(57)【要約】【課題】  立ち上がり時の突入電流を抑制した電源回路を提供する。【解決手段】  電源回路１０は、入力端子１１ａと出力端子１１ｂを有し、入力電圧Ｖｃｐ１を昇圧して出力電圧Ｖｃｐ２を生成するチャージポンプ回路１１と、入力端子１１ａに接続され、時間に応じて増加する第１電流Ｉ１を含む電流Ｉｃｐをチャージポンプ回路１１に供給する電流供給回路１２と、出力端子１１ｂに接続された制御電極と、第１電圧Ｖ１が入力される第１電極と、出力電圧Ｖｃｐ２に応じて第１電圧Ｖ１より低い第２電圧Ｖｏｕｔが出力される第２電極とを有する絶縁ゲート電界効果トランジスタ１３と、を具備する。【選択図】  図１
2016024773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子と出力端子を有し、入力電圧を昇圧して出力電圧を生成するチャージポンプ回路と、
前記入力端子に接続され、時間に応じて増加する第１電流を含む電流を前記チャージポンプ回路に供給する電流供給回路と、
前記出力端子に接続された制御電極と、第１電圧が入力される第１電極と、前記出力電圧に応じて前記第１電圧より低い第２電圧が出力される第２電極とを有する絶縁ゲート電界効果トランジスタと、
を具備することを特徴とする電源回路。
【請求項２】
前記電流は、時間に対して一定の第２電流をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
【請求項３】
前記チャージポンプ回路と前記電流供給回路の間に接続された電流選択回路を具備し、
前記電流選択回路は、前記チャージポンプ回路の起動時に、前記第１および第２電流の少なくとも一方を選択し、
前記第１電流が選択されていないときは、前記第２電圧の立ち上がり状態に応じて、前記第１および第２電流の両方を選択する
ことを特徴とする請求項２に記載の電源回路。
【請求項４】
前記電流は、前記第１および第２電流より大きい第３電流をさらに含み、
前記電流選択回路は、前記第２電圧の立ち上り後に、前記第３電流を選択することを特徴とする請求項３に記載の電源回路。
【請求項５】
入力端子と出力端子を有し、入力電圧を昇圧して出力電圧を生成するチャージポンプ回路と、
時間に応じて増加する第１電流、時間に対して一定の第２電流および前記第１および第２電流より大きい第３電流を前記チャージポンプ回路に供給する電流供給回路と、
前記出力端子に接続された制御電極と、第１電圧が入力される第１電極と、前記出力電圧に応じて前記第１電圧より低い第２電圧が出力される第２電極とを有する絶縁ゲート電界効果トランジスタと、
前記第２電圧と前記第１電圧を分圧して得られる第１基準電圧とを比較し、第１比較結果を出力する第１コンパレータと、
前記チャージポンプ回路を起動する第１信号または前記第１比較結果を受けて、所定の時間経過後に第２信号を出力するタイマー回路と、
前記チャージポンプ回路と前記電流供給回路の間に接続され、前記第１信号ならびに、前記第１比較結果および前記第２信号の少なくとも一方を受けて、それぞれ前記第１乃至第３電流のいずれかを選択する電流選択回路と、
を具備することを特徴とする電源回路。
【請求項６】
前記電流選択回路は、前記第１信号を受けて、前記第１および第２電流の少なくとも一方を選択し、
前記第１電流が選択されていないときは、前記第１比較結果を受けて、前記第１および第２電流の両方を選択し、
前記第２信号を受けて、前記第３電流を選択する、
ことを特徴とする請求項５に記載の電源回路。
【請求項７】
前記第２電圧と前記第１電圧を分圧して得られる第２基準電圧とを比較し、第２比較結果を出力する第２コンパレータをさらに具備し、
前記タイマー回路は、前記第１比較結果を受けて起動し、
前記電流選択回路は、前記第１信号を受けて、前記第１および第２電流の少なくとも一方を選択し、
前記第１電流が選択されていないときに、前記第２比較結果を受けて前記第１および第２電流の両方を選択し、
前記第２信号を受けて、前記第３電流を選択する、
ことを特徴とする請求項５に記載の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、オン抵抗の低い出力ＭＯＳトランジスタを有する電源回路として、昇圧ロードスイッチ回路と呼ばれる電源回路がある。昇圧ロードスイッチ回路では、チャージポンプ回路を用いて電源電圧より高い電圧を生成し、この電圧を出力ＭＯＳトランジスタのゲート電極に印加している。
【０００３】
この電源回路は、起動時にチャージポンプ回路に供給する電流が多いほど出力電圧の立ち上がり時間が短くなる。然しながら、電源回路内部の負荷容量および負荷抵抗によっては、突入電流が流れる場合がある。そのため、電源回路に接続される電子機器に悪影響を及ぼすという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３３６７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
立ち上がり時の突入電流を抑制した電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一つの実施形態によれば、電源回路は、入力端子と出力端子を有し、入力電圧を昇圧して出力電圧を生成するチャージポンプ回路と、前記入力端子に接続され、時間に応じて増加する第１電流を含む電流を前記チャージポンプ回路に供給する電流供給回路と、前記出力端子に接続された制御電極と、第１電圧が入力される第１電極と、前記出力電圧に応じて前記第１電圧より低い第２電圧が出力される第２電極とを有する絶縁ゲート電界効果トランジスタと、を具備している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態１に係る電源回路を示すブロック図。
【図２】実施形態１に係る電源回路の動作を示すダイミンクチャート。
【図３】実施形態１に係る電源回路を示す回路図。
【図４】実施形態１に係る比較例の電源回路を示すブロック図。
【図５】実施形態１に係る比較例の電源回路の動作を示すダイミングチャート。
【図６】実施形態２に係る電源回路を示す回路図。
【図７】実施形態２に係る電源回路の動作を示すダイミングチャート。
【図８】実施形態３に係る電源回路を示すブロック図。
【図９】実施形態３に係る電源回路の動作を示すダイミンクチャート。
【図１０】実施形態４に係る電源回路を示すブロック図。
【図１１】実施形態４に係る電源回路の動作を示すダイミンクチャート。
【図１２】実施形態５に係る電源回路を示すブロック図。
【図１３】実施形態５に係る電源回路の動作を示すダイミンクチャート。
【図１４】実施形態６に係る電源回路を示すブロック図。
【図１５】実施形態６に係る電源回路の動作を示すダイミンクチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０００９】
（実施形態１）
本実施形態に係る電源回路について図１乃至図３を用いて説明する。図１は本実施形態の電源回路を示すブロック図。図２は電源回路の動作を示すダイミングチャート。図３は電源回路を示す回路図である。
【００１０】
本実施形態の電源回路は、昇圧ロードスイッチ回路と呼ばれるオン抵抗の低い出力ＭＯＳトランジスタを有する電源回路である。昇圧ロードスイッチ回路では、チャージポンプ回路を用いて電源電圧より高い電圧を生成し、この電圧を出力ＭＯＳトランジスタのゲート電極に印加する。
【００１１】
ＭＯＳトランジスタは、線形領域においてゲート電圧が高いほどドレイン電圧に対してドレイン電流が急激に立ち上がるので、低いオン抵抗が得られる。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の電源回路１０は、チャージポンプ入力電圧Ｖｃｐ１を昇圧してチャージポンプ出力電圧Ｖｃｐ２を生成するチャージポンプ回路１１と、チャージポンプ回路１１にチャージポンプ電流Ｉｃｐを供給する電流供給回路１２と、チャージポンプ出力電圧Ｖｃｐ２に応じて電源電圧（第１電圧）Ｖ１を出力電圧（第２電圧）Ｖｏｕｔに変換するＮチャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタ（以後、出力ＭＯＳトランジスタと称する）１３と、を具備している。
【００１３】
さらに、電源回路１０は、出力電圧Ｖｏｕｔと電源電圧Ｖ１を分圧して得られる第１基準電圧Ｖｒｅｆ１とを比較し、第１比較信号（第１比較結果）Ｖｃｏｍ１を出力する第１コンパレータ１４と、第１比較信号Ｖｃｏｍ１を受けて計時を開始し、所定の時間ΔＴが経過するとタイマー信号（第２信号）Ｖｔｍを出力するタイマー回路１５と、電流供給回路１２とチャージポンプ回路１１の間に接続された電流選択回路１６と、を具備している。
【００１４】
電流選択回路１６は、チャージポンプ回路１１を起動するための制御信号（第１信号）Ｖｃｏｎｔおよびタイマー信号Ｖｔｍを受けて、チャージポンプ電流Ｉｃｐの大きさを選択する。
【００１５】
チャージポンプ回路１１は、例えばディクソン型チャージポンプ回路である。チャージポンプ回路１１は、入力端子１１ａのチャージポンプ入力電圧Ｖｃｐ１を昇圧して、出力端子１１ｂにチャージポンプ入力電圧Ｖｃｐ１より高い出力電圧Ｖｃｐ２を出力する。チャージポンプ回路１１の昇圧率（Ｖｃｐ２／Ｖｃｐ１）は、例えば２乃至５程度である。
【００１６】
チャージポンプ回路の原理について簡単に説明する。チャージポンプ回路は、初めに複数のキャパシタを並列接続し、次に並列接続されたキャパシタを充電し、最後に充電されたキャパシタを直列接続する動作をクロック信号に同期して繰り返すことにより、入力電圧を昇圧する回路である。
【００１７】
電流供給回路１２は、時間に応じて増加する第１電流（以後、スロープ電流と称する）Ｉ１を供給する第１電流手段２１と、時間に対して一定の第２電流（以後、定電流と称する）Ｉ２を供給する第２電流手段２２と、第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２より大きな第３電流を供給するための第３電流手段２３とを有している。
【００１８】
電圧端子２４には、例えば電源電圧Ｖ１が入力される。第１電流手段２１は、電源電圧Ｖ１を電流変換してスロープ電流Ｉ１を出力する電流源である。第２電流手段２２は、電源電圧Ｖ１を電流変換して定電流Ｉ２を出力する電流源である。
【００１９】
第３電流手段２３は、電圧端子２４と入力端子１１ａを接続する配線である。電源電圧Ｖ１を入力端子１１ａに直接印加して、チャージポンプ回路１１の定常動作に必要な電流を供給する。
【００２０】
出力ＭＯＳトランジスタ１３は、ゲート電極（制御電極）が出力端子１１ｂに接続され、ドレイン電極（第１電極）が電源端子２５に接続され、ソース電極（第２電極）がノードＮ１に接続されている。
【００２１】
電源端子２５には、電源電圧Ｖ１が入力される。出力端子２６は、ノードＮ１に接続されている。出力端子２６には、電子機器等の外部負荷（図示せず）が接続される。
【００２２】
ノードＮ１と接地端子２７の間には、負荷容量ＣＬおよび負荷抵抗ＲＬの並列回路が接続されている。負荷容量ＣＬおよび負荷抵抗ＲＬは、電源回路１０の内部負荷である。負荷容量ＣＬおよび負荷抵抗ＲＬは、過負荷時の出力電圧Ｖｏｕｔの安定化と外部負荷切断時の逆電流を吸収するなどの目的で設けられている。
【００２３】
第１コンパレータ１４は、例えば差動増幅器である。負入力端子に出力電圧Ｖｏｕｔが入力され、正入力端子に電源電圧Ｖ１を分割して得られる第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力される。分割比αは、例えば０．５程度である。第１コンパレータ１４は、出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がり状態を検知するために設けられている。
【００２４】
タイマー回路１５は、例えば定電流でチャージされるキャパシタの充電時間を利用した遅延回路である。出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がり状態が検知されてから所定の時間経過後に、電流選択回路１６を駆動するために設けられている。
【００２５】
電流選択回路１６は、スイッチ回路１６ａおよびスイッチ制御回路１６ｂを有している。スイッチ回路１６ａは、第１電流手段２１と入力端子１１ａの間に接続された第１スイッチＳ１と、第２電流手段２２と入力端子１１ａの間に接続された第２スイッチＳ２と、第３電流手段２３と入力端子１１ａの間に接続された第３スイッチＳ３とを有している。
【００２６】
スイッチ制御回路１６ｂは、制御信号Ｖｃｏｎｔおよびタイマー信号Ｖｔｍを受けて、第１乃至第３スイッチＳ１乃至Ｓ３をそれぞれオンまたはオフする。
【００２７】
次に、電源回路１０の動作について説明する。
【００２８】
図２に示すように、時間ｔ０より前は、電源回路１０の初期状態を示している。初期状態では、制御信号Ｖｃｏｎｔおよびタイマー信号ＶｔｍがＬｏｗ、第１比較信号Ｖｃｏｍ１がＨｉｇｈ、第１乃至第３スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３がオフの状態である。負荷容量ＣＬおよびチャージポンプ回路１１のキャパシタはチャージされていない。
【００２９】
時間ｔ０で、制御信号ＶｃｏｎｔがＨｉｇｈになると、スイッチ制御回路１６ｂは第１および第２スイッチＳ１、Ｓ２をオンにする。これにより、チャージポンプ回路１１にスロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２が流れ込む（Ｉｃｐ＝Ｉ１＋Ｉ２）。
【００３０】
時間ｔ１で、チャージポンプ出力電圧Ｖｃｐ２が上昇し始めると、出力電圧Ｖｏｕｔもチャージポンプ出力電圧Ｖｃｐ２に応じて略直線的に上昇する。出力電流Ｉｏｕｔは、負荷容量ＣＬを充電する（Ｉｏｕｔ＝Ｉｃ）。
【００３１】
時間ｔ１と時間ｔ０の差は、チャージポンプ回路１１のキャパシタが充電され、チャージポンプ出力電圧Ｖｃｐ２が立ち上がり始めるまでの時間を示している。定電流Ｉ２は、チャージポンプ出力電圧Ｖｃｐ２が立ち上がり始めるまでの時間を短縮するために設けられている。
【００３２】
時間ｔ２で、出力電圧Ｖｏｕｔが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えると、コンパレータ１４が作動し、第１比較信号Ｖｃｏｍ１がＬｏｗになる。第１比較信号Ｖｃｏｍ１がＬｏｗになると、タイマー回路１５が起動し、計時を開始する。
【００３３】
タイマー回路１５は、所定の時間ΔＴ１が経過するとタイマー信号ＶｔｍをＨｉｇｈにする。時間ΔＴ１は、時間ｔ２＋時間ΔＴ１が、出力電圧Ｖｏｕｔが略電源電圧Ｖ１まで立ち上がるのに要する時間よりも長くなるように設定されている。
【００３４】
負荷容量ＣＬが満充電になると、出力電流Ｉｏｕｔは負荷抵抗ＲＬに流れる（Ｉｏｕｔ＝Ｉｒ）。時間ｔ２と時間ｔ３の間で、出力電圧Ｖｏｕｔが略電源電圧Ｖ１まで立ち上がる。
【００３５】
時間ｔ３（時間ｔ２＋時間ΔＴ１）で、タイマー信号ＶｔｍがＨｉｇｈになると、スイッチ制御回路１６ｂは第１および第２スイッチＳ１、Ｓ２をオフにし、第３スイッチＳ３をオンにする。これにより、チャージポンプ回路１１にスロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２より大きな第３電流Ｉ３が流れ込む（Ｉｃｐ＝Ｉ３）。
【００３６】
第３電流Ｉ３は、チャージポンプ回路１１が所定のチャージポンプ出力電圧Ｖｃｐ２を維持するために必要な電流である。即ち、チャージポンプ回路１１のキャパシタの満充電を維持するために必要な電流である。
【００３７】
第３電流Ｉ３への切り替えは、出力電圧Ｖｏｕｔが略電源電圧Ｖ１まで立ち上がった後に行われるので、チャージポンプ回路１１にスロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２より大きな第３電流Ｉ３が流れ込んでも、突入電流は発生しない。
【００３８】
次に、電源回路１０を集積回路で実現する場合の等価回路例について説明する。
【００３９】
図３に示すように、ＭＯＳトランジスタＭＮ３、ＭＮ４はカレントミラー回路ＣＭ１を構成している。ＭＯＳトランジスタＭＰ２、ＭＰ３はカレントミラー回路ＣＭ２を構成している。ＭＯＳトランジスタＭＰ６、ＭＰ７はカレントミラー回路ＣＭ３を構成している。ＭＯＳトランジスタＭＮ３、ＭＮ６もカレントミラー回路ＣＭ４を構成している。ＭＯＳトランジスタＭＰ６、ＭＰ８もカレントミラー回路ＣＭ５を構成している。
【００４０】
ＭＯＳトランジスタＭＮ２、ＭＮ５、ＭＮ７、ＭＮ９、ＭＰ１、ＭＰ４、ＭＰ５、ＭＮ１３は、それぞれスイッチとしての役割を担っている。
【００４１】
ＭＯＳトランジスタＭＰ１０、ＭＮ１１、およびＭＯＳトランジスタＭＰ１１、ＭＮ１２は、それぞれインバータである。
【００４２】
電圧ＶＡは制御信号Ｖｃｏｎｔの反転信号に対応する電圧で、制御信号ＶｃｏｎｔがＨｉｇｈの時にＬｏｗ（ＧＮＤ）、ＬＯＷの時にＨｉｇｈ(電源電圧Ｖ１)になる。
【００４３】
電圧ＶＡがＬｏｗになると、ＭＯＳトランジスタＭＮ２がオフになり、ＭＯＳトランジスタＭＮ３に定電流Ｉ２が流れる。
【００４４】
タイマー回路１５が切り替わらない間（タイマー信号ＶｔｍがＬｏｗのとき）は、ＭＯＳトランジスタＭＮ５がオン、ＭＯＳトランジスタＭＰ１がオフ、ＭＯＳトランジスタＭＰ４がオン、ＭＯＳトランジスタＭＰ５がオフである。
【００４５】
ＭＯＳトランジスタＭＮ３、ＭＮ４のサイズ（ゲート幅Ｗとゲート長Ｌの比Ｗ／Ｌ）は、同じに設定されている（カレントミラー回路ＣＭ１のミラー比＝１）。ＭＯＳトランジスタＭＰ２、ＭＰ３のサイズは同じに設定されている（カレントミラー回路ＣＭ２のミラー比＝１）。
【００４６】
従って、制御信号ＶｃｏｎｔがＨｉｇｈで、かつタイマー回路１５が切り替わっていない時、チャージポンプ回路１１に定電流Ｉ２が流れる（Ｉｃｐ＝Ｉ２）。
【００４７】
次に、第１電流手段２１について説明する。ＭＯＳトランジスタＭＮ７のドレイン電極とキャパシタＣ１の接続点をノードＮ２とする。電圧ＶＡがＨｉｇｈのとき、ＭＯＳトランジスタＭＮ７はＯＮしているので、ノードＮ２の電圧ＶＣ１はＧＮＤ電位となる。
【００４８】
電圧ＶＡがＬｏｗになると、ＭＯＳトランジスタＭＮ７はＯＦＦとなり、キャパシタＣ１は定電流Ｉ２に比例する定電流Ｉ２×ｋ(ｋは定数で、カレントミラー回路ＣＭ３、ＣＭ４のミラー比の積)でチャージされる。ノードＮ２の電圧ＶＣ１は、ＶＣ１＝Ｉ２×ｋ／Ｃ１となり、時間ｔに比例して上昇する。
【００４９】
電圧ＶＣ１は、ＭＯＳトランジスタＭＮ８のゲート電圧である。ＭＯＳトランジスタＭＮ８のゲート電圧は時間とともに上昇してＭＯＳトランジスタＭＮ８に流れる電流Ｉ１は時間とともに増加する。ＭＯＳトランジスタＭＮ８のソース電極に抵抗Ｒ１が接続されている。電流Ｉ１は、１／Ｒ１に比例した傾きで増加する。
【００５０】
従って、制御信号ＶｃｏｎｔがＨｉｇｈで、かつタイマー回路１５が切り替わっていない時、チャージポンプ回路１１に電流Ｉ１が流れる。
【００５１】
合わせると、チャージポンプ回路１１は、制御信号がＨｉｇｈで、かつタイマー回路１５が切り替わっていない時、Ｉ１＋Ｉ２の電流が流れる（Ｉｃｐ＝Ｉ１＋Ｉ２）。Ｉ１は１／Ｒ１に比例した傾きで増加する電流であり、チャージポンプ出力電圧Ｖｃｐ２は線形に増加する。チャージポンプ出力電圧Ｖｃｐ２は出力ＭＯＳトランジスタ１３のゲート電極に印加されているので、出力電圧Ｖｏｕｔも線形に増加する。
【００５２】
次に、タイマー回路１５について説明する。ＭＯＳトランジスタＭＮ９のドレイン電極とキャパシタＣ２の接続点をノードＮ３とする。ＭＯＳトランジスタＭＮ９のゲート電極はコンパレータ１４の出力端子に接続されている。
【００５３】
コンパレータ１４の正入力端子には第１基準電圧Ｖｒｅｆ１＝Ｖ１×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）が印加される。例えばＲ２＝Ｒ３のとき、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１＝Ｖ１×０．５に設定される。負入力端子はノードＮ１に接続され、出力電圧Ｖｏｕｔが印加される。
【００５４】
出力電圧Ｖｏｕｔが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１より小さいとき（Ｖｏｕｔ＜Ｖｆｒｅ１）は、第１比較信号Ｖｃｏｍ１がＨｉｇｈであり、ＭＯＳトランジスタＭＮ９はＯＮになる。その結果、ノードＮ３の電圧ＶＣ２は接地電位ＧＮＤになる。
【００５５】
出力電圧Ｖｏｕｔが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１より大きく（Ｖｏｕｔ＞Ｖｆｒｅ１）なると、第１比較信号Ｖｃｏｍ１がＬｏｗになり、ＭＯＳトランジスタＭＮ９はＯＦＦになる。その結果、キャパシタＣ２に定電流Ｉ２に比例した定電流Ｉ２×ｍ(ｍは定数で、カレントミラー回路ＣＭ５のミラー比)が流れる。
【００５６】
キャパシタＣ２がチャージされると、ノードＮ３の電圧ＶＣ２はＩ２×ｍ×ｔ／Ｃ２となり、時間ｔに比例して上昇する。
【００５７】
ＭＯＳトランジスタＭＰ９の閾値電圧をＶｔｈｐとする。端子電圧ＶＣ２がＶ１−|Ｖｔｈｐ|より大きくなると、ＭＯＳトランジスタＭＰ９はＯＦＦとなり、ＭＯＳトランジスタＭＰ１０、ＭＮ１１で構成されるインバータ、ＭＯＳトランジスタＭＰ１１、ＭＮ１２で構成されるインバータは反転してタイマー回路１５が切替り、ＭＯＳトランジスタＭＰ３がＯＦＦ、ＭＯＳトランジスタＭＰ５がＯＮとなる。
【００５８】
その結果、チャージポンプ回路１１にはＭＯＳトランジスタＭＰ３を通して流れていたスロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２が供給されなくなり、ＭＯＳトランジスタＭＰ５を通して第３電流Ｉ３が供給される。
【００５９】
キャパシタＣ２がチャージ開始されてからタイマー回路１５が切替るまでの時間ΔＴ１は、(Ｖ１−|Ｖｔｈｐ|)×Ｃ２／（Ｉ２×ｍ）となる。カレントミラー比ｍを調整することにより、タイマー時間ΔＴ１が設定できる。
【００６０】
次に、比較例の電源回路およびその動作について説明する。図４は比較例の電源回路を示すブロック図である。図５は比較例の電源回路４０の動作を示すタイミングチャートである。ここで、比較例の電源回路とは、第１電流手段２１およびタイマー回路１５を有しない電源回路のことである。
【００６１】
図４に示すように、比較例の電源回路４０は、第２電流源２２と第３電流手段２３を有する電流供給回路４１と、電流選択回路４２とを備えている。電流選択回路４２のスイッチ回路４２ａは、第２スイッチＳ２および第３スイッチＳ３を有している。
【００６２】
図５に示すように、時間ｔ０で、制御信号ＶｃｏｎｔがＨｉｇｈになると、スイッチ制御回路１６ｂは第２スイッチＳ２をオンにする。チャージポンプ電流Ｉｃｐとして定電流Ｉ２のみがチャージポンプ回路１１に供給され、出力電圧Ｖｏｕｔが立ち上がる。
【００６３】
時間ｔ２で、出力電圧Ｖｏｕｔが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１であるＶ１×β(βは定数、例えば０．９)になると、第２スイッチＳ２がオフ、第３スイッチＳ３がオンになるので、チャージポンプ電流Ｉｃｐが定電流Ｉ２より大きい第３電流Ｉ３に切り替わる。
【００６４】
しかし、この時点では出力電圧Ｖｏｕｔが電源電圧Ｖ１まで立ち上がりきっていないので、切り替わり時に突入電流が発生する。
【００６５】
また、チャージポンプ回路１１のキャパシタにチャージされる電荷量はチャージポンプ電流Ｉｃｐに比例するので、定電流Ｉ２が製造プロセスのばらつき等により小さ過ぎると、チャージポンプ出力電圧Ｖｃｐ２は目標値よりも低下する。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔが電源電圧Ｖ１に立ち上がりきらないところで飽和する場合がある。
【００６６】
出力電圧ＶｏｕｔがＶ１×０．９未満で飽和すると、チャージポンプ電流Ｉｃｐの切り替えがおこなわれない。従って、出力電圧Ｖｏｕｔは電源電圧Ｖ１まで立ち上がれない。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態の電源回路１０は、立ち上がり時にチャージポンプ電流Ｉｃｐとしてスロープ電流Ｉ１と定電流Ｉ２をチャージポンプ回路１１に供給するための電流供給回路１２と、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の第１基準電圧Ｖｒｅｆ１に達すると、タイマー回路１５を起動するための第１コンパレータ１４と、所定の時間ΔＴ１が経過するとチャージポンプ電流Ｉｃｐを第３電流Ｉ３に切り替えるためのタイマー回路１５とを有している。
【００６８】
その結果、スロープ電流Ｉ１は出力電圧Ｖｏｕｔが確実に立ち上がるまで流れ続ける。出力電圧Ｖｏｕｔが確実に電源電圧Ｖ１まで立ち上がった後に、チャージポンプ電流Ｉｃｐを第３電流Ｉ３に切り替えることができる。従って、立ち上がり時の突入電流を抑制した電源回路が得られる。
【００６９】
立ち上がり時のチャージポンプ電流Ｉｃｐの不足により、出力電圧Ｖｏｕｔが電源電圧Ｖ１まで立ち上がりきらずに飽和したところで、チャージポンプ電流Ｉｃｐが第３電流Ｉ３に切り換わるという不具合は生じない。
【００７０】
更に、飽和した出力電圧Ｖｏｕｔが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１未満のとき、チャージポンプ電流Ｉｃｐが第３電流Ｉ３に切り換わらず、電源電圧Ｖ１まで立ち上がれないという不具合は生じない。
【００７１】
ここでは、電圧端子２４に電源電圧Ｖ１を入力する場合について説明したが、電源電圧Ｖ１と異なる電圧でも構わない。電圧端子２４に入力する電圧は、例えばチャージポンプ回路の昇圧率に応じて適宜変更してもよい。昇圧率が高い場合は電圧を電源電圧Ｖ１より低くし、昇圧率が低い場合は電源電圧Ｖ１より高くする。
【００７２】
出力ＭＯＳトランジスタがｎチャネルＭＯＳトランジスタである場合について説明したが、ｐチャネルＭＯＳトランジスタとすることも可能である。
【００７３】
初期状態の制御信号ＶｃｏｎｔがＬｏｗである場合について説明したが、制御信号ＶｃｏｎｔをＨｉｇｈとし、電圧ＶＡを制御信号Ｖｃｏｎｔに対応する電圧とすることもできる。
【００７４】
電源回路１０が主にアナログ回路で実現される場合について説明したが、特に限定されない。デジタル回路を含む回路であっても構わない。
【００７５】
（実施形態２）
本実施形態に係る電源回路について図６および図７を用いて説明する。図６は電源回路を示す回路図である。図７は電源回路の動作を示すタイミングチャートである。
【００７６】
本実施形態において、上記実施形態１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施形態が実施形態１と異なる点は、第１電流手段がタイマー回路を兼ねるようにしたことにある。
【００７７】
即ち、図６に示すように、電源回路５０は、図３に示す電源回路１０におけるＭＯＳトランジスタＭＰ８、ＭＮ９およびキャパシタＣ２を有しない電源回路である。ＭＯＳトランジスタＭＰ９のゲート電極は、ノードＮ２に接続されている。スイッチであるＭＯＳトランジスタＭＮ７のゲート電極は、コンパレータ１４の出力端子に接続されている。
【００７８】
出力電圧Ｖｏｕｔが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１＝Ｖ１×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）に達するとＭＯＳトランジスタＭＮ７がオフになり、スロープ電流Ｉ１が流れる。ノードＮ２の電圧ＶＣ１が上昇し、ＭＯＳトランジスタＭＰ９がＯＦＦになると、タイマーが切り替わる。
【００７９】
図７に示すように、時間ｔ０で、制御信号ＶｃｏｎｔがＨｉｇｈになると、第２スイッチＳ２がオンになり、チャージポンプ回路１１に定電流Ｉ２が流れる（Ｉｃｐ＝Ｉ２）。
【００８０】
時間ｔ２で、出力電圧Ｖｏｕｔが第１基準電圧Ｖｒｆｅ１より大きくなると、第１比較信号Ｖｃｏｍ１がＬｏｗになり、第１スイッチＳ１がオンになり、スロープ電流Ｉ１がチャージポンプ回路１１に流れ出す（Ｉｃｐ＝Ｉ１＋Ｉ２）。タイマーが起動する。
【００８１】
時間ｔ３で、所定の時間ΔＴ１が経過すると、第１、第２スイッチＳ２がオフ、第３スイッチＳ３がオンになり、チャージポンプ電流Ｉｃｐが第３電流Ｉ３に切り換わる。
【００８２】
所定の時間ΔＴ１は、出力電圧Ｖｏｕｔが略電源電圧Ｖｏｕｔまで立ち上がるのに要する時間に以上に設定されているので、突入電流は発生しない。
【００８３】
電源回路５０では、スロープ電流Ｉ１の傾きと所定の時間ΔＴ１は独立に設定することはできず、タイマー時間ΔＴ２はスロープ電流Ｉ１の傾きに依存する。タイマー時間ΔＴ２はスロープ電流Ｉ１の傾きが大きければ短くなり、小さければ長くなる。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態の電源回路５０は、第１電流手段２１とタイマー回路１５を兼ねているので、電源回路を構成する素子数が低減する。従って、電源回路が設けられた集積回路チップの面積を低減できる利点がある。
【００８５】
（実施形態３）
本実施形態に係る電源回路について図８および図９用いて説明する。図８は本実施形態の電源回路を示すブロック図である。図９は本実施形態の電源回路の動作を示すタイミングチャートである。
【００８６】
本実施形態において、上記実施形態１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施形態が実施形態１と異なる点は、第２コンパレータを有することにある。
【００８７】
即ち、図８に示すように、本実施形態の電源回路６０は、第２コンパレータ６１を有している。第２コンパレータ６１は、負入力端子がノードＮ１に接続され、正入力端子に第２基準電圧Ｖｒｅｆ２が入力され、第２比較信号（第２比較結果）Ｖｃｏｍ２がスイッチ制御回路１６ｂに出力されている。
【００８８】
第２基準電圧Ｖｒｅｆ２は電源電圧Ｖ１を分圧した電圧で、Ｖ１×γで表される。第２基準電圧Ｖｒｅｆ２は、例えば第１基準電圧Ｖｒｅｆ１より小さく設定されている。
【００８９】
図９に示すように、時間ｔ０で、制御信号ＶｃｏｎｔがＨｉｇｈになると、第２スイッチＳ２がオンになり、チャージポンプ回路１１に定電流Ｉ２が流れる（Ｉｃｐ＝Ｉ２）。出力電圧Ｖｏｕｔは、遅れて時間ｔ１で立ち上がり始める。
【００９０】
時間ｔ２で、出力電圧Ｖｏｕｔが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を超えると、第２比較信号Ｖｃｏｍ２がＬｏｗになる。第１スイッチＳ１がオンになり、チャージポンプ回路１１にスロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２が流れる（Ｉｃｐ＝Ｉ１＋Ｉ２）。
【００９１】
時間ｔ３で、出力電圧Ｖｏｕｔが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えると、第１比較信号Ｖｃｏｍ１がＬｏｗになり、タイマー回路１５が起動する。
【００９２】
時間ｔ４で、タイマー信号ＶｔｍがＨｉｇｈになる。第１、第２スイッチＳ１、Ｓ２がオフ、第３スイッチＳ３がオンになり、チャージポンプ電流Ｉｃｐが第３電流Ｉ３に切り換わる（Ｉｃｐ＝Ｉ３）。
【００９３】
以上説明したように、本実施形態の電源回路６０は、二つのコンパレータを有しているので、チャージポンプ回路１１にスロープ電流Ｉ１を流すタイミングとタイマー回路１５を起動するタイミング、即ちチャージポンプ電流Ｉｃｐを第３電流Ｉ３に切り換えるタイミングを独立して設定できる利点がある。タイマー回路１５の所定の時間ΔＴ２は、所定の時間ΔＴ１より短くすることが可能である。
【００９４】
（実施形態４）
本実施形態に係る電源回路について図１０および図１１用いて説明する。図１０は本実施形態の電源回路を示すブロック図である。図１１は本実施形態の電源回路の動作を示すタイミングチャートである。
【００９５】
本実施形態において、上記実施形態１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施形態が実施形態１と異なる点は、タイマー回路の起動を制御信号で行うようにしたことにある。
【００９６】
即ち、図１０に示すように、本実施形態の電源回路７０は、制御信号Ｖｃｏｎｔがスイッチ制御回路１６ｂおよびタイマー回路１５に入力され、第１比較信号Ｖｃｏｍ１がスイッチ制御回路１６ｂに入力されている。
【００９７】
図１１に示すように、時間ｔ０で、制御信号ＶｃｏｎｔがＨｉｇｈになると、第２スイッチＳ２がオンになり、チャージポンプ回路１１に定電流Ｉ２が流れる（Ｉｃｐ＝Ｉ２）。同時にタイマー回路１５が起動し、計時を開始する。出力電圧Ｖｏｕｔは、遅れて時間ｔ１で立ち上がり始める。
【００９８】
時間ｔ２で、出力電圧Ｖｏｕｔが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えると、第１コンパレータ１４は第１比較信号Ｖｃｏｍ１をＬｏｗにする。スイッチ制御回路１６ｂは第２スイッチＳ２をオンにするので、チャージポンプ回路１１にスロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２が流れる（Ｉｃｐ＝Ｉ１＋Ｉ２）。
【００９９】
時間ｔ３で、所定の時間ΔＴ３が経過するので、タイマー回路１５はタイマー信号ＶｔｍをＨｉｇｈにする。スイッチ制御回路１６ｂは第１および第２スイッチＳ１、Ｓ２をオフにし、第３スイッチＳ３をオンにするので、チャージポンプ電流Ｉｃｐが第３電流Ｉ３に切り換わる（Ｉｃｐ＝Ｉ３）。
【０１００】
以上説明したように、本実施形態の電源回路７０は、制御信号Ｖｃｏｎｔによりタイマー回路１５を起動し、第１比較信号Ｖｃｏｍ１によりスロープ電流Ｉ１を流している。本実施形態においても、チャージポンプ電流Ｉｃｐが第３電流Ｉ３に切り換わるときに突入電流は発生しない。
【０１０１】
タイマー回路１５の所定の時間ΔＴ３は、時間ΔＴ１より長くなるので、図３に示すキャパシタＣ２の容量は時間ΔＴ１を得るのに必要な容量より大きく設定する。
【０１０２】
（実施形態５）
本実施形態に係る電源回路について図１２および図１３用いて説明する。図１２は本実施形態の電源回路を示すブロック図である。図１３は本実施形態の電源回路の動作を示すタイミングチャートである。
【０１０３】
本実施形態において、上記実施形態１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施形態が実施形態１と異なる点は、第１コンパレータを有さないことにある。
【０１０４】
即ち、図１２に示すように、本実施形態の電源回路８０は、第１コンパレータ１４を有していない。タイマー回路１５には制御信号Ｖｃｏｎｔが入力されている。タイマー回路１５は、制御信号Ｖｃｏｎｔにより起動される。
【０１０５】
図１３に示すように、時間ｔ０で、制御信号ＶｃｏｎｔがＨｉｇｈになると、スイッチ制御回路１６ｂは第１および第２スイッチＳ１、Ｓ２をオンにするので、チャージポンプ回路１１にスロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２が流れる（Ｉｃｐ＝Ｉ１＋Ｉ２）。同時にタイマー回路１５が起動し、計時を開始する。
【０１０６】
出力電圧Ｖｏｕｔは、遅れて時間ｔ１で立ち上がり始める。出力電圧Ｖｏｕｔが立ち上がった後も、スロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２が流れ続けている。
【０１０７】
時間ｔ３で、所定の時間ΔＴ３が経過すると、タイマー回路１５はタイマー信号ＶｔｍをＨｉｇｈにする。スイッチ制御回路１６ｂは第１および第２スイッチＳ１、Ｓ２をオフにし、第３スイッチＳ３をオンにするので、チャージポンプ電流Ｉｃｐは第３電流Ｉ３に切り換わる（Ｉｃｐ＝Ｉ３）。
【０１０８】
以上説明したように、制御信号Ｖｃｏｎｔによりタイマー回路１５を起動し、制御信号Ｖｃｏｎｔによりスロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２を流している。本実施形態においても、チャージポンプ電流Ｉｃｐが第３電流Ｉ３に切り換わるときに突入電流は発生しない。
【０１０９】
ここでは、チャージポンプ回路１１にスロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２を流す場合について説明したが、定電流Ｉ２は流さなくても構わない。スロープ電流Ｉ１のみでも本実施形態の効果が得られる。
【０１１０】
（実施形態６）
本実施形態に係る電源回路について図１４および図１５用いて説明する。図１４は本実施形態の電源回路を示すブロック図である。図１５は本実施形態の電源回路の動作を示すタイミングチャートである。
【０１１１】
本実施形態において、上記実施形態１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施形態が実施形態１と異なる点は、第３電流手段を有さないことにある。
【０１１２】
即ち、図１４に示すように、本実施形態の電源回路９０では、電流供給回路９１は第１および第２電流手段を有し、第３電流手段２３を有しない。電流選択回路９２のスイッチ回路９２ａは、第１および第２スイッチＳ１、Ｓ２を有し、第３スイッチＳ３を有しない。
【０１１３】
第３電流Ｉ３が流れないことから、チャージポンプ電流Ｉｃｐを第３電流Ｉ３に切り換えるためのタイマー回路１５、およびダイマー回路１５を起動する第１コンパレータ１４も不要である。
【０１１４】
図１５に示すように、時間ｔ０で、制御信号ＶｃｏｎｔがＨｉｇｈになると、スイッチ制御回路１６ｂは第１および第２スイッチＳ１、Ｓ２をオンにするので、チャージポンプ回路１１にスロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２が流れる（Ｉｃｐ＝Ｉ１＋Ｉ２）。
【０１１５】
時間ｔ１で、出力電圧Ｖｏｕｔが立ち上がり始める。出力電圧Ｖｏｕｔが立ち上がった後も、チャージポンプ回路１１にスロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２が流れ続ける。
【０１１６】
スロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２は、チャージポンプ回路１１の定常動作に必要な電流までカバーできるように設定しておく。スロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２が定常動作に必要な電流に達すると、チャージポンプ電流Ｉｃｐはそれ以上流れなくなり、略一定になる。
【０１１７】
スロープ電流Ｉ１を長時間流すためには、図３に示すキャパシタＣ１の容量をできるだけ大きく設定するとよい。
【０１１８】
以上説明したように、本実施形態の電源回路８０は、チャージポンプ回路１１にスロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２をのみ流している。本実施形態においては、チャージポンプ電流Ｉｃｐが第３電流Ｉ３に切り換わらないので、突入電流は発生しない。
【０１１９】
ここでは、チャージポンプ回路１１にスロープ電流Ｉ１および定電流Ｉ２を流す場合について説明したが、定電流Ｉ２は流さなくても構わない。スロープ電流Ｉ１のみでも本実施形態の効果が得られる。
【０１２０】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【０１２１】
なお、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
【０１２２】
（付記１）  前記電流選択回路は、前記チャージポンプ回路の起動時に、前記第１電流を選択する請求項３に記載の電源回路。
【０１２３】
（付記２）  前記電流選択回路は、前記チャージポンプ回路の起動時に、前記第１および第２電流の両方を選択する請求項３に記載の電源回路。
【０１２４】
（付記３）  前記電流選択回路は、前記チャージポンプ回路の起動時に、前記第２電流を選択し、前記第２電圧の立ち上がり状態に応じて、前記第１および第２電流の両方を選択する請求項３に記載の電源回路。
【０１２５】
（付記４）  前記電圧供給回路は、定電流でチャージされるキャパシタと、ゲート電極が前記キャパシタの一端に接続され、前記キャパシタの端子電圧の上昇に応じて前記第１電流が流れる絶縁ゲート電界効果トランジスタと抵抗の直列回路とを具備する請求項５に記載の電源回路。
【０１２６】
（付記５）  前記タイマー回路は、定電流でチャージされるキャパシタと、ゲート電極が前記キャパシタの一端に接続され、前記キャパシタの端子電圧が所定の値に上昇すると反転する絶縁ゲート電界効果トランジスタとを具備する請求項５に記載の電源回路。
【符号の説明】
【０１２７】
１０、４０、５０、６０、７０、８０、９０  電源回路
１１  チャージポンプ回路
１２、４１、９１  電流供給回路
１３  出力ＭＯＳトランジスタ
１４、６１  第１、第２コンパレータ
１５  タイマー回路
１６、４２、９２  電流選択回路
１６ａ、４２ａ、９２ａ  スイッチ回路
１６ｂ  スイッチ制御回路
２１、２２、２３  第１、第２、第３電流手段
２４、２５  電圧端子
２６  出力端子
２７  接地端子
２８  制御端子
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３  第１、第２、第３スイッチ
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３  第１、第２、第３電流
ＲＬ  負荷抵抗
ＣＬ  負荷容量
Ｖ１  電源電圧
Ｖｏｕｔ  出力電圧
Ｉｏｕｔ  出力電流
Ｖｃｏｎｔ  制御信号
Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２  第１、第２基準電圧
Ｖｃｏｍ１、Ｖｃｏｍ２  第１、第２比較信号
Ｖｔｍ  タイマー信号
Ｉｃｐ  チャージポンプ電流
Ｖｃｐ１  チャージポンプ入力電圧
Ｖｃｐ２  チャージポンプ出力電圧
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３  ノード
【図１】
2016024773.tif 000003
【図２】
2016024773.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016024773.tif 000007
【図６】
2016024773.tif 000008
【図７】
2016024773.tif 000009
【図８】
2016024773.tif 000010
【図９】
2016024773.tif 000011
【図１０】
2016024773.tif 000012
【図１１】
2016024773.tif 000013
【図１２】
2016024773.tif 000014
【図１３】
2016024773.tif 000015
【図１４】
2016024773.tif 000016
【図１５】
2016024773.tif 000017