(57)【要約】【課題】コスト、寸法及び重量を抑制しつつ、ノイズ低減が図れる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では、フォロア回路１，３を用いた定電流充放電回路５を、昇圧用のコンデンサＣ１の充電時及び放電時の電流経路Ｐ１，Ｐ２に介装している。フォロア回路１，３のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、信号入力部１５から入力されるクロック信号に応じて交互にオンし、昇圧用のコンデンサＣ１の接続切り替えを行うとともに、抵抗Ｒ５，Ｒ６等と共働して電流制限を行う。【選択図】        図１
2004248453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇圧対象の電源入力を受け付ける入力部と昇圧後の電圧出力を行う出力部との間に、前記出力部側に向けて順方向となるように直列に介装された第１及び第２のダイオードと、
前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードのうちの前記入力部側に位置する第１のダイオードの前記出力部側接続部とグランドとの間の接続路上に介装されたコンデンサと、
前記コンデンサの２つの接続部のうちの一方側の接続部とグランドとの間の前記接続路を導通、遮断する第１のスイッチ手段と、
前記コンデンサの前記一方側の接続部と前記入力部との間を導通、遮断する第２のスイッチ手段と、
前記第１のスイッチ手段と前記２のスイッチ手段とを、交互に逆位相で導通させる駆動手段と、
を備えるチャージポンプ回路であって、
前記第１のスイッチ手段によって前記コンデンサの前記一方側の接続部とグランドとの間が導通されて前記入力部からの電流が前記コンデンサに充電される際に電流が流れる第１の経路上のいずれかの位置、及び、前記第２のスイッチ手段によって前記コンデンサの前記一方側の接続部と前記入力部との間が導通されて前記コンデンサから放電が行われる際に電流が流れる第２の経路上のいずれかの位置に、フォロア回路を用いた定電流充放電回路を介装し、
前記フォロア回路が、
前記第１の経路及び前記第２の経路上のいずれかの位置に介装され、前記経路上を流れる通流電流量を制御するトランジスタと、
前記トランジスタの電流通流方向上流側又は下流側に直列に接続された抵抗と、を備える、チャージポンプ回路。
【請求項２】
請求項１に記載のチャージポンプ回路において、
前記第１の経路及び前記第２の経路上のいずれかの位置に介装された前記各トランジスタが、前記第１のスイッチ手段及び前記第２のスイッチ手段としても機能する、チャージポンプ回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のチャージポンプ回路において、
前記チャージポンプ回路は、車載用であり、電源ラインから負荷へ供給される電源電流の通流状態を制御する電源制御用のＦＥＴのゲート駆動用に用いられる、チャージポンプ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チャージポンプ回路、例えば車載用のチャージポンプ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来のチャージポンプ回路の回路図である。このチャージポンプ回路は、図３に示すように、第１及び第２のダイオード１０１，１０３と、第１及び第２のコンデンサ１０５，１０７と、第１及び第２のスイッチ１０９，１１１と、抵抗１１３とを備えて構成されており、第１及び第２のスイッチ１０９，１１１を交互に周期的に導通させることにより、入力部１１５から入力された電源電圧（電流）を昇圧して出力部１１７から出力するようになっている。
【０００３】
第１のスイッチ１０９が導通した際には、入力部１１５からの電流が経路Ｐ１に沿って流れ、これによってコンデンサ１０５が充電され、第２のスイッチ１１１が導通した際には、コンデンサ１０５に充電されていた電流が放電されるとともに、入力部１１５からの電流が経路Ｐ２に沿って流れ、これによって昇圧された電流が出力部１１７に与えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示す従来のチャージポンプ回路では、第１及び第２のスイッチ１０９，１１１の遮断、導通の切り替えに伴って、図４に示すように、コンデンサ１０５に流れる電流（特に、電流の大きさ）が急激に変化する。特に、各スイッチ１０９，１１１が導通された瞬間は、コンデンサ１０５に流れる電流量が非常に短期間で増大、減少するため、電源ラインに大きなノイズが発生し、これによって、例えば、車載用のチャージポンプ回路の場合ではラジオ等の他の車載機器の障害が発生する場合がある。
【０００５】
ここで、図３上における期間Ｔａは第１のスイッチ１０９が導通している期間に対応しており、期間Ｔｂは第２のスイッチ１１１が導通している期間に対応している。
【０００６】
なお、このようなノイズの防止策としては、電流経路上にフィルタを挿入するという手段も考えられるが、フィルタ追加によりコストアップや、寸法、重量の増大を招くという欠点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、コスト、寸法及び重量を抑制しつつ、ノイズ低減が図れるチャージポンプ回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段は、昇圧対象の電源入力を受け付ける入力部と昇圧後の電圧出力を行う出力部との間に、前記出力部側に向けて順方向となるように直列に介装された第１及び第２のダイオードと、前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードのうちの前記入力部側に位置する第１のダイオードの前記出力部側接続部とグランドとの間の接続路上に介装されたコンデンサと、前記コンデンサの２つの接続部のうちの一方側の接続部とグランドとの間の前記接続路を導通、遮断する第１のスイッチ手段と、前記コンデンサの前記一方側の接続部と前記入力部との間を導通、遮断する第２のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段と前記２のスイッチ手段とを、交互に逆位相で導通させる駆動手段と、を備えるチャージポンプ回路であって、前記第１のスイッチ手段によって前記コンデンサの前記一方側の接続部とグランドとの間が導通されて前記入力部からの電流が前記コンデンサに充電される際に電流が流れる第１の経路上のいずれかの位置、及び、前記第２のスイッチ手段によって前記コンデンサの前記一方側の接続部と前記入力部との間が導通されて前記コンデンサから放電が行われる際に電流が流れる第２の経路上のいずれかの位置に、フォロア回路を用いた定電流充放電回路を介装し、前記フォロア回路が、前記第１の経路及び前記第２の経路上のいずれかの位置に介装され、前記経路上を流れる通流電流量を制御するトランジスタと、前記トランジスタの電流通流方向上流側又は下流側に直列に接続された抵抗と、を備える。
【０００９】
好ましくは、前記第１の経路及び前記第２の経路上のいずれかの位置に介装された前記各トランジスタが、前記第１のスイッチ手段及び前記第２のスイッチ手段としても機能するのがよい。
【００１０】
また、好ましくは、前記チャージポンプ回路は、車載用であり、電源ラインから負荷へ供給される電源電流の通流状態を制御する電源制御用のＦＥＴのゲート駆動用に用いられるのがよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態に係るチャージポンプ回路の回路図である。このチャージポンプ回路は、図１に示すように、第１ないし第３のダイオードＤ１〜Ｄ３と、第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２と、第１及び第２のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と、第１ないし第６の抵抗Ｒ１〜Ｒ６と、ツェナーダイオードＺＤ１と、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を駆動する図示しない駆動回路（駆動手段）とを備えて構成されている。このうち、コンデンサＣ１が本発明に係る昇圧用のコンデンサに相当している。また、トランジスタＴｒ１と抵抗Ｒ５との組み合わせ、及びトランジスタＴｒ２と抵抗Ｒ６との組み合わせが、本発明に係るフォロア回路１，３をそれぞれ構成しており、そのフォロア回路１，３と、抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、ダイオードＤ３とが本発明に係る定電流充放電回路５を構成している。また、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、本発明に係る第１及び第２のスイッチ手段としても役割も担っている。なお、トランジスタＴｒ１にはバイポーラ形のＮＰＮトランジスタが用いられ、トランジスタＴｒ２にはバイポーラ形のＰＮＰトランジスタが用いられている。
【００１２】
また、本実施形態に係るチャージポンプ回路は、車載用であり、電源ラインから負荷へ供給される電源電流の通流状態を制御する電源制御用のＦＥＴのゲート駆動用に用いられる。この場合、その電源制御用のＦＥＴは、負荷の電流通流方向上流側（ハイサイド）に設けられ、構成の簡略化のため、チャージポンプ回路の電源ラインと各負荷の電源ラインとは共通化される。
【００１３】
第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２は、昇圧対象の電源入力を受け付ける入力部１１と昇圧後の電圧出力を行う出力部１３との間に、出力部１３側に向けて順方向となるように、かつ、第１のダイオードＤ１が入力部１１側に位置するように直列に介装されている。
【００１４】
コンデンサＣ１は、ダイオードＤ１の出力部１３側接続部とグランドとの間の接続路上に介装されている。コンデンサＣ２は、ダイオードＤ２の出力部１３側接続部と入力部１１との間に介装されている。ツェナーダイオードＺＤ１は、出力部１３側に向けて順方向となるように、コンデンサＣ２に並列に接続されている。なお、このコンデンサＣ２及びツェナーダイオードＺＤ１は、このチャージポンプ回路の用途等によっては省略可能である。
【００１５】
トランジスタＴｒ１と抵抗Ｒ５は、コンデンサＣ１の２つの接続部のうちの一方側の接続部とグランドとの間の前記接続路に、トランジスタＴｒ１がコンデンサＣ１側に位置するようにして直列に介装されている。すなわち、トランジスタＴｒ１のコレクタはコンデンサＣ１の一方側の接続部に接続され、トランジスタＴｒ１のエミッタは抵抗Ｒ５を介してグランドに接続されている。トランジスタＴｒ１のベースは、信号入力部１５側に向けて順方向のダイオードＤ３を介して信号入力部１５に接続されるとともに、抵抗Ｒ３を介して入力部１１に接続され、かつ抵抗Ｒ４を介してグランドに接続されている。
【００１６】
トランジスタＴｒ２と抵抗Ｒ６は、コンデンサＣ１の一方側の接続部と入力部１１との間に、トランジスタＴｒ２がコンデンサＣ１側に位置するようにして直列に介装されている。すなわち、トランジスタＴｒ２のコレクタはコンデンサＣ１の一方側の接続部に接続され、トランジスタＴｒ２のエミッタは抵抗Ｒ６を介して入力部１１に接続されている。トランジスタＴｒ２のベースは、抵抗Ｒ１を介して入力部１１に接続されるとともに、抵抗Ｒ２を介して信号入力部１５に接続されている。
【００１７】
次に、このチャージポンプ回路の各部の機能及び動作について説明する。
【００１８】
信号入力部１５には、制御信号（クロック信号）が入力される。このクロック信号は、コンデンサＣ１とグランド又は入力部１１との接続状態を切り替えるために、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を周期的に交互にオン、オフさせるための信号であり、周期的にハイ、ローに切り替えられる。
【００１９】
このチャージポンプ回路の基本動作としては、信号入力部１５から入力されるクロック信号に応じて、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２が周期的に交互にオンし、これによって、コンデンサＣ１のグランド又は入力部１１に対する接続状態が、正逆交互に切り替えられるようになっている。
【００２０】
ここで、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５の各抵抗値等は、信号入力部１５に入力されるクロック信号がハイ、ローに切り替えられるのに応じて、入力部１１から抵抗Ｒ３を介して流れ込む電流の主な経路が、トランジスタＴｒのベース、エミッタ及び抵抗Ｒ５を介してグランドに流れる経路と、ダイオードＤ３を介して信号入力部１５に流れる経路との間で交互に切り替わるような値に設定されている。
【００２１】
このような設定により、クロック信号がハイレベルであるときには、信号入力部１５の電位がハイレベルに変化されるのに伴って、入力部１１から抵抗Ｒ３及びダイオードＤ３を介して入力部１５に流れる電流の経路が遮断され、これによって、入力部１１から抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴｒ１のベース、エミッタ間に電流が流れ、これによってトランジスタＴｒ１がオンするようになっている。また、反対に、クロック信号がローレベルであるときには、信号入力部１５の電位がローレベルに変化されるのに伴って、入力部１１から抵抗Ｒ３及びダイオードＤ３を介して入力部１１に流れる電流の経路が開放されて、これによって、入力部１５から抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴｒ１のベースに流れる電流が遮断されて、トランジスタＴｒ１がオフするようになっている。
【００２２】
また、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ６の各抵抗値等は、信号入力部１５に入力されるクロック信号がハイ、ローに切り替えられるのに応じて、入力部１１から抵抗Ｒ６、トランジスタＴｒ２のエミッタ、ベース、及び抵抗Ｒ２を介して入力部１５に流れる電流の有無が切り替えられるような値に設定されている。
【００２３】
このような設定により、クロック信号がハイレベルであるときには、信号入力部１５の電位がハイレベルに変化されるのに伴って、入力部１１から抵抗Ｒ６、トランジスタＴｒ２のエミッタ、ベース、及び抵抗Ｒ２を介して入力部１５に流れる電流の流れが遮断されて、トランジスタＴｒ２がオフするようになっている。また、反対に、クロック信号がローレベルであるときには、信号入力部１５の電位がローレベルに変化されるのに伴って、入力部１１から抵抗Ｒ６、トランジスタＴｒ２のエミッタ、ベース、及び抵抗Ｒ２を介して入力部１５に流れる電流の流れが生じて、トランジスタＴｒ２がオンするようになっている。
【００２４】
このため、クロック信号がハイレベルであるときには、トランジスタＴｒ１がオンしてコンデンサＣ１の一方側の接続部がトランジスタＴｒ１及び抵抗Ｒ５を介してグランドと導通する一方、トランジスタＴｒ２がオフして、コンデンサＣ１の一方側の接続部と入力部１１との間が遮断され、これに伴って入力部１１からの電流が経路Ｐ１に沿って流れ、これによってコンデンサＣ１が充電される。一方、入力されるクロック信号がローレベルであるときには、トランジスタＴｒ１がオフしてコンデンサＣ１の一方側の接続部とグランドとの間が遮断される一方、トランジスタＴｒ２がオンして、コンデンサＣ１の一方側の接続部と入力部１１との間がトランジスタＴｒ２及び抵抗Ｒ６を介して導通し、これに伴ってコンデンサＣ１に充電されていた電流が放電されるとともに、入力部１１からの電流が経路Ｐ２に沿って流れ、これによって昇圧された電流が出力部１３に与えられる。
【００２５】
次に、定電流充放電回路５による電流制限動作について説明する。フォロア回路１，３において、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２はベース電流に応じた通流電流量を通流させようとする。このため、トランジスタＴｒ１がオンしている際に、経路Ｐ１を流れる電流が増大した場合、抵抗Ｒ５を流れる電流量の増大に伴ってトランジスタＴｒ１のエミッタ電位がそのベース電圧に対して上昇し、これに伴ってベース電流が抑制され、その結果、トランジスタＴｒ１の通流電流も抑制され、経路Ｐ１を流れる電流の制限が図られるようになっている。また、トランジスタＴｒ１がオンしている際に、経路Ｐ１を流れる電流が減少した場合、抵抗Ｒ５を流れる電流量の減少に伴ってトランジスタＴｒ１のエミッタ電位がそのベース電圧に対して下降し、これに伴ってベース電流が増大し、その結果、トランジスタＴｒ１の通流電流も増加され、経路Ｐ１を流れる電流の安定化が図られるようになっている。
【００２６】
一方、トランジスタＴｒ２がオンしている際に、経路Ｐ２を流れる電流が増大した場合、抵抗Ｒ６を流れる電流量の増大に伴ってトランジスタＴｒ２のエミッタ電位がそのベース電圧に対して低下し、これに伴ってベース電流が抑制され、その結果、トランジスタＴｒ２の通流電流も抑制され、経路Ｐ２を流れる電流の制限が図られるようになっている。トランジスタＴｒ２がオンしている際に、経路Ｐ２を流れる電流が減少した場合、抵抗Ｒ６を流れる電流量の減少に伴ってトランジスタＴｒ２のエミッタ電位がそのベース電圧に対して上昇し、これに伴ってベース電流が増大し、その結果、トランジスタＴｒ２の通流電流も増加され、経路Ｐ２を流れる電流の安定化が図られるようになっている。
【００２７】
図２は、昇圧用のコンデンサＣ１に流れる電流の変化状況を示す図であり、定電流充放電回路５によって電流制限が図られ、電流の急峻な変化が抑制されているのが分かる。ここで、図２上における期間Ｔａ，Ｔｂは、前述の図４の期間Ｔａ，Ｔｂと対応している。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、フォロア回路１，３を用いた定電流充放電回路５を、昇圧用のコンデンサＣ１の充電時及び放電時の電流経路Ｐ１，Ｐ２に介装する構成であるため、コスト、寸法及び重量を抑制しつつ、ノイズ低減が図れる。
【００２９】
また、定電流充放電回路５に備えられるフォロア回路１，３のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２が、昇圧用のコンデンサＣ１の接続切り替えを行うスイッチ手段としても機能するため、少ない部品数でチャージポンプ回路を構成することができる。
【００３０】
さらに、チャージポンプ回路の動作により電源ラインに発生するノイズを抑制することができるため、本実施形態のように、チャージポンプ回路とラジオ等の他の車載機器（負荷）との電源ラインが共通となっている場合であっても、チャージポンプ回路が他の車載機器に与える影響を抑制することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、フォロア回路１，３を構成するトランジスタにバイポーラ形のトランジスタを用いて構成したが、Ｎチャンネル又はＰチャンネルのＭＯＳＭＥＴを用いて同様な機能を有するフォロア回路１，３を構成することもできる。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、トランジスタと抵抗とを備えてなるフォロア回路を用いた定電流充放電回路を、昇圧用のコンデンサの充電時及び放電時の電流経路に介装する構成であるため、コスト、寸法及び重量を抑制しつつ、ノイズ低減が図れる。
【００３３】
請求項２に記載の発明によれば、定電流充放電回路に備えられるフォロア回路のトランジスタが、昇圧用のコンデンサの接続切り替えを行う第１及び第２のスイッチ手段としても機能するため、少ない部品数でチャージポンプ回路を構成することができる。
【００３４】
請求項３に記載の発明によれば、以下の利点がある。すなわち、本発明に係る構成ではＦＥＴが負荷の電流通流方向上流側に設けられ、チャージポンプ回路の電源ラインと各負荷の電源ラインとが共通化されるのが一般であるが、本発明に係るチャージポンプ回路によれば、チャージポンプ回路の動作により電源ラインに発生するノイズを抑制することができるため、ノイズがラジオ等の他の車載機器（負荷）に与える影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るチャージポンプ回路の回路図である。
【図２】図１の昇圧用のコンデンサに流れる電流の変化状況を示す図である。
【図３】図２は従来のチャージポンプ回路の回路図である。
【図４】図２の昇圧用のコンデンサに流れる電流の変化状況を示す図である。
【符号の説明】
１，３  フォロア回路
５  定電流充放電回路
１１  入力部
１３  出力部
１５  信号入力部
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３  ダイオード
Ｒ１〜Ｒ６  抵抗
ＺＤ１  ツェナーダイオード
【図１】
2004248453.tif 000003
【図２】
2004248453.tif 000004
【図３】
2004248453.tif 000005
【図４】
2004248453.tif 000006