンデンサＣ６２、スイッチＴ６１〜Ｔ６４、インバータＩＮＶ６１を有する。供給電圧Ｖｂａｔ６１とグランドとの間には、スイッチＴ６１、昇圧コンデンサＣ６１及びスイッチＴ６２が直列に接続されている。スイッチＴ６３の一端は供給電圧Ｖｂａｔ６１に接続され、もう一端は昇圧コンデンサＣ６１の負側端子に接続されている。スイッチＴ６４の一端は昇圧コンデンサＣ６１の正側端子に接続され、もう一端は電圧Ｖｃｐ６１に接続されている。電圧Ｖｃｐ６１とグランドとの間には平滑コンデンサＣ６２が接続されている。スイッチＴ６１及びスイッチＴ６２の制御端子にはクロックＣＬＫ６１が入力されている。インバータＩＮＶ６１は、クロックＣＬＫ６１が入力され、スイッチＴ６３及びスイッチＴ６４の制御端子にクロックＣＬＫ６１の反転信号を出力する。レギュレータ回路６２は、オペアンプＯＰＡＭＰ６１、抵抗Ｒ６１、抵抗Ｒ６２、平滑コンデンサＣ６３を有する。オペアンプＯＰＡＭＰ６１には、電源としてＶｃｐ６１が接続されている。オペアンプＯＰＡＭＰ６１の出力端子は抵抗Ｒ６１及び出力電圧Ｖｏｕｔ６１と接続されている。抵抗Ｒ６１とグランドとの間には、抵抗Ｒ６２が接続されている。出力電圧Ｖｏｕｔ６１とグランドとの間には、平滑コンデンサＣ６３が接続されている。そして、オペアンプＯＰＡＭＰ６１には、基準電圧Ｖｒ６１と、抵抗Ｒ６１と抵抗Ｒ６２との間の電圧が入力される。
【０００６】
続いて、電源回路６００の動作について説明する。電源回路６００は、クロックＣＬＫ６１がＨｉｇｈの場合（充電期間）には、スイッチＴ６１及びスイッチＴ６２はＯＮとなり、スイッチＴ６３及びスイッチＴ６４はＯＦＦとなる。これにより、供給電圧Ｖｂａｔ６１が昇圧コンデンサＣ６１に印加されて、昇圧コンデンサＣ６１が充電される。一方、クロックＣＬＫ６１がＬｏｗ（放電期間）の場合には、スイッチＴ６１及びスイッチＴ６２はＯＦＦとなり、スイッチＴ６３及びスイッチＴ６４はＯＮとなる。これにより、供給電圧Ｖｂａｔ６１と昇圧コンデンサＣ６１の充電電圧（＝Ｖｂａｔ６１）とを加えた電圧Ｖｃｐ６１（＝Ｖｂａｔ６１×２）が平滑コンデンサＣ６２に印加されて、平滑コンデンサＣ６２が充電される。レギュレータ回路６２は、電圧Ｖｃｐ６１を電源として、出力電圧Ｖｏｕｔ６１（＝（１＋Ｒ６１／Ｒ６２）×Ｖｒ６１）を生成する。
【０００７】
電源回路６００は、例えばＶｂａｔ６１＝２Ｖ、Ｖｒ６１＝１．２５Ｖ、Ｒ６１／Ｒ６２＝１である場合には、Ｖｃｐ６１＝Ｖｂａｔ６１×２＝４Ｖとなり、Ｖｏｕｔ６１＝（１＋Ｒ６１／Ｒ６２）×Ｖｒ６１＝２．５Ｖが得られる。また、例えばＶｂａｔ６１＝３．６Ｖ、Ｖｒ６１＝１．２５Ｖ、Ｒ６１／Ｒ６２＝１である場合には、Ｖｃｐ６１＝Ｖｂａｔ６１×２＝７．２Ｖとなり、Ｖｏｕｔ６１＝（１＋Ｒ６１／Ｒ６２）×Ｖｒ６１＝２．５Ｖが得られる。
【０００８】
次に、特許文献２に係る電源回路について説明する。図７は、特許文献２に係る電源回路７００の回路図である。電源回路７００は、チャージポンプ回路７１とレギュレータ回路７２とで構成される。図６に示すチャージポンプ回路６１と比べて、チャージポンプ回路７１は、供給電圧Ｖｂａｔ６１がレギュレータ回路７２から出力される電圧Ｖｒｅｇ７１に置き換わっている。また、電圧Ｖｃｐ６１が出力電圧Ｖｏｕｔ７１に置き換わっている。レギュレータ回路７２では、オペアンプＯＰＡＭＰ６１の電源が、電圧Ｖｃｐ６１から供給電圧Ｖｂａｔ７１に置き換わっている。その他の構成及び動作については、図６の電源回路６００と同様であるので、説明を省略する。
【０００９】
電源回路７００は、例えばＶｂａｔ７１＝２Ｖ、Ｖｒ６１＝０．６２５Ｖ、Ｒ６１／Ｒ６２＝１である場合には、Ｖｒｅｇ７１＝（１＋Ｒ６１／Ｒ６２）×Ｖｒ６１＝１．２５Ｖとなり、Ｖｏｕｔ６１＝Ｖｒｅｇ７１×２＝２．５Ｖが得られる。また、例えばＶｂａｔ７１＝３．６Ｖ、Ｖｒ６１＝０．６２５Ｖ、Ｒ６１／Ｒ６２＝１で有る場合には、同様にＶｒｅｇ７１×２＝２．５Ｖを得ることができる。
【００１０】
特許文献３では、レギュレータを使用しない電源回路が提案されている（特許文献３の図１）。図８は、特許文献３に係る電源回路８００の回路図である。電源回路８００は、チャージポンプ回路８１、比較回路８２、制御回路８３により構成される。チャージポンプ回路８１は、図６に示すチャージポンプ回路６１と比べて、インバータＩＮＶ６１が制御回路８３に移動してインバータＩＮＶ８１となっている。また、スイッチＴ６１と昇圧コンデンサＣ６１との間の電圧Ｖ８１が比較回路８２へ出力されている。スイッチＴ６１及びスイッチＴ６２の制御端子には、制御回路８３からの信号が入力される。その他の構成は、図６に示すチャージポンプ回路６１と同様であるので、説明を省略する。比較回路８２は、比較器ＣＯＭＰ８１を有する。比較器ＣＯＭＰ８１は、基準電圧Ｖｒ８１と、チャージポンプ回路８１から出力される電圧Ｖ８１と、が入力され、制御回路８３へ出力Ｖ８２を出力する。制御回路８３は、ＡＮＤブロックＡＮＤ８１とインバータＩＮＶ８１を有する。ＡＮＤブロックＡＮＤ８１にはクロックＣＬＫ８１と、レベルシフトＬＳ８１を介して出力Ｖ８２と、が入力される。そして、ＡＮＤブロックＡＮＤ８１はスイッチＴ６１及びスイッチＴ６２の制御端子へ信号を出力する。インバータＩＮＶ８１にはクロックＣＬＫ８１が入力され、スイッチＴ６３及びスイッチＴ６４の制御端子へクロックＣＬＫ８１の反転信号を出力する。
【００１１】
続いて、電源回路８００の動作について説明する。電源回路８００は、クロックＣＬＫ８１がＨｉｇｈ、比較回路８２の出力Ｖ８２がＨｉｇｈの場合（充電期間）には、スイッチＴ６１及びスイッチＴ６２がＯＮとなり、スイッチＴ６３及びスイッチＴ６４がＯＦＦとなる。これにより、昇圧コンデンサＣ６１に供給電圧Ｖｂａｔ６１が印加され、充電される。また、クロックＣＬＫ８１がＬｏｗの場合（放電期間）には、スイッチＴ６１とスイッチＴ６２がＯＦＦとなり、スイッチＴ６３とスイッチＴ６４がＯＮとなる。これにより、供給電圧Ｖｂａｔ６１と電圧Ｖ８１とを加えた電圧が平滑コンデンサＣ６２に印加されて、平滑コンデンサＣ６２が充電される。充電期間では、電圧Ｖ８１と基準電圧Ｖｒ８１とが比較器ＣＯＭＰ８１で比較され、電圧Ｖ８１＜基準電圧Ｖｒ８１の場合にはＨｉｇｈを、電圧Ｖ８１≧基準電圧Ｖｒ８１の場合にはＬｏｗを、出力Ｖ８２として出力する。一方、比較器ＣＯＭＰ８１の出力Ｖ８２がＨｉｇｈの場合には、制御回路８３のＡＮＤブロックＡＮＤ８１の出力はＨｉｇｈとなり、充電は継続される。比較器ＣＯＭＰ８１の出力Ｖ８２がＬｏｗの場合には、ＡＮＤブロックＡＮＤ８１の出力はＬｏｗとなり、充電は停止する。これにより、電圧Ｖ８１は基準電圧Ｖｒ８１と同じ電圧まで充電される。これを繰り返すことにより出力電圧Ｖｏｕｔ６１（＝Ｖｂａｔ６１＋Ｖ８１）が生成される。
【００１２】
電源回路８００は、例えばＶｂａｔ６１＝２Ｖ、Ｖｒ８１＝０．５Ｖの場合には、昇圧コンデンサＣ６１は０．５Ｖまで充電される。これは、充電期間においてＶ８１≧０．５Ｖの範囲では、比較器ＣＯＭＰ８１の出力がＨｉｇｈからＬｏｗへ切り替わり、昇圧コンデンサＣ６１の充電が停止するからである。これにより、Ｖｏｕｔ６１＝Ｖｂａｔ６１＋０．５Ｖ＝２．５Ｖが得られる。また、例えばＶｂａｔ６１＝１．２５Ｖ、Ｖｒ８１＝１．２５Ｖ場合には、昇圧コンデンサＣ６１は１．２５Ｖまで充電される。これにより、Ｖｏｕｔ６１＝Ｖｂａｔ６１＋１．２５Ｖ＝２．５Ｖが得られる。
【００１３】
また、特許文献４では、２段接続されたチャージポンプ回路と選択信号発生回路とで構成された電源回路が開示されている（特許文献４の図１）。この電源回路は、１段目のチャージポンプが供給電圧を２倍昇圧する。また、選択信号発生回路は供給電圧をモニターする。２段目のチャージポンプは、１段目のチャージポンプで２倍昇圧された電圧を、さらに昇圧し、３倍昇圧又は４倍昇圧された電圧を生成する。すなわち、この電源回路は、供給電圧が所定値よりも小さい場合には４倍昇圧を行い、所定値よりも大きい場合には３倍昇圧を行う。これにより、この電源回路に印加される最大電圧を制限し、電源回路に使用する素子に要求される最大耐圧を緩和できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００５−１７６５１３号公報
【特許文献２】特開２００７−２０２２６７号公報
【特許文献３】特開２００５−２０９２２号公報
【特許文献４】特開２００６−１５８１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図６に示す電源回路６００では、２Ｖ≦Ｖｂａｔ６１≦３．６Ｖの範囲でＶｏｕｔ６１＝２．５Ｖを得る場合には、上述のように４Ｖ≦Ｖｃｐ６１≦７．２Ｖとなる。よって、供給電圧が大きくなると、レギュレータ回路の電源電圧が必要以上に大きくなり、消費電力が増加してしまう。また、この電源回路は、レギュレータ回路を必要とするため、回路の規模が比較的大きくなり、電源回路の小面積化には適さない。
【００１６】
図７に示す電源回路７００では、供給電圧がさらに低くなった場合に別の問題が生じる。例えば、Ｖｂａｔ７１＝１．５ＶでＶｏｕｔ７１＝２．５Ｖを得るには、レギュレータ回路７２から出力される電圧Ｖｒｅｇ７１（＝１．２５Ｖ）と供給電圧Ｖｂａｔ７１（＝１．５Ｖ）の電圧差がなくなるため、Ｖｒｅｇ７１＝１．２５Ｖが得られなくなるという問題が生じる。また、電源回路７００は、図６に示す電源回路６００と同様に、レギュレータ回路を必要とする。そのため、回路の規模が比較的大きくなり、電源回路の小面積化には適さない。
【００１７】
図８に示す電源回路８００では、供給電圧Ｖｂａｔ６１＝３．６Ｖの場合を考えると、昇圧コンデンサＣ６１に充電される電圧が０Ｖであっても、出力電圧Ｖｏｕｔ６１＝３．６Ｖとなり、２．５Ｖを得ることはできない。つまり、所望の電圧をＶｏｕｔとすると、電源回路８００では、Ｖｏｕｔ／２≦Ｖｂａｔ６１≦Ｖｏｕｔの範囲でしか正常に動作しないという問題が生じる。また、供給電圧Ｖｂａｔ６１が変化しても出力電圧Ｖｏｕｔ６１を一定に保つためには、基準電圧Ｖｒ８１を変更する必要が生じる。
【００１８】
特許文献４に開示された電源回路では、供給電圧を単純に３倍又は４倍に昇圧するので、供給電圧に応じて出力電圧が変動してしまう。従って、この電源回路を安定化電源として用いることはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一態様である電源回路は、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを少なくとも有するチャージポンプ回路と、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサの充電電圧を制御する制御回路と、を備え、前記第１のコンデンサの充電電圧と前記第２のコンデンサの充電電圧とに基づいて、一定の出力電圧を出力するものである。
【００２０】
上述の電源回路は、充電電圧が制御されるコンデンサを２つ有している。これにより、一方のコンデンサに充電する電圧が所望の出力電圧に対して不足する場合でも、もう一方のコンデンサの充電電圧を加えることにより、所望の電圧を生成する。これにより、供給電圧が広範囲で変動する場合でも、一定の出力電圧を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、供給電圧が広範囲で変動しても一定の出力電圧が得られ、かつ小型化が可能な電源回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態１にかかる電源回路の回路図である。
【図２】実施の形態１にかかる電源回路の動作を示すグラフである。
【図３】実施の形態１にかかる電源回路の動作を示すグラフである。
【図４】実施の形態２にかかる電源回路の回路図である。
【図５】比較例１にかかる電源回路の回路図である。
【図６】特許文献１に開示された電源回路の回路図である。
【図７】特許文献２に開示された電源回路の回路図である。
【図８】特許文献３に開示された電源回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１
まず、実施の形態１に係る電源回路の構成について説明する。図１は、実施の形態１にかかる電源回路１００の回路図である。電源回路１００は、チャージポンプ回路１ａ、比較演算回路２及びスイッチ制御回路３ａで構成される。
【００２４】
チャージポンプ回路１ａは、スイッチＴ１、スイッチＴ３〜Ｔ８、昇圧コンデンサＣ１、昇圧コンデンサＣ２及び平滑コンデンサＣ３を有する。スイッチＴ１及び昇圧コンデンサＣ１は、供給電圧Ｖｂａｔ１とグランドとの間に直列に接続されている。また、スイッチＴ３、昇圧コンデンサＣ２及びスイッチＴ４は、供給電圧Ｖｂａｔ１とグランドとの間に直列に接続されている。スイッチＴ５は、昇圧コンデンサＣ１の正側端子と昇圧コンデンサＣ２の負側端子との間に接続されている。スイッチＴ６は、昇圧コンデンサＣ２の正側端子と出力電圧Ｖｏｕｔ１との間に接続されている。平滑コンデンサＣ３は、出力電圧Ｖｏｕｔ１とグランドとの間に接続されている。スイッチＴ７は、昇圧コンデンサＣ１の正側端子と比較演算回路２との間に接続されている。スイッチＴ８は、昇圧コンデンサＣ２の正側端子と比較演算回路２との間に接続されている。また、スイッチＴ１、スイッチＴ３、スイッチＴ５及びスイッチＴ６の出力端子はスイッチ制御回路３ａと接続されている。スイッチＴ４、スイッチＴ７及びスイッチＴ８の制御端子には、クロックＣＬＫ１が入力される。なお、ここでは、昇圧コンデンサＣ１の正側端子での電圧を電圧Ｖ１、昇圧コンデンサＣ２の正側端子での電圧を電圧Ｖ２とする。
【００２５】
比較演算回路２は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、比較器ＣＯＭＰ１及び比較器ＣＯＭＰ２を有する。比較器ＣＯＭＰ１の一方の入力端子は抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の一端と接続され、もう一方の入力端子は基準電圧Ｖｒ１と接続されている。抵抗Ｒ１のもう一端は、スイッチＴ７と接続されている。抵抗Ｒ２のもう一端は、供給電圧Ｖｂａｔ１と接続されている。比較器ＣＯＭＰ２の一方の入力端子は抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４の一端と接続され、もう一方の入力端子は基準電圧Ｖｒ１と接続されている。抵抗Ｒ３のもう一端は、スイッチＴ８と接続されている。抵抗Ｒ４のもう一端は、グランドと接続されている。比較器ＣＯＭＰ１はスイッチ制御回路３ａへ出力Ｖ４を出力し、比較器ＣＯＭＰ２はスイッチ制御回路３ａへ出力Ｖ６を出力する。なお、抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、Ｒ１＝Ｒ２及びＲ３＝Ｒ４なる関係を有している。
【００２６】
スイッチ制御回路３ａは、ＡＮＤブロックＡＮＤ１、ＡＮＤブロックＡＮＤ２及びインバータＩＮＶ１を有する。ＡＮＤブロックＡＮＤ１は、クロックＣＬＫ１及びレベルシフトＬＳ１を介して出力Ｖ４が入力され、スイッチＴ１の制御端子へ信号を出力する。ＡＮＤブロックＡＮＤ２は、クロックＣＬＫ１及びレベルシフトＬＳ２を介して出力Ｖ６が入力され、スイッチＴ３の制御端子に信号を出力する。インバータＩＮＶ１はクロックＣＬＫ１が入力され、スイッチＴ５及びスイッチＴ６にクロックＣＬＫ１反転信号を出力する。
【００２７】
続いて、電源回路１００の動作について説明する。電源回路１００では、クロックＣＬＫ１がＨｉｇｈ、比較演算回路２の２つの出力（出力Ｖ４及び出力Ｖ６）がＨｉｇｈの場合には、ＡＮＤブロックＡＮＤ１及びＡＮＤブロックＡＮＤ２の出力はＨｉｇｈとなる。これにより、スイッチＴ１、スイッチＴ３及びスイッチＴ４はＯＮとなり、スイッチＴ５及びスイッチＴ６はＯＦＦとなる。よって、昇圧コンデンサＣ１及び昇圧コンデンサＣ２には、供給電圧Ｖｂａｔ１が供給される（充電期間）。一方、クロックＣＬＫ１がＬｏｗの場合には、スイッチＴ１、スイッチＴ３及びスイッチＴ４がＯＦＦとなり、スイッチＴ５及びスイッチＴ６はＯＮとなる。これにより、昇圧コンデンサＣ１及び昇圧コンデンサＣ２に充電された電圧の和が平滑コンデンサＣ３に充電される（放電期間）。これらの充電期間と放電機関を繰り返すことにより、出力電圧Ｖｏｕｔ１が生成される。
【００２８】
電源回路１００の所望の出力電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして、例えばＶｒ１＝Ｖｏｕｔ／２である場合について考える。充電期間では、昇圧コンデンサＣ１に充電されている電圧Ｖ１が、スイッチＴ７を介して、抵抗Ｒ１に印加される。
【００２９】
このとき、Ｒ１＝Ｒ２であるので、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点の電圧Ｖ３は式（１）で示される。
Ｖ３＝（Ｖ１＋Ｖｂａｔ１）／２  ・・・（１）
【００３０】
Ｖ３＜Ｖｒ１の場合には、比較器ＣＯＭＰ１の出力Ｖ４はＨｉｇｈレベルとなり、レベルシフトＬＳ１を介してＡＮＤブロックＡＮＤ１に入力される。すると、ＡＮＤブロックＡＮＤ１の出力はＨｉｇｈとなり、昇圧コンデンサＣ１の充電が継続される。
【００３１】
Ｖ３≧Ｖｒ１の場合には、比較器ＣＯＭＰ１の出力Ｖ４はＬｏｗレベルとなり、レベルシフトＬＳ１を介してＡＮＤブロックＡＮＤ１へ入力される。すると、ＡＮＤブロックＡＮＤ１の出力はＬｏｗとなる。よって、スイッチＴ１がＯＦＦとなり、昇圧コンデンサＣ１の充電は停止する。このとき、昇圧コンデンサＣ１の充電電圧は、式（２）より、式（３）で示される。
Ｖｒ１＝Ｖｏｕｔ／２＝Ｖ３＝（Ｖ１＋Ｖｂａｔ１）／２  ・・・（２）
Ｖ１＝Ｖｏｕｔ−Ｖｂａｔ１  ・・・（３）
【００３２】
従って、Ｖｏｕｔ＞Ｖｂａｔ１の場合は、昇圧コンデンサＣ１は、所望の電圧と供給電圧との差電圧（Ｖｏｕｔ−Ｖｂａｔ１）まで充電される。一方、Ｖｏｕｔ≦Ｖｂａｔ１の場合は、動作開始直後（Ｖ１＝０Ｖ）からＶ３≧Ｖｒ１となるため、出力Ｖ４はＬｏｗとなり、スイッチＴ１はＯＦＦとなる。従って、昇圧コンデンサＣ１は充電されない。
【００３３】
また、充電期間では、昇圧コンデンサＣ２に充電されている電圧Ｖ２が、スイッチＴ８を介して、抵抗Ｒ３に印加される。Ｒ３＝Ｒ４であるので、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の接続点の電圧Ｖ５は式（４）で示される。
Ｖ５＝Ｖ２／２  ・・・（４）
【００３４】
Ｖ５＜Ｖｒ１以下の場合には、比較器ＣＯＭＰ２の出力Ｖ６はＨｉｇｈレベルとなり、レベルシフトＬＳ２を介してＡＮＤブロックＡＮＤ２に入力される。すると、ＡＤＮブロックＡＮＤ２の出力はＨｉｇｈとなり、昇圧コンデンサＣ２の充電が継続される。
【００３５】
Ｖ５≧Ｖｒ１の場合には、比較器ＣＯＭＰ２の出力Ｖ６はＬｏｗレベルとなり、レベルシフトＬＳ２を介してＡＮＤブロックＡＮＤ２へ入力される。すると、ＡＮＤブロックＡＮＤ２の出力はＬｏｗとなる。よって、スイッチＴ３がＯＦＦとなり、昇圧コンデンサＣ２への充電が停止する。このとき、昇圧コンデンサＣ２の充電電圧は、式（５）より、式（６）で示される。
Ｖｒ１＝Ｖｏｕｔ／２＝Ｖ５＝Ｖ２／２  ・・・（５）
Ｖ２＝Ｖｏｕｔ  ・・・（６）
【００３６】
従って、Ｖｏｕｔ＞Ｖｂａｔ１の場合は、常にＶ５＜Ｖｒ１となるので、出力Ｖ６は常にＨｉｇｈとなる。よって、昇圧コンデンサＣ２は充電期間中を通して充電され、その充電電圧は供給電圧Ｖｂａｔ１となる。一方、Ｖｏｕｔ≦Ｖｂａｔ１の場合には、昇圧コンデンサＣ２は、所望の電圧Ｖｏｕｔ１まで充電される。
【００３７】
一方、放電期間では、昇圧コンデンサＣ１の充電電圧（Ｖ１）と、昇圧コンデンサＣ２の充電電圧（Ｖ２）との和が、平滑コンデンサＣ３に充電される。これを繰り返すことで出力電圧Ｖｏｕｔ１は所望の出力電圧Ｖｏｕｔとなる。
【００３８】
すなわち、Ｖｏｕｔ≦Ｖｂａｔ１のときのＶｏｕｔ１は、式（７）で表される。
Ｖｏｕｔ１＝０＋Ｖｏｕｔ＝Ｖｏｕｔ  ・・・（７）
また、Ｖｏｕｔ＞Ｖｂａｔ１のときのＶｏｕｔ１は、式（８）で表される。
Ｖｏｕｔ１＝Ｖｏｕｔ−Ｖｂａｔ１＋Ｖｂａｔ１＝Ｖｏｕｔ  ・・・（８）
（ただし、Ｖｏｕｔ／２≦Ｖｂａｔ１）
【００３９】
図２及び図３は、電源回路１００の動作を示すグラフである。図２及び図３では、Ｖｏｕｔ＝２．５Ｖ、Ｖｒ１＝１．２５Ｖとしている。また、図２はＶｂａｔ１＝２Ｖの場合についてであり、図３はＶｂａｔ１≧２．５Ｖの場合についてである。図２ではＶｏｕｔ１＝０．５Ｖ＋２．０Ｖ＝２．５Ｖ、図３ではＶｏｕｔ１＝０Ｖ＋２．５Ｖ＝２．５Ｖとなり、両者ともＶｏｕｔ１＝２．５Ｖを得ることができる。
【００４０】
すなわち、電源回路１００では、制御回路（図１の比較演算回路２及びスイッチ制御回路３ａに対応）が、チャージポンプ回路の２つの昇圧コンデンサ（図１の昇圧コンデンサＣ１及び昇圧コンデンサＣ２）の充電電圧を制御するように機能する。この２つの昇圧コンデンサにより、一方の昇圧コンデンサに充電する電圧が所望の出力電圧に対して不足する場合でも、もう一方の昇圧コンデンサの充電電圧を加えることにより、所望の電圧を生成する。
【００４１】
従って、本構成によれば、供給電圧が所望の電圧の１／２以上であれば、一定出力電圧を得ることができる。すなわち、供給電圧が広範囲に変動しても、一定の出力電圧が得られる電源回路を実現できる。また、供給電圧の変動に応じて回路を切り替える必要もない。さらに、レギュレータ回路を使用しないため、回路規模を小さくすることができる。
【００４２】
さらにまた、電源回路１００では昇圧コンデンサが２つ設けられている場合について説明したが、昇圧コンデンサの数は２つに限られない。すなわち、この電源回路では、ｎ個（ｎは３以上の自然数）の昇圧コンデンサを設けて、それぞれの昇圧コンデンサの充電電圧を加えることにより、所望の出力電圧を生成する構成としてもよい。この場合には、供給電圧が所望の電圧の１／ｎ以上の範囲で、電源回路を動作させることが可能となる。
【００４３】
実施の形態２
次に、実施の形態２に係る電源回路の構成について説明する。図４は、実施の形態２に係る電源回路２００の構成を示す回路図である。電源回路２００は、チャージポンプ回路１ｂ、比較演算回路２及びスイッチ制御回路３ｂにより構成される。
【００４４】
チャージポンプ回路１ｂは、図１と比較して、スイッチＴ２、スイッチＴ９、スイッチＴ１０、出力電圧Ｖｏｕｔ２及び平滑コンデンサＣ４が追加されている。スイッチＴ２は、昇圧コンデンサＣ１とグランドとの間に接続されている。スイッチＴ９の一端は昇圧コンデンサＣ１の負側端子に接続され、もう一端は出力電圧Ｖｏｕｔ２に接続されている。スイッチＴ１０の一端は昇圧コンデンサＣ２の正側端子に接続され、もう一端はグランドに接続されている。平滑コンデンサＣ４は、出力電圧Ｖｏｕｔ２とグランドとの間に接続されている。スイッチＴ２の制御端子は、スイッチ制御回路３ｂと接続されている。スイッチＴ６の制御端子にはクロックＣＬＫ２が入力され、スイッチＴ９及びスイッチＴ１０の制御端子にはクロックＣＬＫ３が入力されている。その他の構成は、図１に示すチャージポンプ回路１ａと同様であるので、説明を省略する。
【００４５】
比較演算回路２については、図１と同様であるので説明を省略する。
【００４６】
スイッチ制御回路３ｂは、図１と比較して、ＯＲブロックＯＲ１が追加されている。ＯＲブロックＯＲ１は、クロックＣＬＫ１及びクロックＣＬＫ２が入力され、スイッチＴ２の制御端子に信号を出力する。その他の構成は、図１に示すスイッチ制御回路３ａと同様であるので、説明を省略する。
【００４７】
続いて、電源回路２００の動作について説明する。電源回路２００は、クロックＣＬＫ１がＨｉｇｈ、クロックＣＬＫ２及びクロックＣＬＫ３がＬｏｗ、比較演算回路２の２つの出力（出力Ｖ４及び出力Ｖ６）がＨｉｇｈの場合には、ＡＮＤブロックＡＮＤ１、ＡＮＤブロックＡＮＤ２及びＯＲブロックＯＲ１の出力はＨｉｇｈとなる。すると、スイッチＴ１、スイッチＴ２、スイッチＴ３、スイッチＴ４はＯＮとなり、スイッチＴ５、スイッチＴ６、スイッチＴ９、スイッチＴ１０はＯＦＦとなる。よって、昇圧コンデンサＣ１及び昇圧コンデンサＣ２に供給電圧Ｖｂａｔ１が供給される（充電期間）。
【００４８】
次のタイミングで、クロックＣＬＫ１及びクロックＣＬＫ３がＬｏｗ、クロックＣＬＫ２がＨｉｇｈとなると、スイッチＴ１、スイッチＴ３、スイッチＴ４、スイッチＴ９、スイッチＴ１０はＯＦＦとなり、スイッチＴ２、スイッチＴ５、スイッチＴ６はＯＮとなる。よって、昇圧コンデンサＣ１と昇圧コンデンサＣ２とに充電された電圧の和が、平滑コンデンサＣ３に充電される（放電期間１）。
【００４９】
次のタイミングで、クロックＣＬＫ１がＨｉｇｈ、クロックＣＬＫ２及びクロックＣＬＫ３がＬｏｗとなると、再び充電期間に移行する。
【００５０】
次のタイミングで、クロックＣＬＫ１及びクロックＣＬＫ２がＬｏｗ、クロックＣＬＫ３がＨｉｇｈとなると、スイッチＴ１、スイッチＴ２、スイッチＴ３、スイッチＴ４、スイッチＴ６がＯＦＦとなり、スイッチＴ５、スイッチＴ９、スイッチＴ１０がＯＮとなる。よって、昇圧コンデンサＣ１と昇圧コンデンサＣ２とに充電された電圧の和の反転電圧が、平滑コンデンサＣ４に充電される（放電期間２）。
【００５１】
上述の充電期間、放電期間１、充電期間及び放電期間２のサイクルを繰り返すことにより、出力電圧Ｖｏｕｔ１及び出力電圧Ｖｏｕｔ２が生成される。上述の通り、出力電圧Ｖｏｕｔ２は、出力電圧Ｖｏｕｔ１の反転電圧となる。
【００５２】
電源回路２００の所望の出力電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして、例えばＶｒ１＝Ｖｏｕｔ／２である場合について考える。充電期間では、昇圧コンデンサＣ１に充電されている電圧Ｖ１が、スイッチＴ７を介して、抵抗Ｒ１に印加される。実施の形態１と同様に、充電電圧が制御され、昇圧コンデンサＣ１の充電電圧は、上述の式（３）で示される。
【００５３】
従って、実施の形態１と同様に、Ｖｏｕｔ＞Ｖｂａｔ１の場合には、昇圧コンデンサＣ１は、所望の電圧と供給電圧との差電圧（Ｖｏｕｔ−Ｖｂａｔ１）まで充電される。一方、Ｖｏｕｔ≦Ｖｂａｔ１の場合には、昇圧コンデンサＣ１は充電されない。
【００５４】
また、充電期間では、昇圧コンデンサＣ２に充電されている電圧Ｖ２が、スイッチＴ８を介して、抵抗Ｒ３に印加される。このとき昇圧コンデンサＣ２の充電電圧は、上述の式（６）で示される。
【００５５】
従って、実施の形態１と同様に、Ｖｏｕｔ＞Ｖｂａｔ１の場合には、昇圧コンデンサＣ２はＶｂａｔ１まで充電される。一方、Ｖｏｕｔ≦Ｖｂａｔ１の場合には、昇圧コンデンサＣ２は、所望の電圧Ｖｏｕｔまで充電される。
【００５６】
放電期間１では、実施の形態１と同様に、出力電圧Ｖｏｕｔ１は所望の出力電圧Ｖｏｕｔとなる。Ｖｏｕｔ≦Ｖｂａｔ１の場合のＶｏｕｔ１は、上述の式（７）で表される。Ｖｏｕｔ＞Ｖｂａｔ１の場合のＶｏｕｔ１は、上述の式（８）で表される。
【００５７】
放電期間２では、放電期間１と反対の接続となり、Ｖｏｕｔ≦Ｖｂａｔ１の場合は、Ｖｏｕｔ２は式（９）で示される。
Ｖｏｕｔ２＝−０−Ｖｏｕｔ＝−Ｖｏｕｔ  ・・・（９）
また、Ｖｏｕｔ１＞Ｖｂａｔ１の場合は、Ｖｏｕｔ２は式（１０）で示される。
Ｖｏｕｔ２＝−（Ｖｏｕｔ−Ｖｂａｔ１）−Ｖｂａｔ１＝−Ｖｏｕｔ  ・・・（１０）
（ただし、Ｖｏｕｔ／２≦Ｖｂａｔ１）
【００５８】
すなわち、電源回路２００は、図１に示す電源回路１００と同様の出力電圧を得ることができる。また、所望の電圧が反転した出力電圧を得ることができる。
【００５９】
さらに、本構成によれば、外付け部品および端子数を抑制することが可能である。本構成における外付け部品数はコンデンサ４個（端子数は８個）である。これに対し、図６に示す電源回路６００を用いて電源回路２００と同様の出力電圧を得るには、後述する図５に示す電源回路を構成する必要がある。図５に示す電源回路では、外付け部品数はコンデンサ５個（端子数は１０個）となる。従って、本構成によれば、外付け部品数を減らすことができるので、電源回路の小型化及びコスト低減の見地から有利である。
【００６０】
さらにまた、電源回路２００では昇圧コンデンサが２つ設けられている場合について説明したが、図１に示す電源回路１００と同様に、昇圧コンデンサの数は２つに限られない。すなわち、この電源回路では、ｎ個（ｎは３以上の自然数）の昇圧コンデンサを設けて、それぞれの昇圧コンデンサの充電電圧を加えることにより、所望の出力電圧を生成する構成としてもよい。この場合には、供給電圧が所望の電圧の１／ｎ以上の範囲で、電源回路を動作させることが可能となる。
【００６１】
比較例１
ここでは、実施の形態２にかかる電源回路２００に対する比較例を示すことにより、電源回路２００よるコンデンサの設置数削減の効果について補足説明する。比較例１にかかる電源回路は、図６に示す電源回路６００を利用して、（所望の電圧／２）≦供給電圧の場合でも動作させることができる電源回路である。図５は、比較例１に係る電源回路３００の回路図である。電源回路３００は、チャージポンプ回路６１、レギュレータ回路６２及びチャージポンプ回路５１で構成されている。なお、チャージポンプ回路６１、レギュレータ回路６２は、先で説明した図６の電源回路６００と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００６２】
チャージポンプ回路５１は、レギュレータ回路６２で生成された出力電圧Ｖｏｕｔ６１とグランドとの間に、スイッチＴ５１、昇圧コンデンサＣ５１及びスイッチＴ５２が直列に接続されている。スイッチＴ５３の一端は昇圧コンデンサＣ５１の正側端子に接続され、もう一端はグランドに接続されている。スイッチＴ５４の一端は昇圧コンデンサＣ５１と負側端子に接続され、もう一端は出力電圧Ｖｏｕｔ５１に接続されている。出力電圧Ｖｏｕｔ５１とグランドとの間には平滑コンデンサＣ５２が接続されている。スイッチＴ５１、スイッチＴ５２の制御端子には、クロックＣＬＫ６１が入力される。スイッチＴ５３及びスイッチＴ５４の制御端子には、インバータＩＮＶ６１からクロックＣＬＫ６１の反転信号が入力される。
【００６３】
続いて、電源回路３００の動作について説明する。なお、チャージポンプ回路６１及びレギュレータ回路６２については、電源回路６００と同様の動作を行うので説明を省略し、チャージポンプ回路５１の動作に絞って説明する。チャージポンプ回路５１は、クロックＣＬＫ６１がＨｉｇｈの場合には、スイッチＴ５１及びスイッチＴ５２はＯＮとなり、スイッチＴ５３及びスイッチＴ５４はＯＦＦとなる。これにより、昇圧コンデンサＣ５１は、出力電圧Ｖｏｕｔ６１まで充電される（充電期間）。
【００６４】
クロックＣＬＫ６１がＬｏｗの場合には、スイッチＴ５１及びスイッチＴ５２はＯＦＦとなり、スイッチＴ５３及びスイッチＴ５４はＯＮとなる。これにより、昇圧コンデンサＣ５１に充電された出力電圧Ｖｏｕｔ６１の反転電圧がＶｏｕｔ５１から出力される（放電期間）。
【００６５】
すなわち、本構成によれば、図４示す電源回路２００と同様に、所望の出力電圧に加えて、所望の出力電圧が反転した電圧をも併せて出力することができる。
【００６６】
ところが、本構成では、外付け部品であるコンデンサが５個必要となる。よって、図４に示す電源回路２００よりも多くの外付け部品が必要となってしまう。さらに、電源回路３００は、レギュレータ回路に加えて、チャージポンプ回路をもう１つ追加しているので、回路規模が大きくなってしまう。
【００６７】
よって、電源回路３００は電源回路２００に比べてコンデンサ設置数が１つ増えることとなる。すなわち、電源回路２００によれば、通常の電源回路と比べてコンデンサ設置数を削減できる。
【００６８】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１ａ、１ｂ、５１、６１、７１、８１  チャージポンプ回路
２  比較演算回路
３ａ、３ｂ  スイッチ制御回路
８２  比較回路
８３  制御回路
１００、２００、３００、６００、７００、８００  電源回路
ＡＮＤ１、ＡＮＤ２  ＡＮＤ８１  ブロック
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５１、Ｃ６１、Ｃ８１  昇圧コンデンサ
Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５２、Ｃ６２、Ｃ６３  平滑コンデンサ
ＣＬＫ１、ＣＬＫ２、ＣＬＫ３、ＣＬＫ６１、ＣＬＫ８１  クロック
ＣＯＭＰ１、ＣＯＭＰ２、ＣＯＭＰ８１  比較器
ＩＮＶ１、ＩＮＶ６１、ＩＮＶ８１  インバータ
ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ８１  レベルシフト
ＯＰＡＭＰ６１  オペアンプ
ＯＲ１  ＯＲブロック
Ｒ１〜Ｒ４、Ｒ６１、Ｒ６２  抵抗
Ｔ１〜Ｔ１０、Ｔ５１〜Ｔ５４、Ｔ６１〜Ｔ６４、Ｔ８１〜Ｔ８４  スイッチ
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ８１  電圧
Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８２  出力
Ｖｂａｔ１、Ｖｂａｔ６１、Ｖｂａｔ７１  供給電圧
Ｖｃｐ６１    電圧
Ｖｏｕｔ、Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ５１、Ｖｏｕｔ６１  出力電圧
Ｖｒ１、Ｖｒ６１、Ｖｒ８１  基準電圧
Ｖｒｅｇ７１  電圧
【図１】
2011087446.tif 000003
【図２】
2011087446.tif 000004
【図３】
2011087446.tif 000005
【図４】
2011087446.tif 000006
【図５】
2011087446.tif 000007
【図６】
2011087446.tif 000008
【図７】
2011087446.tif 000009
【図８】
2011087446.tif 000010