(57)【要約】【課題】プラス電位及びマイナス電位を生成することができると共に、フライングコンデンサの数とスイッチの数を削減したチャージポンプ回路を提供する。【解決手段】このチャージポンプ回路は、９個のスイッチＳＷ１〜ＳＷ９と第１及び第２のフライングコンデンサＣ１，Ｃ２、第１及び第２出力コンデンサＣｏｕｔ１，Ｃｏｕｔ２で構成される。初段の第１のフライングコンデンサＣ１はＳＷ１とＳＷ４の接続ノードであるノードＮ１とＳＷ１とＳＷ２の接続ノードであるノードＮ２に接続されている。また、次段(最終段)の第２のフライングコンデンサＣ２はＳＷ４とＳＷ５の接続ノードであるノードＮ３とＳＷ８とＳＷ９の接続ノードであるノードＮ４に接続されている。そして、第１の出力端子Ｐ１からプラス電位である３ＶＤＤが出力され、第２の出力端子Ｐ２からマイナス電位である−２ＶＤＤが出力される。ＶＤＤは電源電位である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子と第２の端子を有する第１のフライングコンデンサと、
第３の端子と第４の端子を有する第２のフライングコンデンサと、
スイッチング回路と、を備え、
前記スイッチング回路は、第１の相において、第２の端子に電源電位を印加し、第４の端子に接地電位を印加すると共に、第１の端子と第３の端子を短絡して第２のフライングコンデンサを充電し、
第２の相において、第１の端子に電源電位を印加し、第２の端子に接地電位を印加すると共に、第３の端子に接地電位を印加して第２のフライングコンデンサを放電することにより第４の端子からマイナスの出力電位を出力し、
第３の相において、第２の端子に電源電位を印加し、第４の端子に接地電位を印加すると共に、第１の端子と第３の端子を短絡して第２のフライングコンデンサを充電し、
第４の相において、第２の端子に接地電位を印加し、第１の端子に電源電位を印加すると共に、第４の端子に電源電位を印加して第２のフライングコンデンサを放電することにより第３の端子からプラスの出力電位を出力するように制御することを特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項２】
前記スイッチング回路は、前記第４の端子とマイナスの出力電位を出力する出力端子との間に接続された第１のスイッチと、前記第３の端子とプラスの出力電位を出力する出力端子との間に接続された第２のスイッチを備え、第１のスイッチは前記第２の相においてのみ導通し、第２のスイッチは前記第４の相においてのみ導通することを特徴とする請求項１に記載の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、チャージポンプ回路に関し、特に、マイナス電位及びプラス電位を発生するチャージポンプ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、チャージポンプ回路は複数段のポンピングパケットを構成して入力電位を昇圧して昇圧電位を生成する回路である。特に、接地電位（０Ｖ）を基準として、マイナス電位及びプラス電位を発生するチャージポンプ回路は電源回路等に広く用いられている。
【０００３】
図５は、この種のチャージポンプ回路を示す回路図である。この回路は、１１個のスイッチＳＷ１１〜ＳＷ２１と３つのフライングコンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３、２つの出力コンデンサＣｏｕｔ１１，Ｃｏｕｔ１２で構成される。
【０００４】
フライングコンデンサＣ１１はＳＷ１３とＳＷ１４の接続ノードであるノードＮ１１とＳＷ１１とＳＷ１２の接続ノードであるノードＮ１２に接続されている。フライングコンデンサＣ１２はＳＷ１４とＳＷ１５の接続ノードであるノードＮ１３とＳＷ１６とＳＷ１７の接続ノードであるノードＮ１４に接続されている。
【０００５】
フライングコンデンサＣ１３はＳＷ１８とＳＷ１９の接続ノードであるノードＮ１６とＳＷ２０とＳＷ２１の接続ノードであるノードＮ１７に接続されている。スイッチＳＷ１１〜ＳＷ２１のオン、オフの切り替えは、不図示の制御回路により制御されるものとする。
【０００６】
そして、第１の出力端子Ｐ１１からプラス電位である３ＶＤＤが出力され、第２の出力端子Ｐ１２からマイナス電位である−２ＶＤＤが出力される。ＶＤＤは電源電位である。
【０００７】
このチャージポンプ回路の定常状態の動作について図６を参照して説明する。このチャージポンプ回路は、第１の相、第２の相の２サイクルで動作し、まず３ＶＤＤを生成するためのプラス昇圧を行い、その後３ＶＤＤを電源に用いてマイナス昇圧を行って、−２ＶＤＤを生成する。
【０００８】
まず、プラス昇圧について説明する。第１の相において、ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１５，ＳＷ１６はオンし、ＳＷ１１，ＳＷ１４，ＳＷ１７はオフする。
【０００９】
すると、ノードＮ１１の電位はＶＤＤ、ノードＮ１２の電位はＶＳＳ（接地電位＝０Ｖ）になることにより、フライングコンデンサＣ１１はＶＤＤとＶＳＳの間に接続されて充電される。ノードＮ１４の電位はＶＳＳからＶＤＤに変化し、ノードＮ１３の電位はフライングコンデンサＣ１２の容量結合により、２ＶＤＤから３ＶＤＤに変化する。フライングコンデンサＣ１２に蓄積された電荷はＳＷ１５を通して放電され、第１の出力端子Ｐ１１の電位は３ＶＤＤとなる。
【００１０】
第２の相において、ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１５，ＳＷ１６はオフし、ＳＷ１１，ＳＷ１４，ＳＷ１７はオンする。すると、ノードＮ１２はＶＳＳからＶＤＤに変化し、フライングコンデンサＣ１１の容量結合により、ノードＮ１１はＶＤＤから２ＶＤＤに変化する。フライングコンデンサＣ１１に蓄積された電荷はＳＷ１４を通して放電され、ノードＮ１３の電位は２ＶＤＤとなる。第１の相、第２の相の動作を交互に繰り返すことにより、第１の出力端子Ｐ１１から３ＶＤＤが得られる。
【００１１】
次に、マイナス昇圧について説明する。第１の相において、ＳＷ１８，ＳＷ２０はオンし、ＳＷ１９、ＳＷ２１はオフする。すると、ノードＮ１６の電位はＶＤＤになり、ノードＮ１７の電位は３ＶＤＤになることにより、フライングコンデンサＣ１３はＶＤＤと３ＶＤＤの間に接続されて充電される。第２の相において、ＳＷ１８，ＳＷ２０はオフし、ＳＷ１９、ＳＷ２１はオンする。すると、ノードＮ１７は３ＶＤＤからＶＳＳに変化し、フライングコンデンサＣ１３の容量結合により、ノードＮ１６の電位はＶＤＤから−２ＶＤＤに変化する。フライングコンデンサＣ１３に蓄積された電荷はＳＷ１９を通して放電され、第２の出力端子Ｐ１２の電位は−２ＶＤＤとなる。
【００１２】
なお、チャージポンプ回路については特許文献１、２に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２３１２４９号公報
【特許文献２】特開２００１−２８６１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記チャージポンプ回路においては、プラス電位及びマイナス電位を得るために、一度プラス昇圧を行い、そのプラス昇圧の出力電位を電源に用いてマイナス昇圧を行っている。そのため、プラス昇圧部のフライングコンデンサＣ１１，Ｃ１２とマイナス昇圧部のフライングコンデンサＣ１３が別々に必要となり、それらのフライングコンデンサの接続関係を制御するためのスイッチＳＷ１１〜ＳＷ２１の数も多いという問題があった。
【００１４】
また、マイナス昇圧の出力電位−２ＶＤＤは、プラス昇圧の出力電位３ＶＤＤを元に生成するために、マイナス昇圧の出力端子Ｐ１２に急に負荷が加わるとプラス昇圧の出力電位３ＶＤＤも低下してしまうという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のチャージポンプ回路は第１の端子と第２の端子を有する第１のフライングコンデンサと、第３の端子と第４の端子を有する第２のフライングコンデンサと、スイッチング回路と、を備え、スイッチング回路は、第１の相において、第２の端子に電源電位を印加し、第４の端子に接地電位を印加すると共に、第１の端子と第３の端子を短絡して第２のフライングコンデンサを充電し、第２の相において、第１の端子に電源電位を印加し、第２の端子に接地電位を印加すると共に、第３の端子に接地電位を印加して第２のフライングコンデンサを放電することにより第４の端子からマイナスの出力電位を出力し、第３の相において、第２の端子に電源電位を印加し、第４の端子に接地電位を印加すると共に、第１の端子と第３の端子を短絡して第２のフライングコンデンサを充電し、第４の相において、第２の端子に接地電位を印加し、第１の端子に電源電位を印加すると共に、第４の端子に電源電位を印加して第２のフライングコンデンサを放電することにより第３の端子からプラスの出力電位を出力するように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のチャージポンプ回路によれば、プラス電位及びマイナス電位を生成することができると共に、従来のチャージポンプ回路に比べてフライングコンデンサの数とスイッチの数を削減することができる。また、マイナス昇圧はプラス昇圧電位を元に生成しないため、それぞれの相関関係がなくなり、マイナス昇圧の出力部に急に負荷が加わっても、プラス昇圧の出力電位の低下を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態によるチャージポンプ回路について詳しく説明する。図１はこのチャージポンプ回路の回路図である。この回路は、９個のスイッチＳＷ１〜ＳＷ９と第１及び第２のフライングコンデンサＣ１，Ｃ２、第１及び第２の出力コンデンサＣｏｕｔ１，Ｃｏｕｔ２で構成される。
【００１８】
初段の第１のフライングコンデンサＣ１はＳＷ３とＳＷ４の接続ノードであるノードＮ１とＳＷ１とＳＷ２の接続ノードであるノードＮ２に接続されている。つまり、第１のフライングコンデンサＣ１は、第１及び第２の端子を有しており、第１の端子はノードＮ１に接続され、第２の端子はノードＮ２に接続されている。
【００１９】
また、次段(最終段)の第２のフライングコンデンサＣ２は、ＳＷ４とＳＷ５の接続ノードであるノードＮ３とＳＷ８とＳＷ９の接続ノードであるノードＮ４に接続されている。つまり、第２のフライングコンデンサＣ２は、第３及び第４の端子を有しており、第３の端子はノードＮ３に接続され、第４の端子はノードＮ４に接続されている。第２のフライングコンデンサＣ２は、プラス昇圧部とマイナス昇圧部で共用されている。
【００２０】
第１及び第２のフライングコンデンサＣ１，Ｃ２はチャージポンプ回路が形成されたＩＣの外部に取り付けられることが多いが、ＩＣの内部に形成することもできる。スイッチＳＷ１〜ＳＷ９のオン、オフの切り替えは、不図示の制御回路により制御されるものとする。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ９はＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタで形成することができる。
【００２１】
そして、第１の出力端子Ｐ１（本発明のプラスの出力電位を出力する出力端子の一例）からプラス電位である３ＶＤＤが出力され、第２の出力端子Ｐ２（本発明のマイナスの出力電位を出力する出力端子の一例）からマイナス電位である−２ＶＤＤが出力される。ＶＤＤは電源電位である。
【００２２】
このチャージポンプ回路の定常状態の動作について図２、図３、図４を参照して説明する。このチャージポンプ回路は、第１の相、第２の相、第３の相、第４の相の４サイクルで動作する。
【００２３】
第１の相において、ＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ９がオンし、その他のスイッチはオフする。すると、ノードＮ２の電位はＶＤＤになり、ノードＮ４の電位は接地電位となり、ノードＮ１とノードＮ３は短絡され、ノードＮ１，Ｎ３の電位は２ＶＤＤになる。これにより、第１のフライングコンデンサＣ１の第２の端子にＶＤＤが印加され、第２のフライングコンデンサＣ２の第４の端子が接地されると共に、第１のフライングコンデンサＣ１の第１の端子と第２のフライングコンデンサＣ２の第３の端子が短絡された状態で、第２のフライングコンデンサＣ２が２ＶＤＤに充電される。
【００２４】
次に、第２の相において、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ６、ＳＷ７がオンし、その他のスイッチはオフする。すると、ノードＮ１の電位はＶＤＤになり、ノードＮ２の電位はＶＳＳになる。また、ノードＮ３は２ＶＤＤからＶＳＳに変化する。これにより、第１のフライングコンデンサＣ１はＶＤＤとＶＳＳの間に接続されて充電されると共に、ノードＮ４の電位は第２のフライングコンデンサＣ２の容量結合によりＶＳＳから−２ＶＤＤに変化する。つまり、第２のフライングコンデンサＣ２の放電によりその第４の端子からスイッチＳＷ７（本発明の第１のスイッチの一例）を介して、第２の出力端子Ｐ２から−２ＶＤＤの出力電位が得られる。
【００２５】
次に、第３の相において、第１の相と同様に、ＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ９がオンし、その他のスイッチはオフする。すると、ノードＮ２の電位はＶＤＤになり、ノードＮ４の電位は接地電位となり、ノードＮ１とノードＮ３は短絡され、ノードＮ１，Ｎ３の電位は２ＶＤＤになる。これにより、第１のフライングコンデンサＣ１の第２の端子にＶＤＤが印加され、第２のフライングコンデンサＣ２の第４の端子が接地されると共に、第１のフライングコンデンサＣ１の第１の端子と第２のフライングコンデンサＣ２の第３の端子が短絡された状態で、第２のフライングコンデンサＣ２が２ＶＤＤに充電される。
【００２６】
次に、第４の相において、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５、ＳＷ８がオンし、その他のスイッチはオフする。すると、ノードＮ１の電位はＶＤＤになり、ノードＮ２の電位はＶＳＳになる。また、ノードＮ４はＶＳＳからＶＤＤに変化する。これにより、第１のフライングコンデンサＣ１はＶＤＤとＶＳＳの間に接続されて充電されると共に、ノードＮ３の電位は第２のフライングコンデンサＣ２の容量結合により２ＶＤＤから３ＶＤＤに変化する。つまり、第２のフライングコンデンサＣ２の放電によりその第３の端子からスイッチＳＷ５（本発明の第２のスイッチの一例）を介して、第１の出力端子Ｐ１から３ＶＤＤの出力電位が得られる。
【００２７】
次に、第１の相に戻り、ＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ９がオンし、その他のスイッチはオフする。すると、ノードＮ２の電位はＶＳＳからＶＤＤに変化し、ノードＮ４はＶＤＤからＶＳＳに変化する。ノードＮ１とノードＮ３は短絡される。これにより、第１のフライングコンデンサＣ１、Ｃ２の容量結合により、ノードＮ１、ノードＮ２の電位は３ＶＤＤから２ＶＤＤに変化する。
【００２８】
そして、第１の相から第４の相の動作が繰り返し行われることにより、第１の出力端子Ｐ１から３ＶＤＤの出力電位が、第２の出力端子Ｐ２から−２ＶＤＤの電位が安定して得られる。
【００２９】
このように、上述のチャージポンプ回路によれば、プラス昇圧部の最終段の第２のフライングコンデンサＣ２をマイナス昇圧部と共用しているので、従来方式に比べるとフライングコンデンサの数を１つ削減することができる。またそれに伴い、スイッチの数も２つ削減することができる。さらに、マイナス昇圧はプラス昇圧電位を元に生成しないため、それぞれの相関関係がなくなり、マイナス昇圧の出力部に急に負荷が加わっても、プラス昇圧の出力電位の低下を防止できる。
【００３０】
本実施形態においては、プラスの昇圧電位３ＶＤＤとマイナス昇圧電位−２ＶＤＤを得るチャージポンプ回路について説明したが、本発明はこれに限らず、さらに多段のチャージポンプ回路に適用することができる。即ち、プラス昇圧部については、図５の従来方式のように構成し、その最終段に第２のフライングコンデンサＣ２とスイッチＳＷ５〜ＳＷ９（図１の破線で囲まれた回路部）を付加すればよい。一般に、最終段の前段までのプラス昇圧部の段数をＮ段とすると、プラス昇圧電位（Ｎ＋２）ＶＤＤとマイナス昇圧電位−（Ｎ＋１）ＶＤＤを得ることができる。この場合、本実施形態のチャージポンプ回路はＮ＝１に該当する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態によるチャージポンプ回路の回路図である。
【図２】本発明の実施形態によるチャージポンプ回路のスイッチのオンオフの状態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態によるチャージポンプ回路のフランイングコンデンサの状態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態によるチャージポンプ回路の動作を示す波形図である。
【図５】従来例のチャージポンプ回路の回路図である。
【図６】従来例のチャージポンプ回路のスイッチのオンオフの状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
ＳＷ１〜ＳＷ９  スイッチ
Ｃ１  第１のフライングコンデンサ
Ｃ２  第２のフライングコンデンサ
Ｐ１  第１の出力端子
Ｐ２  第２の出力端子
【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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