(57)【要約】  【課題】  無駄なスイッチング動作を無くして消費電流を削減し、昇圧効率を向上させる。  【解決手段】  入力直流電源１００の電圧の電荷保持用コンデンサ６１に対する充電と、入力直流電源１００の電圧と電荷保持用コンデンサ６１の電圧を加算した電圧の２倍昇圧出力平滑用コンデンサ７１への充電とを交互に１０回行う期間内に、入力直流電源１００の電圧の電荷保持用コンデンサ６２に対する１回の充電の後に、入力直流電源１００の電圧と電荷保持用コンデンサ６１の電圧と電荷保持用コンデンサ６２の電圧を加算した電圧の３倍昇圧出力平滑用コンデンサ７２への１回の充電を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電圧を元に作成した電圧の第１の昇圧出力平滑用コンデンサへの単位時間当りの充電回数と、前記第１の電圧を元に作成した別の電圧の第２の昇圧出力平滑用コンデンサへの単位時間当りの充電回数とを異ならせたことを特徴とする昇圧方法。
【請求項２】
第１の電圧の第１の電荷保持用コンデンサに対する充電と、前記第１の電圧と前記第１の電荷保持用コンデンサの電圧を加算した電圧の昇圧出力平滑用コンデンサへの充電とを交互に複数回行う期間内に、
前記第１の電圧の第２の電荷保持用コンデンサに対する１回の充電の後に、前記第１の電圧と前記第１の電荷保持用コンデンサの電圧と前記第２の電荷保持用コンデンサの電圧を加算した電圧の第２の昇圧出力平滑用コンデンサへの１回の充電を行うことを特徴とする昇圧方法。
【請求項３】
請求項２に記載の昇圧方法において、
前記第２の昇圧出力平滑用コンデンサへの充電時に、前記第１の昇圧出力用平滑用コンデンサへの充電を同時に行うことを特徴とする昇圧方法。
【請求項４】
請求項２に記載の昇圧方法において、
前記第２の昇圧出力平滑用コンデンサへの充電時に、前記第１の昇圧出力用平滑用コンデンサへの充電を行わないことを特徴とする昇圧方法。
【請求項５】
第１の電圧を元に作成した電圧を第１の昇圧出力平滑用コンデンサに充電するスイッチ手段と、前記第１の電圧を元に作成した別の電圧を第２の昇圧出力平滑用コンデンサに充電する別のスイッチ手段とを備え、単位時間当りの前記スイッチ手段のスイッチング回数と前記別のスイッチ手段のスイッチング回数を異ならせたことを特徴とする昇圧回路。
【請求項６】
オンすることで第１の電圧を第１の電荷保持用コンデンサに印加する第１のスイッチ手段と、
オンすることで前記第１の電圧と前記第１の電荷保持用コンデンサの電圧を加算して第１の昇圧出力平滑用コンデンサに印加する第２のスイッチ手段と、
オンすることで前記第１の電圧を第２の電荷保持用コンデンサに印加する第３のスイッチ手段と、
オンすることで前記第１の電圧と前記第１の電荷保持用コンデンサの電圧と前記第２の電荷保持用コンデンサの電圧を加算して第２の昇圧出力平滑用コンデンサに印加する第４のスイッチ手段とを有し、
前記第１のスイッチ手段のオンと前記第２のスイッチ手段のオンを交互に複数回繰り返す期間内に、前記第３のスイッチ手段を１回オンした後に前記第４のスイッチ手段を１回オンさせることを特徴とする昇圧回路。
【請求項７】
請求項６に記載の昇圧回路において、
前記第４のスイッチ手段のオン時に前記第２のスイッチ手段を同時にオンさせることを特徴とする昇圧回路。
【請求項８】
請求項６に記載の昇圧回路において、
前記第４のスイッチ手段のオン時に前記第２のスイッチ手段をオフさせる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、直流電圧を入力してその直流電圧より高い電圧を生成する昇圧方法および回路に関し、特に低い昇圧出力部の負荷が重く高い昇圧出力部の負荷が軽い場合に消費電流を低減し、昇圧効率を高くできるようにした昇圧方法および回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４に従来の昇圧回路の回路構成を示す。このような昇圧回路としては、例えば、特許文献１に記載がある。この昇圧回路は、同一基板上に形成され、昇圧制御信号は単一のクロックから生成される。図４において、１１、１２、４１、４２、２１、３１、５１、５２はＭＯＳトランジスタ等のスイッチング素子からなるスイッチ、６１、６２は電荷保持用コンデンサ、７１は２倍昇圧出力平滑用コンデンサ、７２は３倍昇圧出力平滑用コンデンサ、８１は２倍昇圧出力の負荷、８２は３倍昇圧出力の負荷、９１〜９９は外部接続端子、１００は入力直流電源である。
【０００３】
図５は、図４の昇圧回路において、３倍昇圧用出力コンデンサ６２を２倍昇圧用出力平滑用コンデンサ６１に対してスイッチ５１のみを介して接続した、つまりスイッチ３１を経由しないで接続した別の昇圧回路を示す。
【０００４】
これら図４および図５の昇圧回路は、図３に記載の昇圧制御信号で動作し、入力直流電源１００の電圧の２倍および３倍の昇圧電圧を発生する。具体的には、第１のタイミングでスイッチ１１、１２、４１、４２がオン（スイッチ２１、３１、５１、５２がオフ）し、電荷保持用コンデンサ６１、６２に図示の極性で充電が行われる。続く第２のタイミングでスイッチ２１、３１、５１、５２がオン（スイッチ１１、１２、４１、４２がオフ）し、入力直流電源１００の電圧に電荷保持用コンデンサ６１の電圧が加算され、この加算電圧が２倍昇圧出力平滑用コンデンサ７１に充電される。同時に、入力直流電源１００の電圧に電荷保持用コンデンサ６１の電圧が加算された電圧に、さらに電荷保持用コンデンサ６２の電圧が加算され、この加算電圧が３倍昇圧出力平滑用コンデンサ７２に充電される。上記の第１と第２のタイミングを繰り返すことで２倍および３倍の電圧が発生して、負荷８１、８２に印加される。
【特許文献１】特開２００４−０６４９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記のようなタイミングによる昇圧制御手法では、２倍昇圧の負荷が重く３倍昇圧の負荷が軽い場合に、２倍より上の電圧を発生させるために動作しているスイッチ４１、４２、５１、５２が、負荷を駆動するために必要な回数以上にオン、オフの動作を繰り返すことになっていた。
【０００６】
図６は昇圧回路のスイッチング回数と消費電流の関係を示す特性図、図７は昇圧回路のスイッチング回数と昇圧効率の関係を示す特性図である。この事から昇圧回路のスイッチング回数が増えると、スイッチ素子に対する充放電電流およびスイッチを制御する制御回路部分での動作時の貫通電流や充放電電流により無駄な電流を消費することになり、消費電流が大きくなるという問題点があった。また、そのため自己消費電流が増えることにより昇圧効率が低下するなどの問題点もあった。図７の昇圧効率は、昇圧回路の自己消費電流とスイッチング回数の兼ね合いによる最適値のスイッチング回数があり、その最適値前後のスイッチング回数では昇圧効率が低下することを示している。
【０００７】
本発明の目的は、無駄なスイッチング動作を無くして消費電流を削減し、昇圧効率を向上させた昇圧回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１にかかる発明の昇圧方法は、第１の電圧を元に作成した電圧の第１の昇圧出力平滑用コンデンサへの単位時間当りの充電回数と、前記第１の電圧を元に作成した別の電圧の第２の昇圧出力平滑用コンデンサへの単位時間当りの充電回数とを異ならせたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２にかかる発明の昇圧方法は、第１の電圧の第１の電荷保持用コンデンサに対する充電と、前記第１の電圧と前記第１の電荷保持用コンデンサの電圧を加算した電圧の昇圧出力平滑用コンデンサへの充電とを交互に複数回行う期間内に、前記第１の電圧の第２の電荷保持用コンデンサに対する１回の充電の後に、前記第１の電圧と前記第１の電荷保持用コンデンサの電圧と前記第２の電荷保持用コンデンサの電圧を加算した電圧の第２の昇圧出力平滑用コンデンサへの１回の充電を行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項３にかかる発明は、請求項２に記載の昇圧方法において、前記第２の昇圧出力平滑用コンデンサへの充電時に、前記第１の昇圧出力用平滑用コンデンサへの充電を同時に行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項４にかかる発明は、請求項２に記載の昇圧方法において、前記第２の昇圧出力平滑用コンデンサへの充電時に、前記第１の昇圧出力用平滑用コンデンサへの充電を行わないことを特徴とする。
【００１２】
請求項５にかかる発明の昇圧回路は、第１の電圧を元に作成した電圧を第１の昇圧出力平滑用コンデンサに充電するスイッチ手段と、前記第１の電圧を元に作成した別の電圧を第２の昇圧出力平滑用コンデンサに充電する別のスイッチ手段とを備え、単位時間当りの前記スイッチ手段のスイッチング回数と前記別のスイッチ手段のスイッチング回数を異ならせたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６にかかる発明の昇圧回路は、オンすることで第１の電圧を第１の電荷保持用コンデンサに印加する第１のスイッチ手段と、オンすることで前記第１の電圧と前記第１の電荷保持用コンデンサの電圧を加算して第１の昇圧出力平滑用コンデンサに印加する第２のスイッチ手段と、オンすることで前記第１の電圧を第２の電荷保持用コンデンサに印加する第３のスイッチ手段と、オンすることで前記第１の電圧と前記第１の電荷保持用コンデンサの電圧と前記第２の電荷保持用コンデンサの電圧を加算して第２の昇圧出力平滑用コンデンサに印加する第４のスイッチ手段とを有し、前記第１のスイッチ手段のオンと前記第２のスイッチ手段のオンを交互に複数回繰り返す期間内に、前記第３のスイッチ手段を１回オンした後に前記第４のスイッチ手段を１回オンさせることを特徴とする。
【００１４】
請求項７にかかる発明は、請求項６に記載の昇圧回路において、前記第４のスイッチ手段のオン時に前記第２のスイッチ手段を同時にオンさせることを特徴とする。
【００１５】
請求項８にかかる発明は、請求項６に記載の昇圧回路において、前記第４のスイッチ手段のオン時に前記第２のスイッチ手段をオフさせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１および５にかかる発明によれば、重負荷を第１および第２の昇圧出力平滑用コンデンサの内の充電回数やスイッチング回数が多い方に、軽負荷を充電回数やスイッチング回数が少ない方に割り当てることにより、消費電流を抑制でき、昇圧効率を向上させることができる。
【００１７】
また、請求項２および６にかかる発明によれば、第１の昇圧出力平滑用コンデンサへの充電回数やスイッチング回数よりも第２の昇圧出力平滑用コンデンサへの充電回数やスイッチング回数が少なくなるので、第１の昇圧出力用コンデンサを重負荷用に、第２の昇圧出力平滑用コンデンサを軽負荷用に使用する場合に、消費電流を抑制でき、昇圧効率を向上させることができる。
【００１８】
さらに、請求項３および７にかかる発明によれば、第２の昇圧出力平滑用コンデンサへの充電時に第１の昇圧出力平滑用コンデンサへの充電も行われるので、第２の昇圧出力平滑用コンデンサの出力が低下するものの、制御が簡素になる利点がある。
【００１９】
さらに、請求項４および８にかかる発明によれば、第２の昇圧出力平滑用コンデンサへの充電時に第１の昇圧出力平滑用コンデンサへの充電は行われないので、第２の昇圧出力平滑用コンデンサの出力が下がらない利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２１】
本実施例１では、図４の構成の昇圧回路を使用し、負荷８１が重く負荷８２が軽い場合において、そのスイッチ１１，１２，２１，３１，４１，４２，５１，５２のオン、オフ制御に工夫を加え、無駄なスイッチング動作を無くして消費電流を削減し、昇圧効率を向上させる。
【００２２】
図１は実施例１の昇圧回路駆動方法で動作させる場合の昇圧制御信号の波形を表し、左側の番号が図４のスイッチに対応する。図４についての構成は前述したのでここでは省略する。
【００２３】
まず、第１のタイミングでスイッチ１１、１２をオンし（他のスイッチはオフ）、電荷保持用コンデンサ６１に図示の極性で充電する。続く第２のタイミングでスイッチ２１、３１をオンし、スイッチ１１、１２をオフすることで、入力直流電源１００の電圧に電荷保持用コンデンサ６１の電圧が加算され、その電圧が２倍昇圧出力平滑用コンデンサ７１に充電される。以上の第１、第２のタイミングを交互に９回繰り返す。
【００２４】
次に、第３のタイミングでスイッチ１１、１２、４１、４２をオンし（他のスイッチはオフ）、電荷保持用コンデンサ６１、６２に図示の極性で充電する。第４のタイミングでスイッチ２１、３１、５１、５２をオンし、スイッチ１１、１２、４１、４２をオフすることで、入力直流電源１００の電圧に電荷保持用コンデンサ６１の電圧が加算され、その加算電圧に電荷保持用コンデンサ６２の電圧が加算され、その加算電圧が３倍昇圧出力平滑用コンデンサ７２に充電される。
【００２５】
以降では、上記のように第１、第２のタイミングを９回繰り返した後に第３、第４のタイミングを１回行うことを交互に繰り返す。これにより、第３、第４のタイミングで回路が動作する回数を抑えることで、消費電流を抑制しながら重い負荷８１用の２倍昇圧に必要十分な電流を供給し、かつ軽い負荷８２用の３倍昇圧の昇圧効率を上げるという効果がある。本実施例１の制御方法は、図５の回路構成の昇圧回路についても全く同様に行い、同様な作用効果を得ることができる。
【００２６】
第１、第２のタイミングと第３、第４のタイミングの割合は、本実施例１では１０回に１回としたが、実際にはそれぞれの回路定数、発振周波数、プロセス、負荷などの条件を考慮して決定される。また、説明のため２倍、３倍昇圧としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、入力直流電源１００をすでにＮ倍昇圧された電圧を生成するコンデンサに置き換えれば、２倍昇圧出力平滑用コンデンサ７１には２Ｎ倍の電圧が、３倍昇圧出力平滑用コンデンサ７１には３Ｎ倍の電圧が出力する。
【実施例２】
【００２７】
本実施例２では、図５の構成の昇圧回路を使用し、負荷８１が重く負荷８２が軽い場合において、そのスイッチ１１，１２，２１，３１，４１，４２，５１，５２のオン、オフ制御に工夫を加え、無駄な動作を無くして消費電流を削減し、昇圧効率を向上させる。
【００２８】
図２は実施例２の昇圧回路駆動方法で動作させる場合のスイッチ制御信号の波形を表し、左側の番号が図５のスイッチに対応する。図５についての構成は前述したのでここでは省略する。
【００２９】
まず、第１のタイミングでスイッチ１１、１２をオンし（他のスイッチはオフ）、充電コンデンサ６１に充電する。続いて、第２のタイミングでスイッチ２１、３１をオンし、スイッチ１１、１２をオフすることで、入力直流電源１００の電圧に電荷保持用コンデンサ６１の電圧が加算され、その加算電圧が２倍昇圧出力平滑用コンデンサ７１に充電され出力する。以上の第１、第２のタイミングを９回線り返す。
【００３０】
次に、第３のタイミングでスイッチ１１、１２、４１、４２をオンし（他のスイッチはオフ）、電荷保持用コンデンサ６１、６２に充電する。続いて、第４のタイミングでスイッチ２１、５１、５２をオンし、スイッチ１１、１２、３１、４１、４２をオフすることで、入力直流電源１００の電圧に電荷保持用コンデンサ６１の電圧が加算され、その加算電圧に電荷保持用コンデンサ６２の電圧が加算され、その加算電圧が３倍昇圧出力平滑用コンデンサ７２に充電され出力する。
【００３１】
以降では、第１、第２のタイミングを９回繰り返した後に第３、第４のタイミングを１回行うことを交互に繰り返す。これにより、第３、第４のタイミングで回路が動作する回数を抑えることで、消費電流を抑制しながら重い負荷８１用の２倍昇圧に必要十分な電流を供給し、かつ軽い負荷８２用の３倍昇圧の昇圧効率を上げるという効果がある。
【００３２】
第１、第２のタイミングと第３、第４のタイミングの割合は本実施例では１０回に１回としたが、実際にはそれぞれの回路定数、発振周波数、プロセス、負荷などの条件を考慮して決定される。また、説明のため２倍、３倍昇圧としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、入力直流電源１００をすでにＮ倍昇圧された電圧を生成するコンデンサに置き換えれば、２倍昇圧出力平滑用コンデンサ７１には２Ｎ倍の電圧が、３倍昇圧出力平滑用コンデンサ７１には３Ｎ倍の電圧が出力する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例１の昇圧回路駆動方法でスイッチング動作させる場合のスイッチ制御信号の波形図である。
【図２】実施例２の昇圧回路駆動方法でスイッチング動作させる場合のスイッチ制御信号の波形図である。
【図３】従来の昇圧回路駆動方法でスイッチング動作させる場合のスイッチ制御信号の波形図である。
【図４】従来の昇圧回路の回路図である。
【図５】従来の別の昇圧回路の回路図である。
【図６】昇圧回路のスイッチング回数と消費電流の関係を示す特性図である。
【図７】昇圧回路のスイッチング回数と昇圧効率の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１，１２，２１，３１，４１，４２，５１，５２：スイッチ
６１，６２：電荷保持用コンデンサ
７１：２倍昇圧出力平滑用コンデンサ
７２：３倍昇圧出力平滑用コンデンサ
８１：２倍昇圧出力の負荷
８２：３倍昇圧出力の負荷
９１〜９９：外部接続端子
１００：入力直流電源
【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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