(57)【要約】【課題】  昇圧から降圧、あるいは降圧から昇圧への動作モード移行時に出力電圧に生じるノイズを低減できるようなチャージポンプ式電源回路とその駆動方法を提供する。【解決手段】  入力電圧Vinが出力電圧Ｖoより高い状態から低い状態になった時、モード切替回路６ａから制御回路５ａに第１のエッジ信号ＳE1を供給し、所定期間の間、トランジスタＱ１とＱ２をオン状態、トランジスタＱ３とＱ４をオフ状態とする第１の移行準備動作を実施させる。逆に入力電圧Vinが出力電圧Ｖoより低い状態から高い状態になった時、モード切替回路６ａから制御回路５ａに第２のエッジ信号ＳE2を供給し、所定期間の間、トランジスタＱ１とＱ３をオン状態、トランジスタＱ２とＱ４をオフ状態とする第２の移行準備動作を実施させる。【選択図】  図１
2005094965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサと、該コンデンサの一端と回路入力端子との間に設けられた第１のトランジスタと、該コンデンサの他端と回路入力端子との間に設けられた第２のトランジスタと、該コンデンサの他端とグランドとの間に設けられた第３のトランジスタと、該コンデンサの一端と回路出力端子の間に設けられた第４のトランジスタとを備え、各トランジスタの所定の動作によって昇圧動作モードでは入力電圧より高い出力電圧が得られ、降圧動作モードでは入力電圧以下の出力電圧が得られるチャージポンプ式の電源回路において、
該回路入力端子に供給される入力電圧と該回路出力端子に現れる出力電圧の電圧値の関係に応じて動作モード信号と第１および第２のエッジ信号を生成するモード切替回路と、
該モード切替回路から該第１のエッジ信号が供給されたときには第１と第２のトランジスタをオン状態、第３と第４のトランジスタをオフ状態とする信号を各トランジスタに供給し、該第２のエッジ信号が供給されたときには第１と第３のトランジスタをオン状態、第２と第４のトランジスタをオフ状態とする信号を各トランジスタに供給し、それ以外のときには該動作モード信号に応じて該第１から第４のトランジスタに所定の駆動信号を供給する制御回路と
を備えることを特徴とするチャージポンプ式電源回路。
【請求項２】
前記制御回路が、
前記昇圧動作モードでは、前記第１のトランジスタに所定のタイミングでオン状態あるいはオフ状態とする第１の駆動信号を供給し、前記第２のトランジスタに該第１のトランジスタとは逆位相でオン状態あるいはオフ状態とする第２の駆動信号を供給し、前記第３のトランジスタに該第１のトランジスタと同位相で出力電圧に応じた導通状態あるいはオフ状態とする第３の駆動信号を供給し、前記第４のトランジスタに該第１のトランジスタとは逆位相でオン状態あるいはオフ状態とする第４の駆動信号を供給する、
前記降圧動作モードでは、該第１のトランジスタに所定のタイミングでオン状態あるいはオフ状態とする第５の駆動信号を供給し、該第２のトランジスタに常にオフ状態とする第６の駆動信号を供給し、該第３のトランジスタに該第１のトランジスタと逆位相でオン状態あるいは出力電圧に応じた導通状態とする第７の駆動信号を供給し、該第４のトランジスタに該第１のトランジスタとは逆位相でオン状態あるいはオフ状態とする第８の駆動信号を供給する
ことを特徴とする、請求項１に記載したチャージポンプ式電源回路。
【請求項３】
前記モード切替回路が、
前記入力電圧が前記出力電圧よりも高い状態から低い状態に変化した時、所定時間の間、前記第１のエッジ信号を生成し、
該入力電圧が該出力電圧よりも低い状態から高い状態に変化した時、所定時間の間、前記第２のエッジ信号を生成する
ことを特徴とする、請求項１あるいは請求項２に記載したチャージポンプ式電源回路。
【請求項４】
前記第１のエッジ信号が供給されたとき、前記コンデンサはオン状態となった前記第１と第２のトランジスタを介して放電し、所定時間が経過した時点でその端子間電圧がほぼゼロボルトとなり、
前記第２のエッジ信号が供給されたとき、該コンデンサはオン状態となった前記第１と第３のトランジスタを介して充電され、所定時間が経過した時点でその端子間電圧が前記入力電圧にほぼ等しい電圧値となる
ことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載したチャージポンプ式電源回路。
【請求項５】
コンデンサおよび第１から第４のトランジスタを有し、該各トランジスタの動作によって、昇圧動作モードでは回路出力端子に対して回路入力端子と充電された該コンデンサを直列に接続した回路形態とすることにより入力電圧より高い出力電圧が得られ、降圧動作モードでは該回路出力端子に対して充電された該コンデンサを接続した回路形態とすることにより該入力電圧以下の出力電圧が得られるチャージポンプ式の電源回路の駆動方法であって、
降圧から昇圧に動作モードが切り替えられる時、所定時間の間、該コンデンサを放電させる第１の移行準備動作が行われ、
昇圧から降圧に動作モードが切り替えられる時、所定時間の間、該コンデンサを充電させる第２の移行準備動作が行われる
ことを特徴とするチャージポンプ式電源回路の駆動方法。
【請求項６】
前記昇圧動作モードでは前記第１のトランジスタを所定のタイミングでオン状態あるいはオフ状態とし、前記第３のトランジスタを該第１のトランジスタと同じタイミングで出力電圧に応じた導通状態あるいはオフ状態とし、前記第２、第４のトランジスタを該第１のトランジスタとは逆のタイミングでオン状態あるいはオフ状態とする、
前記降圧動作モードでは該第１のトランジスタを所定のタイミングでオン状態あるいはオフ状態とし、該第２のトランジスタを常にオフ状態とし、該第３のトランジスタを該第１のトランジスタと同じタイミングで出力電圧に応じた導通状態あるいはオン状態とし、該第４のトランジスタを該第１のトランジスタとは逆のタイミングでオン状態あるいはオフ状態とする
ことを特徴とする、請求項５に記載したチャージポンプ式電源回路の駆動方法。
【請求項７】
前記第１の移行準備動作によって前記コンデンサの端子間電圧はほぼゼロボルトとなり、前記第２の移行準備動作によって前記コンデンサの端子間電圧は入力電圧にほぼ等しい電圧値となることを特徴とする、請求項５あるいは請求項６に記載したチャージポンプ式電源回路の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧と降圧の両動作を可能としたチャージポンプ式の電源回路において、昇圧から降圧、あるいは降圧から昇圧への動作モード移行時に生じるノイズを低減するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チャージポンプ式の電源回路は入力電圧の整数倍の出力電圧を得る昇圧回路として使用されてきた。しかし近年では、入力電圧の整数倍に限定されない回路（例えば、特許文献１を参照）や出力電圧の安定化機能を有した回路（例えば、特許文献２を参照）、あるいは昇圧と降圧の両方の動作が可能な回路（例えば、特許文献３、特許文献４を参照）も現れている。
【０００３】
図７にはチャージポンプ式電源回路の一例の回路図を示した。
図７において、１は電池等の外部電源３から受電するための回路入力端子、２は負荷４に所定の電圧値にて電力を供給するための回路出力端子、Ｃ１は入力側から出力側に電力を伝送するために使用されるコンデンサである。このコンデンサＣ１の一端は第１のスイッチとしてのトランジスタＱ１の主電流路を介して回路入力端子１に接続され、コンデンサＣ１の他端は第２のスイッチとしてのトランジスタＱ２の主電流路を介して回路出力端子２に接続されている。
【０００４】
コンデンサＣ１の他端はまた、第３のスイッチあるいはコンデンサＣ１の充電量を制御する制御素子としてのトランジスタＱ３の主電流路を介して電源回路の基準電位点、すなわちグランドに接続され、コンデンサＣ１の一端はまた、第４のスイッチとしてのトランジスタＱ４の主電流路を介して回路出力端子２に接続されている。これら各トランジスタＱ１〜Ｑ４を動作させるための駆動信号を発生する制御回路５ｃが設けられ、制御回路５ｃの各駆動信号が現れる各信号端子は、それぞれ所定のトランジスタＱ１〜Ｑ４のゲート（ａ〜ｄ）に接続される。また、電源回路の動作様式を規定する信号（動作モード信号）ＳMを発生するモード切替回路６ｃが設けられ、動作モード信号ＳMを授受するために制御回路５ｃとモード切替回路６ｃの各所定端子が接続される。
【０００５】
そして、回路入力端子１とグランドとの間には抵抗Ｒ１とＲ２が直列に接続され、回路出力端子２とグランドの間には抵抗Ｒ３とＲ４が直列に接続されている。また、回路出力端子２とグランドの間には平滑コンデンサＣ２も接続されている。入力電圧Ｖinに応じた信号が得られる抵抗Ｒ１とＲ２の共通接続点はモード切替回路６ｃの所定の端子に接続され、出力電圧Ｖoに応じた信号が得られる抵抗Ｒ３とＲ４の共通接続点は制御回路５ｃおよびモード切替回路６ｃの各所定端子に接続されてる。
【０００６】
図７に示すチャージポンプ式電源回路は、コンデンサＣ１および各トランジスタＱ１〜Ｑ４がごく一般的な２倍圧昇圧回路を構成している。しかし、制御回路５ｃから各トランジスタＱ１〜Ｑ４に供給される駆動信号により、出力電圧が入力電圧の２倍の値に限定されず、また昇圧動作に限定されない昇降圧動作を実現している。
例えば、入力電圧Ｖinが得ようとしている出力電圧Ｖoよりも高い時、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoを監視しているモード切替回路６ｃは電源回路の動作様式（以下、動作モードと呼ぶ）を降圧にするような動作モード信号ＳMを制御回路５ｃに供給する。すると、制御回路５ｃから各トランジスタＱ１〜Ｑ４に図８の右側（Ａ）のタイミングチャートに示すような各駆動信号が供給され、これにより図７の回路は降圧動作を行う。
【０００７】
具体的に降圧動作時の動作内容を説明すると、先行する第１の期間の間、トランジスタＱ１はオン状態、トランジスタＱ３はソース、ドレイン間に電圧降下を生じる導通状態（以下、アクティブ状態と呼ぶ）、トランジスタＱ４はオフ状態となる。すると回路入力端子１からトランジスタＱ１、コンデンサＣ１およびトランジスタＱ３を介してグランドに至る電流路が形成され、コンデンサＣ１が充電される。そして次に続く第２の期間の間、トランジスタＱ１はオフ状態、トランジスタＱ３およびＱ４はオン状態となる。するとトランジスタＱ３からコンデンサＣ１とトランジスタＱ４を介して回路出力端子２に至る電流路が形成される。その結果、コンデンサＣ１の放電に伴って出力電圧Ｖoが生じ、負荷４に電力が供給される。
【０００８】
ここで、トランジスタＱ３はアクティブ状態の時に出力電圧Ｖoに応じたドレイン電流を流通させる。これによりコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1は出力電圧に応じた大きさとなり、コンデンサＣ１の放電に伴って生成される出力電圧Ｖoはほぼ制御目標値に等しくなるように安定化される。ちなみに、この時の出力電圧ＶoはコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1だけに依存するため、当然、入力電圧Ｖin以下の値となる。
なお、以上の動作説明では省略したが降圧動作時にはトランジスタＱ２は常にオフ状態（フルオフ状態と呼ぶ）となる。
【０００９】
入力電圧Ｖinが得ようとしている出力電圧Ｖoよりも低い時、モード切替回路６ｃは電源回路の動作モードを昇圧にするような動作モード信号ＳMを制御回路５ｃに供給する。すると、制御回路５ｃから各トランジスタＱ１〜Ｑ４には図８の左側（Ｂ）のタイミングチャートに示すような各駆動信号が供給され、これにより図７の回路は昇圧動作を行う。
具体的には、先行する第３の期間の間、トランジスタＱ１はオン状態、トランジスタＱ３はアクティブ状態、トランジスタＱ２およびＱ４はオフ状態となる。するとトランジスタＱ１、コンデンサＣ１およびトランジスタＱ３を介してグランドに至る電流路が形成され、コンデンサＣ１が充電される。
【００１０】
そして次に続く第４の期間の間、トランジスタＱ１とＱ３はオフ状態、トランジスタＱ２とＱ４はオン状態となる。すると回路入力端子１からトランジスタＱ２、コンデンサＣ１およびトランジスタＱ４を介して回路出力端子２に至る電流路が形成される。その結果、コンデンサＣ１の放電に伴って出力電圧Ｖoが生じ、負荷４に電力が供給される。
ここでコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1は第３の期間の間にアクティブ状態となっていたトランジスタＱ３によって制御され、出力電圧Ｖoは制御目標値にほぼ等しくなるように安定化される。この時の出力電圧Ｖoは、入力電圧ＶinにコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1を重畳させて得られたものであるため、入力電圧Ｖin以上の値となる。
【００１１】
このように図７の回路は、基本的には２倍圧昇圧回路の構成ではあるが、各トランジスタＱ１〜Ｑ４の動作を制御することにより、出力電圧Ｖoが入力電圧Ｖinの整数倍に限定されず、しかも昇圧動作と降圧動作の双方を行わせることが可能となっている。このため、図７に示すようなチャージポンプ式の電源回路は、外部電源３の電圧変化の範囲が得ようとする出力電圧Ｖoの上下に及ぶような場合の電圧安定化回路として使用される。
【特許文献１】特開２００１−２３１２４９号公報
【特許文献２】特開２００３−０２３７７０号公報
【特許文献３】特開２０００−０６０１１１号公報
【特許文献４】特開２００２−２３３１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
最近の電子機器には数多くのデバイスが搭載されており、そのデバイスには機能や特性に応じて安定化回路などを介して駆動電圧（電力）が供給されている。例えば、あるデバイスが稼動している最中に消費電力の大きい他のデバイスが急に稼動を開始、あるいは稼動を停止すると、電池やバッテリー等による電源の供給電圧が僅かながらも変動することが知られている。ここで、外部電源３とデバイス（負荷４）の間に図７に示すようなチャージポンプ式電源回路を設けた場合、図９に示すごとく、外部電源３から供給される入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoの制御目標値（得ようとしている出力電圧値）を越えて変動すると、チャージポンプ式電源回路の出力電圧Ｖoに大きなノイズが生じるという現象が出現していた。
【００１３】
具体的に、得ようとする出力電圧Ｖoが４．０Ｖである場合を想定し、ノイズ発生のメカニズムを説明する。
図１０に示すように入力電圧Ｖinが４．２Ｖの場合、電源回路は降圧動作を行う。ここで負荷４における電力消費は非常に小さいものと仮定すると、コンデンサＣ１の充電電圧ＶC1は出力電圧＝４．０Ｖを実現するために４．０Ｖ前後に設定される。一方、図１１に示すように入力電圧Ｖinが３．８Ｖの場合、電源回路は昇圧動作を行う。そしてコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1は出力電圧＝４．０Ｖを実現するために０．２Ｖ前後に設定されることになる。
【００１４】
昇圧動作の時と降圧動作の時のそれぞれのコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1に注目すると、回路が降圧動作をする時には出力電圧Ｖoに近い高電圧（４．０Ｖ）となるのに対し、昇圧動作をする時にはゼロに近い低電圧（０．２Ｖ）となっている。このため、チャージポンプ式電源回路の動作モードが降圧から昇圧に切り替った時、それまでの降圧動作によってコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1が高電圧となっているため、出力電圧Ｖoが瞬間的に高くなってしまう。また、動作モードが昇圧から降圧に切り替った時、それまでの昇圧動作によってコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1が低電圧となっているため、出力電圧Ｖoが瞬間的に低くなってしまう。このような理由により出力電圧Ｖoにノイズが生じていた。
【００１５】
出力電圧Ｖoにこのようなノイズが生じると、当然、チャージポンプ式電源回路から電源の供給を受けるデバイスが誤動作を起こす恐れがある。
そこで本発明は、昇圧から降圧、あるいは降圧から昇圧への動作モード移行時に出力電圧に生じるノイズを低減できるようなチャージポンプ式電源回路とその駆動方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は、コンデンサと、コンデンサの一端と回路入力端子との間に設けられた第１のトランジスタと、コンデンサの他端と回路入力端子との間に設けられた第２のトランジスタと、コンデンサの他端とグランドとの間に設けられた第３のトランジスタと、コンデンサの一端と回路出力端子の間に設けられた第４のトランジスタとを備え、各トランジスタの所定の動作によって昇圧動作モードでは入力電圧より高い出力電圧が得られ、降圧動作モードでは入力電圧以下の出力電圧が得られるチャージポンプ式の電源回路において、  回路入力端子に供給される入力電圧と回路出力端子に現れる出力電圧の電圧値の関係に応じて動作モード信号と第１および第２のエッジ信号を生成するモード切替回路と、  切替回路から第１のエッジ信号が供給されたときには、所定時間の間、第１と第２のトランジスタをオン状態、第３と第４のトランジスタをオフ状態とする信号を各トランジスタに供給し、第２のエッジ信号が供給されたときには、所定時間の間、第１と第３のトランジスタをオン状態、第２と第４のトランジスタをオフ状態とする信号を各トランジスタに供給し、それ以外のときには動作モード信号に応じて第１から第４のトランジスタに所定の駆動信号を供給する制御回路とを備えることを特徴とする。
【００１７】
あるいは、コンデンサおよび第１から第４のトランジスタを有し、各トランジスタの動作によって、昇圧動作モードでは回路出力端子に対して回路入力端子と充電されたコンデンサを直列に接続した回路形態とすることにより入力電圧より高い出力電圧が得られ、降圧動作モードでは回路出力端子に対して充電されたコンデンサを接続した回路形態とすることにより入力電圧以下の出力電圧が得られるチャージポンプ式の電源回路の駆動方法であって、降圧から昇圧に動作モードが切り替えられる時には所定時間の間、コンデンサを放電させる第１の移行準備動作が行われ、昇圧から降圧に動作モードが切り替えられる時には所定時間の間、コンデンサを充電する第２の移行準備動作が行われることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
動作モードの切り替え時（動作モード移行時）に、第１、第２のエッジ信号に応じた動作を各トランジスタに行わせる、あるいは第１、第２の移行準備動作を行わせることにより、コンデンサの充電電圧が動作モード移行後の回路動作で設定されるべき充電電圧に近い電圧値となる。これにより動作モード移行時に出力電圧に生じるノイズを低減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の構成上の実施形態は、回路入力端子と回路出力端子の間に、コンデンサと、コンデンサの一端と回路入力端子との間に設けられた第１のトランジスタと、コンデンサの他端と回路入力端子との間に設けられた第２のトランジスタと、コンデンサの他端とグランドとの間に設けられた第３のトランジスタと、コンデンサの一端と回路出力端子の間に設けられた第４のトランジスタとを備えたチャージポンプ回路を構成する。そして、回路入力端子に供給される入力電圧と回路出力端子に現れる出力電圧の各電圧値を監視し、入力電圧と出力電圧の各電圧値に応じた動作モード信号を出力するモード切替回路を設け、更に、供給される動作モード信号に応じて第１から第４の各トランジスタに昇圧動作あるいは降圧動作のための所定の駆動信号を供給する制御回路を設ける。
【００２０】
ここでモード切替回路は、入力電圧が出力電圧よりも高い状態から低い状態に変化した時には、所定時間の間、第１のエッジ信号を出力し、入力電圧が出力電圧よりも低い状態から高い状態に変化した時には、所定時間の間、第２のエッジ信号を出力する機能も備えるものとする。また制御回路は、モード切替回路から第１のエッジ信号が供給されたときには第１と第２のトランジスタをオン状態、第３と第４のトランジスタをオフ状態とする信号を出力し、第２のエッジ信号が供給されたときには第１と第３のトランジスタをオン状態、第２と第４のトランジスタをオフ状態とする信号を出力する機能も備えるものとする。
【００２１】
また本発明の動作上の実施形態は、第１から第４のトランジスタの動作によって、昇圧動作モードでは回路出力端子に対して回路入力端子と充電されたコンデンサを直列に接続した回路形態とすることにより入力電圧より高い出力電圧を発生させる。一方、降圧動作モードでは回路出力端子に対して充電されたコンデンサを接続した回路形態とすることにより入力電圧以下の出力電圧を発生させる。
ここで、降圧から昇圧に動作モードが切り替えられる時には、所定時間の間、コンデンサを放電させる第１の移行準備動作を実施し、昇圧から降圧に動作モードが切り替えられる時には、所定時間の間、コンデンサを充電させる第２の移行準備動作を実施する。
【実施例】
【００２２】
図１には、動作モード移行時に出力電圧に生じるノイズの低減を可能とした、本発明の第１の実施例によるチャージポンプ式電源回路の回路図を示した。
図１のチャージポンプ式電源回路の構成は、基本的には図７で説明した従来の電源回路と同じであるが、制御回路５ａおよびモード切替回路６ａの機能及び動作が従来と異なっている。
【００２３】
すなわち、従来のモード切替回路６ｃは、回路入力端子１に供給される入力電圧Ｖinと回路出力端子２に現れる出力電圧Ｖoの各電圧値を監視し、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoの各電圧値に応じた動作モード信号ＳMを出力する機能だけを備えている。これに対して本発明で使用されるモード切替回路５ａは、動作モード信号ＳMの他に、入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoよりも高い状態から低い状態に変化した時には、所定時間の間、第１のエッジ信号ＳE1を出力し、入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoよりも低い状態から高い状態に変化した時には、所定時間の間、第２のエッジ信号ＳE2を出力する機能も備えている。
【００２４】
また、従来の制御回路５ｃは、供給される動作モード信号ＳMに応じて各トランジスタＱ１〜Ｑ４に昇圧動作あるいは降圧動作のための所定の駆動信号を供給する機能を備えている。これに対して本発明で使用される制御回路５ａは、第１のエッジ信号ＳE1が供給された時には、所定時間の間、トランジスタＱ１とＱ２をオン状態、トランジスタＱ３とＱ４をオフ状態とする信号を出力し、第２のエッジ信号ＳE2が供給された時には、所定時間の間、トランジスタＱ１とＱ３をオン状態、トランジスタＱ２とＱ４をオフ状態とする信号を出力し、それ以外の時には動作モード信号ＳMに応じて各トランジスタＱ１〜Ｑ４に昇圧動作あるいは降圧動作のための所定の駆動信号を供給する機能を備えている。
【００２５】
このような機能を有する制御回路５ａおよびモード切替回路６ａが組み込まれることにより、図１のチャージポンプ式電源回路は次のように動作する。
入力電圧Ｖinが得ようとしている出力電圧Ｖoよりも高い時には降圧動作を行い、逆に入力電圧Ｖinが得ようとしている出力電圧Ｖoよりも低い時には昇圧動作を行う。この降圧動作及び昇圧動作の詳細は従来の回路（図７）と全く同じである。
【００２６】
次に、外部電源３からの入力電圧Ｖinが何らかの原因により変化した場合を考える。
具体的に、図２に示すように入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoより高い状態から低い状態になると、モード切替回路６ａから制御回路５ａに供給される動作モード信号ＳMはハイレベル（以下、Ｈと表記する）からローレベル（以下、Ｌと表記する）に変化する。この時、モード切替回路６ａでは動作モード信号ＳMの信号変化と同時に第１のエッジ信号ＳE1がＨになり、それが制御回路５ａに供給される。すると制御回路５ａは動作モード信号ＳMの状態に関係無く第１の移行準備動作のための信号を出力し、これにより電源回路は第１の移行準備動作を実行する。
【００２７】
この第１の移行準備動作で制御回路５ａは、トランジスタＱ１とＱ２をオン状態、トランジスタＱ３とＱ４をオフ状態とする信号を出力する。ここで、回路中のコンデンサＣ２の充電電圧ＶC1はそれ以前の降圧動作によりほぼ出力電圧Ｖoに等しい値となっている。しかしトランジスタＱ１とＱ２がオン状態となることによりコンデンサＣ１は放電し、充電電圧ＶC1はほぼゼロになる。そして、所定時間の経過後に第１のエッジ信号ＳE1がＬになると、制御回路５ａはＬの動作モード信号ＳMに応じて電源回路に昇圧動作を行わせるような駆動信号を各トランジスタＱ１〜Ｑ４のゲート（ａ〜ｄ）に供給することになる。
【００２８】
図１１で説明したように、昇圧動作時のコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1は入力電圧Ｖinや出力電圧Ｖoに比べて非常に低い値である。現実の外部電源３の電圧変動量を考慮すれば、入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoの制御目標値を越えて変動するような場合、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoの各電圧値は接近していて、昇圧動作時のコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1はゼロボルトに近い値となる。ここで図１の回路を見ると、第１の移行準備動作によってコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1はほぼゼロボルトになる。つまり、昇圧動作開始時点でのコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1は、継続的に昇圧動作を行っている時に本来的に生じる充電電圧ＶC1に接近した値であり、これにより出力電圧Ｖoに従来のような大きなノイズが発生しなくなる。
【００２９】
一方、入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoの制御目標値より低い状態から高い状態になると、モード切替回路６ａから制御回路５ａに供給される動作モード信号ＳMはＬからＨに変化する。この時、モード切替回路６ａでは動作モード信号ＳMの信号変化と同時に第２のエッジ信号ＳE2がＨになり、それが制御回路５ａに供給される。すると制御回路５ａは動作モード信号ＳMの状態に関係無く第２の移行準備動作のための信号を出力し、これにより電源回路は第２の移行準備動作を実行する。
【００３０】
この第２の移行準備動作で制御回路５ａは、トランジスタＱ１とＱ３をオン状態、トランジスタＱ２とＱ４をオフ状態とする信号を出力する。コンデンサＣ２の充電電圧ＶC1は以前の昇圧動作によりゼロに近い低い値となっているが、トランジスタＱ１とＱ３がオン状態となることによりコンデンサＣ１は充電され、充電電圧ＶC1はほぼ入力電圧Ｖinに等しくなる。そして、所定時間の経過後に第２のエッジ信号ＳE2がＬになると、制御回路５ａはＨの動作モード信号ＳMに応じて電源回路に降圧動作を行わせるような駆動信号を各トランジスタＱ１〜Ｑ４のゲート（ａ〜ｄ）に供給することになる。
【００３１】
図１０において説明したように降圧動作時のコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1はほぼ出力電圧Ｖoに近い値である。現実の外部電源３の電圧変動量を考慮すれば、入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoの制御目標値を越えて変動するような場合、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoの差は非常に小さい。ここで図１の回路を見ると、第２の移行準備動作によってコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1はほぼ入力電圧Ｖinに等しい大きさになる。つまり、降圧動作開始時点でのコンデンサＣ１の充電電圧ＶC1は、継続的に降圧動作を行っている時に本来的に生じる充電電圧ＶC1に接近した値であり、これにより出力電圧Ｖoには従来のような大きなノイズが発生しなくなる。
【００３２】
以上のような動作を実現するには、動作モード信号ＳMの他に第１のエッジ信号ＳE1および第２のエッジ信号ＳE2を発生するモード切替回路５ａが必要である。本発明によるチャージポンプ式電源回路で使用されるモード切替回路５ａは、具体的に図３に示すような構成となっている。
【００３３】
先ず、非反転側入力端子（＋）に出力電圧Ｖoに応じた信号が供給され、反転側入力端子（−）に入力電圧Ｖinに応じた信号が供給される比較器６０１と、比較器６０２の非反転側入力端子（＋）にしきい値電圧Ｖthが供給され、反転側入力端子（−）に出力電圧Ｖoに応じた信号が供給される比較器６０２が設けられている。各比較器６０１と６０２の出力端子はＮＯＲ回路６０３に入力され、ＮＯＲ回路６０３の出力端子は動作モード信号ＳMを外部に出力するための端子６０４に接続されている。ＮＯＲ回路６０３の出力端子はまたインバータ回路６０７と第１のエッジ検出回路ＥＤＣ１を介して第１のエッジ信号ＳE1を外部に出力するための端子６０５に接続され、さらに第２のエッジ検出回路ＥＤＣ２を介して第２のエッジ信号ＳE2を外部に出力するための端子６０６にも接続されている。
【００３４】
ここで第１のエッジ検出回路ＥＤＣ１は、ＮＯＲ回路６０３の出力端子とグランドとの間に接続された抵抗６０８とコンデンサ６０９の直列回路（積分回路）と、一方の入力端子がＮＯＲ回路６０３の出力端子に接続され、他方の入力端子が抵抗６０８とコンデンサ６０９の共通接続点に接続されたＮＡＮＤ回路６１０と、一方の入力端子がＮＯＲ回路６０３の出力端子に接続され、他方の入力端子がＮＡＮＤ回路６１０の出力端子に接続されたＮＡＮＤ回路６１１と、ＮＡＮＤ回路６１１と端子６０５の間に接続されたインバータ６１２とから構成されている。
【００３５】
第２のエッジ検出回路ＥＤＣ２は、抵抗６１３、コンデンサ６１４、ＮＡＮＤ回路６１５、ＮＡＮＤ回路６１６、インバータ６１７から構成され、各回路要素間の接続構成は第１のエッジ検出回路ＥＤＣ１と同様になっている。
【００３６】
このような構成としたモード切替回路６ａでは、先ず、比較器６０１は入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoの関係に応じてハイレベル（Ｈ）あるいはローレベル（Ｌ）の信号を出力する。例えば、入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoよりも高い時、比較器６０１の出力信号はＬになる。するとＮＯＲ回路６０３の出力信号はＨとなり、端子６０４に現れる動作モード信号ＳMもＨとなる。入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoよりも低い時には、この逆になる。なお、動作モード信号ＳMの供給を受ける制御回路５ａは、動作モード信号ＳMがＨの場合（降圧動作モード）、各トランジスタＱ１〜Ｑ４に降圧動作のための駆動信号を供給し、動作モード信号ＳMがＬの場合（昇圧動作モード）、昇圧動作のための駆動信号を供給することになる。
【００３７】
出力電圧Ｖoが非常に低い場合（例えば電源回路の起動時など）には、仮に入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoの制御目標値より低くとも（Ｖin＞Ｖo）となってしまう。比較器６０２は出力電圧Ｖoが所定の電圧（Ｖthにより決定される）よりも低い場合、Ｈの出力信号を出力する。すると比較器６０１の出力信号がＬであってもＮＯＲ回路６０３の出力信号および動作モード信号ＳMはＬとなり、電源回路は昇圧動作モードで動作し、出力電圧Ｖoを速やかに上昇させることになる。
これら比較器６０１、６０２、ＮＯＲ回路６０３および端子６０４の部分は、動作モード信号ＳMを発生させる機能を実現するものであり、従来のチャージポンプ式電源回路に設けられていたモード切替回路６ｃ（内部構成の例示は省略）と共通している。
【００３８】
本発明で重要な役割を持つ第１と第２のエッジ信号ＳE1、ＳE2は、動作モード信号ＳMを基にして第１のエッジ検出回路ＥＤＣ２あるいは第２のエッジ検出回路ＥＤＣ２で生成される。
まず、動作モード信号ＳMがＨ、Ｌのいずれであっても、その信号レベルが不変である場合、ＮＡＮＤ回路６１０、６１５のそれぞれ２つある入力端子に供給される信号は同一となる。このためＮＡＮＤ回路６１０、６１５はＮＯＴ回路と等価となり、次段のＮＡＮＤ回路６１１、６１６の各入力端子に供給される信号は、それぞれ逆位相となる。するとＮＡＮＤ回路６１１、６１６の出力信号はＨとなり、各端子６０５、６０６に出現する第１と第２のエッジ信号ＳE1、ＳE2はＬとなる。
【００３９】
動作モード信号ＳMがＨからＬに変化した時、インバータ回路６０７の出力信号はＬからＨに変化する。ここで第１のエッジ検出回路ＥＤＣ１内部の各信号状態を検証すると、ＮＡＮＤ回路６１０の一方の入力端子にはインバータ回路６０７の出力信号がそのまま入力されているのに対し、他方の入力端子には抵抗６０８とコンデンサ６０９による積分回路を介して同じ出力信号が供給されている。この他方の入力端子に供給される信号は、積分回路の作用によって、インバータ回路６０７の出力信号がＬからＨに変化した直後は信号レベルが低く、Ｌの状態となる。その結果、ＮＡＮＤ回路６１０の出力信号は、入力信号の一方がＨ、他方がＬであるため、Ｈとなる。そして次段のＮＡＮＤ回路６１１の出力信号は入力信号が２つともＨであるためＬとなり、端子６０５に出現する第１のエッジ信号ＳE1はＨとなる。
【００４０】
動作モード信号ＳMがＨからＬに変化してから所定時間が経過すると、コンデンサ６０９の充電の進行により前段のＮＡＮＤ回路６１０の２つの入力信号は両方共にＨとなる。すると前段のＮＡＮＤ回路６１０の出力信号はＬ、後段のＮＡＮＤ回路６１１の出力信号はＨに変化する。その結果、動作モード信号ＳMがＨからＬに変化してから所定時間後には端子６０５に出現する第１のエッジ信号ＳE1はＨからＬに変化することになる。
なお、第２のエッジ検出回路ＥＤＣ２内部の信号状態については、後段のＮＡＮＤ回路６１６の一方の入力端子に供給される信号がＬであるため、抵抗６１３とコンデンサ６１４による積分回路や前段のＮＡＮＤ回路６１５の信号の状態とは無関係にＮＡＮＤ回路６１６の出力信号はＨとなる。従って、端子６０６に出現する第２のエッジ信号ＳE2はＬを維持することになる。
【００４１】
第１と第２のエッジ検出回路ＥＤＣ１、ＥＤＣ２は、その回路構成は同一であり、供給される信号が動作モード信号ＳMと正相であるか逆相であるかの点のみ異なる。このため、動作モード信号ＳMがＬからＨに変化した時、端子６０６に出現する第２のエッジ信号ＳE2はＨとなり、動作モード信号ＳMがＬからＨに変化してから所定時間の経過後、第２のエッジ信号ＳE2はＨからＬに変化する。なお、端子６０５に出現する第１のエッジ信号ＳE1はＬを維持することになる。
【００４２】
図４には本発明の第２の実施例によるチャージポンプ式電源回路の回路図を示した。
図１の回路は、コンデンサＣ１と各トランジスタＱ１〜Ｑ４が基本的な２倍圧昇圧回路の構成となっているチャージポンプ式電源回路に本発明を適用したものである。これに対して図４の回路は、１．５倍圧昇圧回路の構成となっているチャージポンプ式電源回路に本発明を適用したものであり、その回路構成は以下のようになっている。
【００４３】
コンデンサＣ１１を設け、コンデンサＣ１１の一端はトランジスタＱ１１の主電流路を介して回路入力端子１に接続し、コンデンサＣ１１の他端はトランジスタＱ２１の主電流路を介して回路入力端子１に接続する。また、コンデンサＣ１２を設け、コンデンサＣ１２の一端はトランジスタＱ１２の主電流路を介してコンデンサＣ１１の他端に接続し、コンデンサＣ１２の他端はトランジスタＱ２２の主電流路を介して回路入力端子１に接続する。コンデンサＣ１２の他端はまた、トランジスタＱ３０を介してグランドに接続する。コンデンサＣ１１の一端はトランジスタＱ４１の主電流路を介して回路出力端子２に接続し、コンデンサＣ１２の一端はトランジスタＱ４２の主電流路を介して回路出力端子２に接続する。
【００４４】
これら６個のトランジスタＱ１１〜Ｑ４２を動作させるための駆動信号を発生する制御回路５ｂが設けられ、制御回路５ｂの各駆動信号が現れる各信号端子は、それぞれ所定のトランジスタＱ１１〜Ｑ４２のゲート（ｅ〜ｋ）に接続される。また、電源回路の動作様式を規定する信号（動作モード信号）を発生するモード切替回路６ｂが設けられ、動作モード信号の授受のために制御回路５ｂとモード切替回路６ｂの各所定端子が接続される。
【００４５】
そして、回路入力端子１とグランドとの間には抵抗Ｒ５とＲ６が直列に接続され、回路出力端子２とグランドの間には抵抗Ｒ７とＲ８が直列に接続されている。また、回路出力端子２とグランドの間には平滑コンデンサＣ２０も接続されている。入力電圧Ｖinに応じた信号が得られる抵抗Ｒ５とＲ６の共通接続点はモード切替回路６ｂの所定の端子に接続され、出力電圧Ｖoに応じた信号が得られる抵抗Ｒ７とＲ８の共通接続点は制御回路５ｂおよびモード切替回路６ｂの各所定端子に接続されてる。なお、モード切替回路６ｂについては図３に示すような内部構成を有している。
【００４６】
このような構成の図４の回路では、入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoよりも高い時、モード切替回路６ｂは回路の動作モードを降圧にするような動作モード信号ＳMを制御回路５ｂに供給する。すると、制御回路５ｂから６個のトランジスタＱ１１〜Ｑ４２に図５の右側（Ａ）のタイミングチャートに示すような各駆動信号が供給され、これにより図４の回路は降圧動作を行う。
【００４７】
具体的には、先行する第１の期間の間、トランジスタＱ１２はオン状態、トランジスタＱ３０はアクティブ状態、トランジスタＱ４２はオフ状態となる。なお、この降圧動作モードでは全期間に渡ってトランジスタ２１はフルオン状態、トランジスタＱ２２とＱ４１はフルオフ状態を維持する。すると回路入力端子１からトランジスタＱ２１、トランジスタＱ１２、コンデンサＣ１２およびトランジスタＱ３０を介してグランドに至る電流路が形成され、コンデンサＣ１２が充電される。そして次に続く第２の期間の間、トランジスタＱ１２はオフ状態、トランジスタＱ３０およびＱ４２はオン状態となる。するとトランジスタＱ３０からコンデンサＣ１２とトランジスタＱ４２を介して回路出力端子２に至る電流路が形成される。その結果、コンデンサＣ１２の放電に伴って出力電圧Ｖoを生じ、負荷４に電力が供給される。
【００４８】
逆に、入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoよりも低い時、モード切替回路６ｂは回路の動作モードを昇圧にするような動作モード信号ＳMを制御回路５ｂに供給する。すると、制御回路５ｂから各トランジスタＱ１１〜Ｑ４２に図５の左側（Ｂ）のタイミングチャートに示すような各駆動信号が供給され、これにより図４の回路は昇圧動作を行う。
具体的には、先行する第３の期間の間、トランジスタＱ１１とＱ１２はオン状態、トランジスタＱ３０はアクティブ状態、トランジスタＱ２１、Ｑ２２、Ｑ４１およびＱ４２はオフ状態となる。するとトランジスタＱ１１、コンデンサＣ１１、トランジスタＱ１２、コンデンサＣ１２およびトランジスタＱ３０を介してグランドに至る電流路が形成され、コンデンサＣ１１およびＣ１２が充電される。
【００４９】
そして次に続く第４の期間の間、トランジスタＱ１１、Ｑ１２およびＱ３０はオフ状態、トランジスタＱ２１、Ｑ２２、Ｑ４１およびＱ４２はオン状態となる。すると回路入力端子１からトランジスタＱ２１、コンデンサＣ１１およびトランジスタＱ４１を介して回路出力端子２に至る第１の電流路と、回路入力端子１からトランジスタＱ２２、コンデンサＣ１２およびトランジスタＱ４２を介して回路出力端子２に至る第２の電流路が同時に形成される。その結果、コンデンサＣ１１およびコンデンサＣ１２の放電と共に出力電圧Ｖoを生じ、負荷４に電力が供給される。
【００５０】
ここでもし、図６に示すように入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoより高い状態から低い状態に変化すると、モード切替回路６ｂから制御回路５ｂに供給される動作モード信号ＳMはＨからＬに変化する。この時、モード切替回路６ｂでは動作モード信号ＳMの信号変化と同時に第１のエッジ信号ＳE1がＨになる。すると制御回路５ｂは動作モード信号ＳMの状態に関係無く第１の移行準備動作のための信号を出力する。すなわち制御回路５ｂは、トランジスタＱ１２、Ｑ２１、Ｑ２２をオン状態、トランジスタＱ１１、Ｑ３０、Ｑ４１、Ｑ４２をオフ状態とする信号を出力する。
【００５１】
第１の移行準備動作の開始直前におけるコンデンサＣ１２の充電電圧ＶC12はほぼ出力電圧Ｖoに等しい値となっている。しかしトランジスタＱ１２、Ｑ２１、Ｑ２２がオン状態となることによりコンデンサＣ１２は放電し、充電電圧ＶC12はほぼゼロになる。そして所定時間の経過後、第１のエッジ信号ＳE1がＬになると、制御回路５ｂはＬの動作モード信号ＳMに応じて電源回路に昇圧動作を行わせるような駆動信号を各トランジスタＱ１〜Ｑ４のゲート（ａ〜ｄ）に供給する。つまり、通常の昇圧動作モードに移行する。
【００５２】
今度は逆に、入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoより低い状態から高い状態に変化すると、モード切替回路６ｂから制御回路５ｂに供給される動作モード信号ＳMはＬからＨに変化する。この時、モード切替回路６ｂでは動作モード信号ＳMの信号変化と同時に第２のエッジ信号ＳE2がＨになる。すると制御回路５ｂは動作モード信号ＳMの状態に関係無く第２の移行準備動作のための信号を出力する。すなわち制御回路５ｂは、トランジスタＱ１２、Ｑ２１、Ｑ３０をオン状態、トランジスタＱ１１、Ｑ２２、Ｑ４１、Ｑ４２をオフ状態とする信号を出力する。
【００５３】
第２の移行準備動作の開始直前におけるコンデンサＣ１２の充電電圧ＶC12はゼロボルトに近い低電圧値となっている。しかしトランジスタＱ２１、Ｑ１２、Ｑ３０がオン状態となることによりコンデンサＣ１２は充電され、充電電圧ＶC12はほぼ入力電圧Ｖinに等しい値になる。そして所定時間の経過後、第２のエッジ信号ＳE2がＬになると、制御回路５ｂはＨの動作モード信号ＳMに応じて電源回路に降圧動作を行わせるような駆動信号を各トランジスタＱ１〜Ｑ４のゲート（ａ〜ｄ）に供給する。つまり、通常の降圧動作モードに移行する。
【００５４】
以上までの本発明の説明では、各コンデンサ（Ｃ１、Ｃ１２）の充電電圧は第１の移行準備動作においてほぼゼロボルト、第２の移行準備動作においてほぼ入力電圧Ｖinに等しい値になるとされている。しかし、各コンデンサ（Ｃ１、Ｃ１２）の充電電圧は完全にゼロボルト、入力電圧Ｖinに等しい値にしなくとも良く、移行後の回路の動作モードで本来的に生じる充電電圧に接近した値であれば構わない。
なお、本発明によるチャージポンプ式電源回路を構成した場合、第１と第２の移行準備動作の期間は、例えばトランジスタＱ１が行うスイッチング動作の数周期分の時間に設定するのが現実的である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明によるチャージポンプ式電源回路の第１の実施例の回路図。
【図２】図１の回路の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図３】本発明によるチャージポンプ式電源回路に使用されるモード切替回路の実施例を示す回路図。
【図４】本発明によるチャージポンプ式電源回路の第２の実施例の回路図。
【図５】図１の回路の各トランジスタに供給される駆動信号のタイミングチャート。
【００５６】
【図６】図４の回路の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図７】従来のチャージポンプ式電源回路の一例の回路図。
【図８】図７の回路の各トランジスタに供給される駆動信号のタイミングチャート。
【図９】動作モードと出力電圧に生じるノイズの関係を説明する電圧波形図。
【図１０】降圧動作時における回路各部の電圧を説明する図。
【図１１】昇圧動作時における回路各部の電圧を説明する図。
【符号の説明】
【００５７】
１：入力端子
２：出力端子
３：外部電源
４：負荷
５ａ、５ｂ、５ｃ：制御回路
６ａ、６ｂ、６ｃ：モード切替回路
ＳM：動作モード信号
ＳE1：第１のエッジ信号
ＳE2：第２のエッジ信号
【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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