(57)【要約】【課題】低い電源電圧を高効率で昇圧可能な昇圧回路を提供する。【解決手段】本発明に係る昇圧回路は、制御回路ＩＣ１が電界効果トランジスタＴ１のオンとオフを制御することにより入力電圧を昇圧する昇圧回路であって、前記制御回路ＩＣ１の前段に、コイルＬ１、第１のダイオードＤ２及び第２のダイオードＤ３を有する昇圧部Ａを備え、前記コイルＬ１は入力端子ＩＮに接続され、前記コイルＬ１の前段に第１のダイオードＤ２のアノードが接続され、前記コイルＬ１の後段に第２のダイオードＤ３のアノードが接続され、前記第１のダイオードＤ２及び第２のダイオードＤ３のカソードは前記制御回路ＩＣ１に接続されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御回路が電界効果トランジスタのオンとオフを制御することにより入力電圧を昇圧する昇圧回路であって、
前記制御回路の前段に、コイル、第１のダイオード及び第２のダイオードを有する昇圧部を備え、
前記コイルは入力端子に接続され、前記コイルの前段に第１のダイオードのアノードが接続され、前記コイルの後段に第２のダイオードのアノードが接続され、前記第１のダイオード及び第２のダイオードのカソードは前記制御回路に接続されていることを特徴とする昇圧回路。
【請求項２】
前記制御回路は、前記昇圧部により昇圧された電圧を前記電界効果トランジスタのゲートに印加することにより、前記電界効果トランジスタのオンとオフの制御を行うことを特徴とする昇圧回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は昇圧回路に係り、特に、制御回路が電界効果トランジスタのオン／オフを制御することによって入力電圧より高い出力電圧を取り出せる昇圧回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ペーパー等の携帯電子機器の駆動には、例えば、ボタン型電池等の電圧の低い電源が用いられる。この場合、電池電圧のままでは携帯電子機器に十分な駆動電圧を供給することができないため、入力電圧を昇圧回路により昇圧し、当該昇圧された出力電圧を携帯電子機器の駆動に利用することが一般的である。
【０００３】
昇圧回路は、従来から種々の回路構成が知られている（例えば特許文献１参照）。図２は、基本的な昇圧回路の一例を示す回路図である。この昇圧回路は、昇圧用のコイルＬ１と、整流素子であるダイオードＤ１と、スイッチング素子である電界効果トランジスタＴ１（以下、「電界効果トランジスタ」を適宜「トランジスタ」と称する。）と、トランジスタＴ１のオン／オフを制御する制御回路ＩＣ１と、平滑用のコンデンサＣ１及びコンデンサＣφとを備える。コイルＬ１の一端は入力端子ＩＮに接続され、他端はダイオードＤ１のアノードに接続される。ダイオードＤ１のカソードは出力端子ＯＵＴに接続され、ダイオードＤ１のカソードと出力端子ＯＵＴとの間には、コンデンサＣ１の一端が接続されている。制御回路ＩＣ１の端子ＶＩＮは入力端子ＩＮに接続され、端子ＶＯＵＴはトランジスタＴ１のゲートに接続される。また、制御回路ＩＣ１の端子ＦＢは出力端子ＯＵＴに接続される。制御回路ＩＣ１は端子ＦＢに印加される昇圧回路の出力電圧を参照し、端子ＶＩＮに印加される電圧を用いて、出力電圧が所定値となるように端子ＶＯＵＴからトランジスタＴ１のゲートに印加する電圧を制御する。制御回路ＩＣ１がトランジスタＴ１をオンにするとコイルＬ１にエネルギーが蓄えられる。制御回路ＩＣ１がトランジスタＴ１をオフにすると、コイルＬ１に電圧が生じ、その電圧が入力電圧に重畳されて出力端子ＯＵＴに出力される。即ち、出力端子ＯＵＴには、入力端子ＩＮに印加された入力電圧よりも高い出力電圧が発生することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２３９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２に示す基本的な昇圧回路では、例えば、所望の昇圧特性を実現したい場合、耐圧性や効率などの点で、要求仕様を満たすトランジスタが存在しない場合がある。例えば、ボタン電池等の低い入力電圧をトランジスタのゲートに印加すると、トランジスタをオン抵抗が低い状態で動作させることができず、昇圧回路の回路損失が増加し、高い効率を実現できないという問題があった。
【０００６】
そこで発明者は、トランジスタをオン抵抗が低い状態で動作させることが可能な昇圧回路の回路構成について、鋭意検討を行った。
【０００７】
図３は、２段に構成された昇圧回路の一例を示す回路図である。図３に示す昇圧回路は、図２に示す昇圧回路に加え、制御回路ＩＣ１の前段に更なる昇圧部Ｂを備える。昇圧部Ｂは、昇圧用のコイルＬ２と、整流素子であるダイオードＤ２と、スイッチング素子であるトランジスタＴ２と、トランジスタＴ２のオン／オフを制御する制御回路ＩＣ２と、平滑用のコンデンサＣ２及びコンデンサＣφとを備える。コイルＬ２の一端は入力端子ＩＮに接続され、他端はダイオードＤ２のアノードに接続される。ダイオードＤ２のカソードは制御回路ＩＣ１の端子ＶＩＮに接続され、ダイオードＤ２のカソードと制御回路ＩＣ１の端子ＶＩＮとの間には、コンデンサＣ２の一端が接続されている。制御回路ＩＣ２の端子ＶＩＮは入力端子ＩＮに接続され、端子ＶＯＵＴはトランジスタＴ２のゲートに接続される。制御回路ＩＣ２がトランジスタＴ２のオン／オフ制御を行うと、制御回路ＩＣ１の端子ＶＩＮには、ダイオードＤ２のカソードを通じて昇圧された電源が印加される。そのため、制御回路ＩＣ１が端子ＶＯＵＴからトランジスタのゲートに印加する電圧も高くなり、ボタン電池等の低い入力電圧をそのままトランジスタＴ１のゲートに印加する場合に比べ、トランジスタＴ１をオン抵抗が低い状態で動作させることができる。即ち、昇圧回路の回路損失を低下させ、高い効率を実現することができる。
【０００８】
また、図４は、スナバ回路を備える昇圧回路の一例を示す回路図である。図４に示す昇圧回路は、図２に示す昇圧回路に加え、トランジスタＴ１のドレインとダイオードＤ１との間に抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２とからなるスナバ回路Ｃを備え、当該スナバ回路Ｃによって、過大な逆起電圧がトランジスタＴ１にかかることを防止することができる。そのため、トランジスタＴ１として、低耐圧のトランジスタを用いることができる。製造プロセスにもよるが、高耐圧のトランジスタに比べ、低耐圧のトランジスタは一般的にオン抵抗が低いため、低耐圧のトランジスタＳを利用することによって昇圧回路の回路損失を低下させ、高い効率を実現することができる。
【０００９】
しかし、図３及び図４に示す昇圧回路にはそれぞれまだ解決すべき問題がある。図３に示す昇圧回路では、制御回路が２個必要となり、回路が複雑化するとともに、消費電力が増大するため、現実的な回路構成とはいえない。また、図４に示す昇圧回路では、スナバ回路が電力を多く消費するために効率が著しく下がり、高い効率を維持できない。
【００１０】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、低い電源電圧を高効率で昇圧可能な昇圧回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する第１の観点に係る昇圧回路の発明は、制御回路が電界効果トランジスタのオンとオフを制御することにより入力電圧を昇圧する昇圧回路であって、前記制御回路の前段に、コイル、第１のダイオード及び第２のダイオードを有する昇圧部を備え、前記コイルは入力端子に接続され、前記コイルの前段に第１のダイオードのアノードが接続され、前記コイルの後段に第２のダイオードのアノードが接続され、前記第１のダイオード及び第２のダイオードのカソードは前記制御回路に接続されていることを特徴とするものである。
【００１２】
第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る昇圧回路において、前記制御回路は、前記昇圧部により昇圧された電圧を前記電界効果トランジスタのゲートに印加することにより、前記電界効果トランジスタのオンとオフの制御を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低い電源電圧を高効率で昇圧可能な昇圧回路を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る昇圧回路の回路図である。
【図２】図２は、基本的なの昇圧回路の一例を示す回路図である。
【図３】図３は、２段に構成された昇圧回路の一例を示す回路図である。
【図４】図４は、スナバ回路を備える昇圧回路の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。なお、以下に説明する回路構成は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る昇圧回路の回路図である。図１に示す昇圧回路は、図２に示す昇圧回路に加え、制御回路ＩＣ１の端子ＶＩＮの前段に、コイルＬ２、ダイオードＤ２（第１のダイオード）及びダイオードＤ３（第２のダイオード）を有する昇圧部Ａを備える。即ち、本実施形態に係る昇圧回路は、昇圧用のコイルＬ１と、整流素子であるダイオードＤ１と、スイッチング素子であるトランジスタＴ１と、トランジスタＴ１のオン／オフを制御する制御回路ＩＣ１と、平滑用のコンデンサＣ１とを備え、さらに、昇圧用のコイルＬ２、ダイオードＤ２及びダイオードＤ３とを備えるものである。
【００１７】
コイルＬ２の前段は入力端子ＩＮに接続され、コイルＬ２の前段にはダイオードＤ２のアノードが接続され、コイルＬ２の後段にはダイオードＤ３のアノードが接続される。ダイオードＤ２及びダイオードＤ３のカソードは平滑コンデンサＣφ及び制御回路ＩＣ１の端子ＶＩＮに接続される。コイルＬ１の一端はコイルＬ２の後段に接続され、他端はダイオードＤ１のアノードに接続される。ダイオードＤ１のカソードは出力端子ＯＵＴに接続され、ダイオードＤ１のカソードと出力端子ＯＵＴとの間には、コンデンサＣ１の一端が接続されている。制御回路ＩＣ１の端子ＶＯＵＴはトランジスタＴ１のゲートに接続され、端子ＦＢは出力端子ＯＵＴに接続される。制御回路ＩＣ１は端子ＦＢに印加される昇圧回路の出力電圧を参照し、端子ＶＩＮに印加される電圧を用いて、出力電圧が所定値となるように端子ＶＯＵＴからトランジスタＴ１のゲートに印加する電圧を制御する。
【００１８】
以下、図１に示す昇圧回路が電源からの入力電圧を受け、ある所定値の出力電圧に昇圧する場合の動作を説明する。
【００１９】
ボタン型電池等の電源から入力端子ＩＮに電圧が印加されると、最初にダイオードＤ２の順方向に電流が流れ、制御回路ＩＣ１の端子ＶＩＮに電圧が供給される。制御回路ＩＣ１は、電圧の供給を受けて動作を開始し、端子ＶＯＵＴを通じてトランジスタＴ１のゲートに電圧を印加する。このとき、制御回路ＩＣ１の端子ＶＩＮに印加される電圧は、ダイオードＤ２の電圧降下の影響により入力電圧よりも低い電圧となる。即ち、制御回路ＩＣ１がトランジスタＴ１に印加するゲート電圧も低くなり、昇圧回路の初期動作時には、トランジスタＴ１はオン抵抗が高い状態で動作することになる。この状態では、規定の出力電圧は出力されるが、オン抵抗が高いために電力損失が大きい。
【００２０】
制御回路ＩＣ１がトランジスタＴ１をオンにすると、コイルＬ１及びＬ２にエネルギーが蓄えられる。次に、制御回路ＩＣ１がトランジスタＴ１をオフにするとコイルＬ１及びＬ２に電圧が生じる。即ち、制御回路ＩＣ１がトランジスタＴ１の制御を開始した後は、ダイオードＤ２ではなく、ダイオードＤ３の順方向に電流が流れ、制御回路ＩＣ１の端子ＶＩＮに電圧が供給されることになる。
【００２１】
このとき制御回路ＩＣ１の端子ＶＩＮに印加される電圧は、コイルＬ１及びＬ２に生じた電圧の影響により、入力電圧よりも高い昇圧電圧となる。そのため、制御回路ＩＣ１が端子ＶＯＵＴを通じてトランジスタＴ１のゲートに印加する電圧も高くなり、トランジスタＴ１のオン抵抗は低下する。即ち、トランジスタＴ１をオン抵抗が低い状態で動作させながら、効率よく規定電圧を出力することができる。
【００２２】
なお、上述のとおり、動作初期に制御回路ＩＣ１に印加される電圧はダイオードＤ２の電圧降下の影響を受けるため、ダイオードＤ２は順方向の電圧降下の低いショットキーバリアダイオードを使用することが好ましい。これにより、制御回路ＩＣに少しでも高い電圧を供給することが可能になり、トランジスタＴ１のオン抵抗を低減することが可能となる。
【００２３】
本実施形態によれば、昇圧部Ａによって昇圧された電圧が制御回路ＩＣ１を通じてトランジスタＴ１のゲートに印加されるため、トランジスタＴ１を低オン抵抗で動作させることができ、低い電源電圧を高効率で昇圧可能な昇圧回路を提供することが可能となる。また、低い入力電圧から電子機器の動作を可能にした事により、電池を使用した回路に非常に有利に働く。特にボタン電池など出力抵抗が高いため電流を流そうとすると電圧が落ちる様な電池でも安定して使用できる。また、一般に耐圧が高いトランジスタは低電圧入力時のオン抵抗が高くなるが、本実施形態による昇圧回路はトランジスタのオン抵抗を低減させることができるため、幅広いトランジスタを選択して利用することができる。即ち、トランジスタの代替品が見つけやすくなるという利点もある。また、高耐電圧のトランジスタを利用すればスナバ回路などが必要なく、省電力回路となり、効率が上がる。そのため、結果的に電池の寿命が延びることになり、低電圧駆動を行う電池駆動に有利である。
【００２４】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部、各素子などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の素子を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【００２５】
例えば、図１に図示していないが、制御回路ＩＣ１の端子ＦＢの前段に出力電圧を分割するための抵抗を備えても良い。また、上記の実施形態の発明では、コイルＬ１及びＬ２をそれぞれ独立のコイルとして説明したが、コイルＬ１及びＬ２を一体として構成できることは当業者にとって明らかな事項である。
【符号の説明】
【００２６】
Ｌ１、Ｌ２  コイル
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３  ダイオード
Ｔ１、Ｔ２  電界効果トランジスタ
Ｃ１、Ｃ２、Ｃφ  コンデンサ
ＩＣ１、ＩＣ２  制御回路
【図１】
2011176915.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2011176915.tif 000006