(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電源ノードと第１のノードとの間に接続され、第１のサイクルでオン状態、前記第１のサイクルに続く第２のサイクルでオフ状態になる第１のスイッチと、
前記第１のノードと第２のノードとの間に接続された第１の分圧コンデンサと、
前記第２のノードと第３のノードとの間に接続され、前記第１のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第２のスイッチと、
前記第３のノードと第４のノードとの間に接続された第２の分圧コンデンサと、
前記第４のノードと第２の電源ノードとの間に接続され、前記第１のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第３のスイッチと、
前記第１の電源ノードと前記第３のノードとの間に接続され、前記第１のサイクルでオフ状態、前記第２のサイクルでオン状態になる第４のスイッチと、
前記第４のノードと前記第１のノードとの間に接続され、前記第４のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第５のスイッチと、
前記第２のノードと前記第２の電源ノードとの間に接続され、前記第４のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第６のスイッチと、
前記第２のノードと第１の出力端子との間に接続され、前記第１のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第７のスイッチと、
前記第１の出力端子と前記第２の電源ノードとの間に接続された第１の平滑コンデンサと、
前記第４のノードと第２の出力端子との間に接続され、前記第４のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第８のスイッチと、
前記第２の出力端子と前記第２の電源ノードとの間に接続された第２の平滑コンデンサとを備えた電源回路において、
前記第１と第２の出力端子から流出する電荷量の差を検出してこの差の電荷量を、電荷量不足側の前記第１又は第２の出力端子側に供給する負帰還回路、
を設けたことを特徴とする電源回路。
【請求項２】
第１の電源ノードと第１のノードとの間に接続され、第１のサイクルでオン状態、前記第１のサイクルに続く第２のサイクルでオフ状態になる第１のスイッチと、
前記第１のノードと第２のノードとの間に接続された第１の分圧コンデンサと、
前記第２のノードと第３のノードとの間に接続され、前記第１のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第２のスイッチと、
前記第３のノードと第４のノードとの間に接続された第２の分圧コンデンサと、
前記第４のノードと第２の電源ノードとの間に接続され、前記第１のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第３のスイッチと、
前記第１の電源ノードと前記第３のノードとの間に接続され、前記第１のサイクルでオフ状態、前記第２のサイクルでオン状態になる第４のスイッチと、
前記第４のノードと前記第１のノードとの間に接続され、前記第４のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第５のスイッチと、
前記第２のノードと前記第２の電源ノードとの間に接続され、前記第４のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第６のスイッチと、
前記第２のノードと第１の出力端子との間に接続され、前記第１のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第７のスイッチと、
前記第１の出力端子と前記第２の電源ノードとの間に接続された第１の平滑コンデンサと、
前記第４のノードと第２の出力端子との間に接続され、前記第４のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第８のスイッチと、
前記第２の出力端子と前記第２の電源ノードとの間に接続された第２の平滑コンデンサとを備えた電源回路において、
前記第１又は第２の出力端子の出力電圧と基準電圧とを比較し、前記第１及び第２の出力端子から流出する電荷量の差を、電荷量不足側の前記第１又は第２の出力端子側に供給する負帰還回路、
を設けたことを特徴とする電源回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、コンデンサを使用して直流電源−直流電源変換を行う降圧型電源回路（これは「スイッチト・キャパシタ型電源回路」ともいう。）に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
【０００４】
従来、このような降圧型電源回路としては、例えば、次のような文献に記載されるものがあった。
【０００５】
文献：National Semiconductor社製品カタログ「LM3352 Regulated 200mA            Buck-Boost Switched-Capacitor DC-DC Converter （1999-3）
【０００６】
図８は、前記文献に記載された従来の降圧型電源回路の概略を示す回路図である。
【０００７】
この降圧型電源回路は、主として、複数のコンデンサ（例えば、分圧コンデンサ１−１及び平滑コンデンサ１−２）と、充電／放電サイクルでコンデンサ１−１，１−２の接続状態を変える複数のスイッチ（例えば、充電用スイッチ２−１，２−２、及び放電用スイッチ２−３，２−４）とで構成されている。
【０００８】
充電用スイッチ２−１、分圧コンデンサ１−１、充電用スイッチ２−２、及び平滑コンデンサ１−２は、電源電圧ＶＤＤが供給される電源ノードと、接地電位のグランド（以下「ＧＮＤ」という。）との間に直列に接続されている。充電用スイッチ２−２と平滑コンデンサ１−２との接続点には、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを出力する出力端子３が接続されている。放電用スイッチ２−３、分圧コンデンサ１−１、及び放電用スイッチ２−４は、出力端子３とＧＮＤとの間に直列に接続されている。充電用スイッチ２−１，２−２は、充電サイクル時においてスイッチ切替信号Ｓ５によりオン状態となるスイッチである。放電用スイッチ２−３，２−４は、放電サイクル時においてスイッチ切替信号Ｓ７によりオン状態となるスイッチである。
【０００９】
動作としては、充電サイクルにおいて、スイッチ切替信号Ｓ５により充電用スイッチ２−１，２−２がオン状態、スイッチ切替信号Ｓ７により放電用スイッチ２−３，２−４がオフ状態になると、オン状態の充電用スイッチ２−１，２−２により、分圧コンデンサ１−１及び平滑コンデンサ１−２が、電源電圧ＶＤＤとＧＮＤとの間に直列に接続される。これにより、各コンデンサ１−１，１−２が電圧ＶＤＤ／２で充電される。
【００１０】
放電サイクルでは、スイッチ切替信号Ｓ７により放電用スイッチ２−３，２−４がオン状態、スイッチ切替信号Ｓ５により充電用スイッチ２−１，２−２がオフ状態となる。オン状態の放電用スイッチ２−３，２−４により、電圧ＶＤＤ／２で充電された分圧コンデンサ１−１及び平滑コンデンサ１−２が、出力端子３とＧＮＤとの間に並列に接続される。
【００１１】
スイッチ切替信号Ｓ５，Ｓ７により、充電／放電サイクルを高速に繰り返すことにより、出力端子３から、定常的に電圧ＶＤＤ／２に降圧された直流の出力電圧Ｖｏを出力することができる。
【００１２】
このように、出力電圧Ｖｏは、２個のコンデンサ１−１，１−２とこの接続方法によって回路的にＶＤＤ／２とだいたい決まってしまうが、該出力電圧ＶｏをＶＤＤ／２値以下の所望の電圧値に設定することもできる。
【００１３】
この場合は、図８に示すようなスイッチ切替信号生成回路を用いる。スイッチ切替信号生成回路は、クロック信号ＣＫに基づきスイッチングパルスを発生するスイッチングパルス発生回路４と、この出力信号を駆動して充電用のスイッチ切替信号Ｓ５を出力するバッファ５と、基準電圧Ｖｒと出力電圧Ｖｏを比較する演算増幅器（以下「オペアンプ」という。）６と、このオペアンプ６の出力信号とスイッチングパルス発生回路４の出力信号との論理積を求めて放電用のスイッチ切替信号Ｓ７を出力するＡＮＤゲート７とを備えている。
【００１４】
このようなスイッチ切替信号生成回路において、出力電圧Ｖｏと基準電圧Ｖｒとをオペアンプ６で比較し、出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒより低くなったときだけ、ＡＮＤゲート７から出力される放電用のスイッチ切替信号Ｓ７によって放電用スイッチ２−３，２−４をオン状態にし、分圧コンデンサ１−１に蓄積された電荷を平滑コンデンサ１−２に供給する。このようにして得られた出力電圧Ｖｏは、オペアンプ６にフィードバックされるため、Ｖｏ≒Ｖｒの定常的な直流の出力電圧Ｖｏが出力端子３から得られる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、従来の降圧型電源回路では、次の（ａ）〜（ｃ）等の問題があった。
【００１７】
（ａ）  例えば、使用するコンデンサ数が最少の２個の場合、出力電圧ＶｏはＶｏ≦ＶＤＤ／２の降圧レベルしか生成することができない。
【００１８】
（ｂ）  分圧コンデンサ１−１及び平滑コンデンサ１−２は、比較的容量値が大きいので、集積回路化することが難しく、通常は外付けにされる。出力電圧ＶｏをＶｏ＞ＶＤＤ／２に設定したい場合は、コンデンサ数を３個以上に増やす必要があり、このため実装時の小型化に不向きである。又、コンデンサ数増加に伴い、充電／放電スイッチの数も増加するために、集積回路化したときのレイアウト面積及び消費電力も増大する。
【００１９】
（ｃ）  出力電圧Ｖｏのレベルは１種類のみで、複数の降圧レベルを出力できないので、使い勝手が悪い。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記課題を解決するために、本発明のうちの請求項１に係る発明は、第１の電源ノードと第１のノードとの間に接続され、第１のサイクルでオン状態、前記第１のサイクルに続く第２のサイクルでオフ状態になる第１のスイッチと、前記第１のノードと第２のノードとの間に接続された第１の分圧コンデンサと、前記第２のノードと第３のノードとの間に接続され、前記第１のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第２のスイッチと、前記第３のノードと第４のノードとの間に接続された第２の分圧コンデンサと、前記第４のノードと第２の電源ノードとの間に接続され、前記第１のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第３のスイッチと、前記第１の電源ノードと前記第３のノードとの間に接続され、前記第１のサイクルでオフ状態、前記第２のサイクルでオン状態になる第４のスイッチと、前記第４のノードと前記第１のノードとの間に接続され、前記第４のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第５のスイッチと、前記第２のノードと前記第２の電源ノードとの間に接続され、前記第４のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第６のスイッチと、前記第２のノードと第１の出力端子との間に接続され、前記第１のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第７のスイッチと、前記第１の出力端子と前記第２の電源ノードとの間に接続された第１の平滑コンデンサと、前記第４のノードと第２の出力端子との間に接続され、前記第４のスイッチと同一タイミングでオン、オフ状態が切替わる第８のスイッチと、前記第２の出力端子と前記第２の電源ノードとの間に接続された第２の平滑コンデンサとを備えた電源回路において、前記第１と第２の出力端子から流出する電荷量の差を検出してこの差の電荷量を、電荷量不足側の前記第１又は第２の出力端子側に供給する負帰還回路、を設けたことを特徴とする。
【００２５】
請求項１に係る発明では、このような構成を採用したことにより、第１のサイクルにおいて、第１、第２、第３及び第７のスイッチがオン状態になり、第１及び第２の分圧コンデンサが、第１と第２の電源ノード間に直列に接続される。第１のサイクルに続く第２のサイクルでは、第４、第５、第６及び第８のスイッチがオン状態になり、第２及び第１の分圧コンデンサが、第１と第２の電源ノード間に直列に接続される。そのため、第１のサイクル時に得られる出力電圧に対する第１の出力端子と、第２のサイクル時に得られる出力電圧に対する第２の出力端子とにより、２値の出力電圧が得られる。この際、負帰還回路が設けられているので、第１と第２の出力端子から流出する電荷量が異なる場合でも、この電荷量の差が負帰還回路によって補正され、出力電圧の平衡状態が保たれる。
【００２６】
請求項２に係る発明では、請求項１と同様の第１〜第８のスイッチ、第１、第２の分圧コンデンサ、及び第１、第２の平滑コンデンサとを備えた電源回路において、第１又は第２の出力端子の出力電圧と基準電圧とを比較し、前記第１及び第２の出力端子から流出する電荷量の差を、電荷量不足側の前記第１又は第２の出力端子側に供給する負帰還回路、を設けている。これにより、第１と第２の出力端子から流出する電荷量が異なる場合でも、この電荷量の差が負帰還回路によって補正され、出力電圧の平衡状態が保たれる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
【００３３】
［第１の実施形態］
【００３４】
（構成）
【００３５】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す降圧型電源回路の回路図である。
【００３６】
この降圧型電源回路は、容量Ｃ１の分圧コンデンサ１１−１、容量Ｃ２の分圧コンデンサ１１−２、４つのＥＶＥＮ（偶数）用の第１、第２、第３、第７のスイッチ１２−１，１２−２，１２−３，１２−７、４つのＯＤＤ（奇数）用の第４、第５、第６、第８のスイッチ１２−４，１２−５，１２−６，１２−８、第１の出力端子１４−１に接続された容量Ｃ３の第１の平滑コンデンサ１３−１、及び第２の出力端子１４−２に接続された容量Ｃ３の第２の平滑コンデンサ１３−２から構成されている。
【００３７】
本実施形態の電源回路は、第１のサイクル（例えば、ＥＶＥＮサイクル）と第２のサイクル（例えば、ＯＤＤサイクル）を持ち、ＥＶＥＮサイクル時は第１、第２、第３、第７のスイッチ１２−１，１２−２，１２−３，１２−７がオン状態となり、ＯＤＤサイクル時には第４、第５、第６、第８のスイッチ１２−４，１２−５，１２−６，１２−８がオン状態となる。これらのスイッチ１２−１〜１２−８は、例えば、図８のスイッチングパルス発生回路４から出力される切替信号によりオン／オフ状態が切替えられるスイッチであり、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ（以下「ＰＭＯＳ」という。）及びＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ（以下「ＮＭＯＳ」という。）からなるアナログスイッチでそれぞれ構成されている。
【００３８】
第１の電源ノード（例えば、電源電圧ＶＤＤノード）は、スイッチ１２−１を介して第１のノードＮ１に接続され、この第１のノードＮ１が、分圧コンデンサ１１−１の陽極及び陰極を介して、第２のノードＮ２に接続されている。第２のノードＮ２は、スイッチ１２−２を介して第３のノードＮ３に接続され、この第３のノードＮ３が、分圧コンデンサ１１−２の陽極及び陰極を介して、第４のノードＮ４に接続されている。第４のノードＮ４は、スイッチ１２−３を介して、第２の電源ノード（例えば、ＧＮＤノード）に接続されている。
【００３９】
又、ＶＤＤノードは、スイッチ１２−４を介して第３のノードＮ３に接続され、この第３のノードＮ３が、分圧コンデンサ１１−２の陽極及び陰極を介して、第４のノードＮ４に接続されている。第４のノードＮ４は、スイッチ１２−５を介して第１のノードＮ１に接続され、この第１のノードＮ１が、分圧コンデンサ１１−１の陽極及び陰極を介して、第２のノードＮ２に接続されている。
【００４０】
第２のノードＮ２は、スイッチ１２−６を介してＧＮＤノードに接続されている。この第２のノードＮ２は、スイッチ１２−７を介して、第１の出力電圧Ｖｏ１を出力する第１の出力端子１４−１に接続されている。第１の出力端子１４−１は、第１の平滑コンデンサ１３−１を介して、ＧＮＤノードに接続されている。第４のノードは、スイッチ１２−８を介して、第２の出力電圧Ｖｏ２を出力する第２の出力端子１４−２に接続されている。第２の出力端子１４−２は、第２の平滑コンデンサ１３−２を介してＧＮＤノードに接続されている。
【００４１】
即ち、ＥＶＥＮサイクル時は、分圧コンデンサ１１−１の陽極がＶＤＤノード、陰極が出力端子１４−１、分圧コンデンサ１１−２の陽極が出力端子１４−１、陰極がＧＮＤノードに接続されるように、ＥＶＥＮ用スイッチ１２−１，１２−２，１２−３，１２−７が接続されている。一方、ＯＤＤサイクル時は、分圧コンデンサ１１−１の陽極が出力端子１４−２、陰極がＧＮＤノード、分圧コンデンサ１１−２の陽極がＶＤＤノード、陰極が出力端子１４−２に接続されるように、ＯＤＤ用のスイッチ１２−４，１２−５，１２−６，１２−８が接続され、ＥＶＥＮサイクルに対して分圧コンデンサ１１−１と１１−２が、ＶＤＤノードとＧＮＤノードとの間で入替わるように接続されている。
【００４２】
（動作）
【００４３】
図２（ａ）〜（ｃ）は図１の動作説明図であり、同図（ａ）はＥＶＥＮサイクル時の接続状態を示す図、同図（ｂ）はＯＤＤサイクル時の接続状態を示す図、及び同図（ｃ）は動作波形図である。
【００４４】
図２（ａ）に示すように、ＥＶＥＮサイクルでは、容量Ｃ１の分圧コンデンサ１１−１がＶＤＤ側、容量Ｃ２の分圧コンデンサ１１−２がＧＮＤ側となるように、ＶＤＤ−ＧＮＤ間に直列に接続され、これらの分圧コンデンサ１１−１と１１−２の両極間には、それぞれの容量値に応じた電圧Ｖａ，Ｖｂが印加される。平滑コンデンサ１３−１の容量Ｃ３が、分圧コンデンサ１１−１の容量Ｃ１と分圧コンデンサ１１−２の容量Ｃ２に比べて十分に小さい場合、分圧コンデンサ１１−１の両極間にはＶＤＤ・Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）、分圧コンデンサ１１−２の両極間にはＶＤＤ・Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）の電圧で電荷が充電される。このとき分圧コンデンサ１１−２と平滑コンデンサ１３−１は、出力端子１４−１とＧＮＤとの間に並列に接続されるため、この出力端子１４−１には、ＶＤＤ・Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）なる電位が印加される。
【００４５】
又、図２（ｂ）に示すように、ＯＤＤサイクルでは、容量Ｃ１の分圧コンデンサ１１−１がＧＮＤ側、容量Ｃ２の分圧コンデンサ１１−２がＶＤＤ側となるように、ＶＤＤ−ＧＮＤ間に直列に接続され、ＥＶＥＮサイクルと同様に、分圧コンデンサ１１−１の両極間にはＶＤＤ・Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）、分圧コンデンサ１１−２の両極間にはＶＤＤ・Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）の電圧で電荷が充電される。このとき分圧コンデンサ１１−１と平滑コンデンサ１３−２は、出力端子１４−２とＧＮＤとの間に並列に接続されるため、出力端子１４−２にはＶＤＤ・Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）なる電位が印加される。
【００４６】
出力端子１４−１と１４−２から、それぞれ同じ量の出力電流Ｖｏが流れ出ており、かつＥＶＥＮサイクルとＯＤＤサイクルの周期ＴｃがＴｃ≪Ｃ３・Ｖｏ１／Ｉｏ、Ｔｃ≪Ｃ３・Ｖｏ２／Ｉｏを満たすように高速に切替わる場合、出力端子１４−１と１４−２からはそれぞれ、分圧コンデンサ１１−１と１１−２の容量比に応じた直流降圧電圧が出力され、その値は、Ｖｏ１≒ＶＤＤ・Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）、Ｖｏ２≒ＶＤＤ・Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。
【００４７】
（効果）
【００４８】
この第１の実施形態によれば、容量Ｃ１の分圧コンデンサ１１−１と容量Ｃ２の分圧コンデンサ１１−２を、ＥＶＥＮサイクルでは分圧コンデンサ１１−１をＶＤＤ側、分圧コンデンサ１１−２をＧＮＤ側、一方、ＯＤＤサイクルでは分圧コンデンサ１１−１をＧＮＤ側、分圧コンデンサ１１−２をＶＤＤ側に極性を変えずにＶＤＤ−ＧＮＤ間に直列に接続し、これを高速に切替えることにより、次の（ｉ）〜（iii）のような効果が得られる。
【００４９】
（ｉ）  ２つの分圧コンデンサ１１−１，１１−２の容量比に応じた所望の出力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２を生成できる。
【００５０】
（ii）  高い電力変換効率では、同時に２値の出力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２を得ることができる。
【００５１】
（iii)  出力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２のレベルは、２つの分圧コンデンサ１１−１，１１−２の容量比で決まるため、従来回路のような出力電圧レベルに応じたコンデンサ数の増減がない。
【００５２】
［第２の実施形態］
【００５３】
（構成）
【００５４】
図３は、本発明の第２の実施形態を示す降圧型電源回路の回路図であり、同図（ａ）は電源回路の全体の回路図、同図（ｂ）はＥＶＥＮ用スイッチの回路図、及び同図（ｃ）はＯＤＤ用スイッチの回路図である。図３（ａ）〜（ｃ）では、第１の実施形態を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【００５５】
この降圧型電源回路では、図１のＥＶＥＮ用スイッチ１２−７に代えて、これと構成の異なるＥＶＥＮ用スイッチ１２−７Ａが設けられると共に、図１のＯＤＤ用スイッチ１２−８に代えて、これと構成の異なるＯＤＤ用スイッチ１２−８Ａが設けられている。その他の構成は、図１の電源回路と同様である。
【００５６】
ＥＶＥＮ用スイッチ１２−７Ａは、間欠的にスイッチングするためのオペアンプ２１を有し、このオペアンプ２１の＋側入力端子に基準電圧Ｖｒ１が入力され、−側入力端子が出力端子１４−１に接続されている。オペアンプ２１の出力端子は、２入力ＡＮＤゲート２２の一方の入力端子に接続され、この他方の入力端子に、ＥＶＥＮサイクル期間中オン状態になるＥＶＥＮ用のスイッチ切替信号ＥＶ１が入力される。このＥＶＥＮ用のスイッチ切替信号ＥＶ１は、例えば、図８のスイッチングパルス発生回路４により生成される。ＡＮＤゲート２２の出力端子には、この出力信号を反転するインバータ２３が接続されている。
【００５７】
出力端子１４−１とノードＮ２との間には、インバータ２３及びＡＤＮゲート２２の出力信号によりオン／オフ動作するアナログスイッチ２４が接続されている。アナログスイッチ２４は、インバータ２３の出力信号によりオン／オフ動作するＰＭＯＳ、及びＡＮＤゲート２２の出力信号によりオン／オフ動作するＮＭＯＳを有し、これらが並列接続されている。
【００５８】
このＥＶＥＮ用スイッチ１２−７Ａでは、オペアンプ２１により、出力電圧Ｖｏ１と基準電圧Ｖｒ１との電位差を比較し、ＥＶＥＮサイクルにおいて出力電圧Ｖｏ１が基準電圧Ｖｒ１より小さくなったときだけスイッチ２４がオン状態になる。
【００５９】
ＯＤＤ用スイッチ１２−８Ａは、間欠的にスイッチングするためのオペアンプ３１を有し、このオペアンプ３１の＋側入力端子に基準電圧Ｖｒ２が入力され、−側入力端子が出力端子１４−２に接続されている。オペアンプ３１の出力端子には、２入力ＡＮＤゲート３２の一方の入力端子が接続され、この他方の入力端子に、ＯＤＤサイクル期間中オン状態になるＯＤＤ用のスイッチ切替信号ＯＤ１が入力される。このＯＤＤ用のスイッチ切替信号ＯＤ１は、例えば、図８のスイッチングパルス発生回路４により生成される。ＡＮＤゲート３２の出力端子には、この出力信号を反転するインバータ３３が接続されている。
【００６０】
ノードＮ４と出力端子１４−２との間には、インバータ３３及びＡＮＤゲート３２の出力信号によりオン／オフ動作するアナログスイッチ３４が接続されている。アナログスイッチ３４は、インバータ３３の出力信号によりオン／オフ動作するＰＭＯＳと、ＡＮＤゲート３２の出力信号によりオン／オフ動作するＮＭＯＳとを有し、これらが並列接続されている。
【００６１】
このＯＤＤ用スイッチ１２−８Ａでは、オペアンプ３１により、出力電圧Ｖｏと基準電圧Ｖｒ２との電位差を比較し、ＯＤＤサイクルにおいて出力電圧Ｖｏ２が基準電圧Ｖｒ２より小さくなったときだけスイッチ３４がオン状態になる。
【００６２】
その他のＥＶＥＮ用スイッチ１２−１〜１２−３は、ＥＶＥＮ用スイッチ切替信号ＥＶ１によりオン状態になり、ＯＤＤ用スイッチ１２−４〜１２−６は、ＯＤＤ用スイッチ切替信号ＯＤ１によりオン状態になる。
【００６３】
（動作）
【００６４】
図４（ａ）〜（ｃ）は図３の電源回路の動作説明図であり、同図（ａ）はＥＶＥＮサイクル時の接続状態を示す図、同図（ｂ）はＯＤＤサイクル時の接続状態を示す図、及び同図（ｃ）は動作波形図である。
【００６５】
この第２の実施形態の動作は、第１の実施形態の動作とほぼ同様であるが、異なる点は、ＥＶＥＮ用スイッチ１２−７ＡとＯＤＤ用スイッチ１２−８ＡがＥＶＥＮサイクル／ＯＤＤサイクルの期間中に間欠的にスイッチングするようになっている。以下、この動作を説明する。
【００６６】
出力端子１４−１からは出力電流Ｉｏ１、出力端子１４−２からは出力電流Ｉｏ２が流れ出ているとする。出力端子１４−１の出力電圧Ｖｏ１と出力端子１４−２の出力電圧Ｖｏ２は、第１の実施形態と同様に、分圧コンデンサ１１−１と１１−２の容量比で決定され、Ｖｏ１≒ＶＤＤ・Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）、Ｖｏ２≒ＶＤＤ・Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）を出力する。基準電圧Ｖｒ１とＶｒ２として、それぞれＶｒ１＝Ｖｏ１、Ｖｒ２＝Ｖｏ２の電圧が供給されている。
【００６７】
ＥＶＥＮサイクル時は、ＥＶＥＮ用スイッチ１２−７Ａ内のオペアンプ２１にて、出力電圧Ｖｏ１と基準電圧Ｖｒ１を比較し、Ｖｒ１＞Ｖｏ１の期間ｔｅのみスイッチ２４をオン状態にする。ここで、出力端子１４−１から流れ出る総電荷量Ｑ１はＱ１＝Ｉｏ１・ｔｅとなる。一方、ＯＤＤサイクル時も同様に、ＯＤＤ用スイッチ１２−８Ａ内のオペアンプ３１にて、出力電圧Ｖｏ２と基準電圧Ｖｒ２を比較し、Ｖｒ２＞Ｖｏ２の期間ｔｏのみスイッチ３４をオン状態にする。ここで、出力端子１４−２から流れ出る総電荷量Ｑ２はＱ２＝Ｉｏ２・ｔｏとなる。
【００６８】
Ｑ１＝Ｑ２のときＥＶＥＮサイクルにおいて、出力端子１４−１から流れ出る電荷量Ｑ１と、ＯＤＤサイクルにて出力端子１４−２から流れ出る電荷量Ｑ２が等しいため、電源回路は平衡状態となり、Ｖｏ１≒ＶＤＤ・Ｃｌ／（Ｃ１＋Ｃ２）、Ｖｏ２≒ＶＤＤ・Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）なる定常的な出力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２を生成する。
【００６９】
（効果等）
【００７０】
この第２の実施形態では、出力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２を検出して基準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２と比較するオペアンプ２１，３１の動作により、ＥＶＥＮ用スイッチ２４とＯＤＤ用スイッチ３４を間欠的にオン状態にするようにしたので、次の（ｉ）、（ii）のような効果がある。
【００７１】
（ｉ）  出力端子１４−１の出力電流Ｉｏ１と、出力端子１４−２の出力電流Ｉｏ２の変動に対応して、必要な分だけ平滑コンデンサ１３−１，１３−２に電荷を供給するため、出力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２の精度が向上する。
【００７２】
（ii）  出力電流Ｉｏ１とＩｏ２が小さいときは、ＥＶＥＮ用スイッチ２４とＯＤＤ用スイッチ３４をオン状態にさせないように動作するため、低出力電流領域での電力変換効率が向上する。
【００７３】
この第２の実施形態では、次の（iii）のように回路構成を変更してもよい。
【００７４】
（iii） 図３では、出力端子１４−１側のＥＶＥＮ用スイッチ１２−７Ａ及び出力端子１４−２側のＯＤＤ用スイッチ１２−８Ａのみ間欠的にスイッチングするようにしたが、他のＥＶＥＮ用スイッチ１２−１〜１２−３をスイッチ１２−７Ａと同一の回路構成にし、他のＯＤＤ用スイッチ１２−４〜１２−６をスイッチ１２−８Ａと同一の回路構成にしてもよい。又、図３（ａ）の電源回路において、図３（ｂ）のスイッチ１２−７Ａ内のＡＮＤゲート２２及びインバータ２３の出力信号により、他のＥＶＥＮ用スイッチ１２−１〜１２−３をオン／オフ動作させ、図３（ｃ）のＯＤＤ用スイッチ１２−８Ａ内のＡＮＤゲート３２及びインバータ３３の出力信号により、他のＯＤＤ用スイッチ１２−４〜１２−６をオン／オフ動作させるようにしてもよい。このような構成にすれば、低出力電流領域での電力変換効率がより向上する。
【００７５】
［第３の実施形態］
【００７６】
（構成）
【００７７】
図５は、本発明の第３の実施形態を示す降圧型電源回路の回路図であり、第１の実施形態を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【００７８】
この降圧型電源回路では、図１の電源回路に対して負帰還回路を追加した点のみが異なっている。この負帰還回路は、例えば、オペアンプ４１及びＰＭＯＳ４２で構成されている。オペアンプ４１には、基準電圧Ｖｒと出力電圧Ｖｏ１が入力され、この出力端子がＰＭＯＳ４２のゲートに接続されている。ＰＭＯＳ４２のソースはＶＤＤノードに接続され、ドレインがノードＮ２に接続されている。なお、ＰＭＯＳ４２のドレインは、出力端子１４−１に接続してもよい。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００７９】
（動作）
【００８０】
図６（ａ）、（ｂ）は図５の電源回路の動作説明図であり、同図（ａ）はＥＶＥＮサイクル時の接続状態を示す図、及び同図（ｂ）はＯＤＤサイクル時の接続状態を示す図である。
【００８１】
この第３の実施形態の動作は、第１の実施形態とほぼ同様であるが、出力端子１４−１から流れ出る電荷量Ｑ１と、出力端子１４−２から流れ出る電荷量Ｑ２が異なる場合、この電荷量の差を負帰還回路で補正するようにしている。
【００８２】
即ち、出力端子１４−１から出力電流Ｉｏ１、出力端子１４−２から出力電流Ｉｏ２が流れ出て、Ｉｏ１＞Ｉｏ２の関係にあるとする。ＥＶＥＮサイクル、ＯＤＤサイクルとも時間ｔでＥＶＥＮ用スイッチ１２−１〜１２−３，１２−７、及びＯＤＤ用スイッチ１２−４〜１２−６，１２−８がそれぞれオン状態になった場合、出力端子１４−１から流れ出る総電荷量Ｑ１はＱ１＝Ｉｏ１・ｔ、出力端子１４−２から流れ出る総電荷量Ｑ２はＱ２＝Ｉｏ２・ｔである。この電源回路がＶｏ１≒ＶＤＤ・Ｃｌ／（Ｃ１＋Ｃ２）、Ｖｏ２≒ＶＤＤ・Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）なる平衡状態となるには、Ｑ１＝Ｑ２でなければならないので、この不足分の電荷量ΔＱ＝（Ｉｏ１−Ｉｏ２）・ｔを、ＰＭＯＳ４２から出力端子１４−１側へ供給する。
【００８３】
（効果等）
【００８４】
この第３の実施形態では、次の（ｉ）のような効果がある。又、（ii）、（iii）のような変形例も考えられる。
【００８５】
（ｉ）  出力電圧Ｖｏ１を検出して、基準電圧Ｖｒと比較するオペアンプ４１と、この出力信号によりオン／オフ動作するＰＭＯＳ４２とからなる負帰還回路を追加している。このため、出力端子１４−１と１４−２から流れる出る電荷量Ｑ１，Ｑ２が異なったとしても、この差分が負帰還回路から供給されるため、分圧コンデンサ１１−１と１１−２の容量比に応じた出力電圧Ｖｏ１≒ＶＤＤ・Ｃｌ／（Ｃ１＋Ｃ２）、出力電圧Ｖｏ２≒ＶＤＤ・Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）なる定常的な出力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２を生成できる。
【００８６】
（ii）  ＰＭＯＳ４２は、ＮＭＯＳ等の他のトランジスタで構成してもよい。又、出力端子１４−１側に設けたオペアンプ４１及びＰＭＯＳ４２は、これに代えて、これらを出力端子１４−２側に設けても、前記（ｉ）とほぼ同様の効果が得られる。
【００８７】
（iii)  負帰還回路は、オペアンプ４１及びＰＭＯＳ４２で構成しているが、他の回路で構成するも可能である。例えば、オペアンプ４１等を用いて、第１の出力端子１４−１と第２の出力端子１４−２から流出する電荷量Ｑ１，Ｑ２の差を直接検出し、この検出結果によりオン／オフ動作するスイッチを介して、その差の電荷量を、電荷量不足側の第１の出力端子１４−１又は第２の出力端子１４−２側に供給する回路構成にすれば、前記（ｉ）に比べてより精度の高い出力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２を生成できる。
【００８８】
［第４の実施形態］
【００８９】
（構成）
【００９０】
図７は、本発明の第４の実施形態を示す降圧型電源回路の回路図であり、第１の実施形態を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【００９１】
この降圧型電源回路では、図１の平滑コンデンサ１１−１，１１−２、ＥＶＥＮ用スイッチ１２−１〜１２−３，１２−７、及びＯＤＤ用スイッチ１２−４〜１２−６，１２−８からなる第１の電荷供給部と同一の回路構成の第２の電荷供給部が、第１の出力端子１２−１と第２の出力端子１４−２との間に並列に接続されている。
【００９２】
第２の電荷供給部は、第１の電荷供給部に対して同一の構成で、かつ出力側が逆対称になった分圧コンデンサ１１−１１，１１−１２、ＥＶＥＮ用スイッチ１２−１１〜１２−１３，１２−１７、及びＯＤＤ用スイッチ１２−１４〜１２−１６，１２−１８からなる回路で構成されている。そして、第１の実施形態に対して、ＥＶＥＮサイクルとＯＤＤサイクルのいずれにおいても、分圧コンデンサ１１−１，１１−２，１１−１１，１１−１２が出力端子１４−１，１４−２に接続されるようになっている。分圧コンデンサ１１−１，１１−１２は容量Ｃ１を有し、分圧コンデンサ１１−２，１１−１１は容量Ｃ２を有している。
【００９３】
（動作）
【００９４】
この第４の実施形態の動作は、第１の実施形態とほぼ同様であるが、ＥＶＥＮサイクル、ＯＤＤサイクルのいずれにおいても、出力端子１４−１と１４−２に分圧コンデンサ１１−１，１１−２，１１−１１，１１−１２が接続される。例えば、ＥＶＥＮサイクル時は、分圧コンデンサ１１−１と１１−２、分圧コンデンサ１１−１１と１１−１２がそれぞれＶＤＤノードとＧＮＤノードとの間に直列に接続され、それぞれ出力端子１４−１と１４−２に電荷を供給する。一方、ＯＤＤサイクル時は、分圧コンデンサ１１−１２と１１−１１、分圧コンデンサ１１−２と１１−１がそれぞれＶＤＤノードとＧＮＤノードとの間に直列に接続され、それぞれ出力端子１４−１と１４−２に電荷を供給する。
【００９５】
（効果）
【００９６】
この第４の実施形態では、ＥＶＥＮサイクルとＯＤＤサイクルのいずれにおいても、分圧コンデンサ１１−１，１１−２，１１−１１，１１−１２が出力端子１４−１と１４−２に接続されるようにしたので、次の（ｉ）、（ii）のような効果がある。
【００９７】
（ｉ）  出力電力を大きくすることができる。
【００９８】
（ii）  出力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２のリプル電圧を小さくすることができる。
【００９９】
［利用形態］
【０１００】
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形や利用形態が可能である。このような変形や利用形態としては、例えば、次の（１）〜（３）のようなものがある。
【０１０１】
（１）  図１、図３、図５では、分圧コンデンサ１１−１，１１−２の数を最少の２個とした場合について説明したが、これらを３個以上設け、ＥＶＥＮ／ＯＤＤサイクルで切替えてこれらの３個以上のコンデンサをＶＤＤノードとＧＮＤノードとの間に直列に接続するようなスイッチを追加するようにしてもよい。これにより、出力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２を他の電圧値に変更できる。同様に、図７の第１及び第２の電荷供給部を構成する２組の分圧コンデンサ１１−１，１１−２、１１−１１，１１−１２を３組以上設けてもよい。
【０１０２】
（２）  実施形態では、ＥＶＥＮ用スイッチ１２−１，…及びＯＤＤ用スイッチ１２−４，…をＰＭＯＳ及びＮＭＯＳのアナログスイッチで構成したが、これらに代えて、ＰＭＯＳのみ、ＮＭＯＳのみ、あるいは他のトランジスタで構成してもよい。
【０１０３】
（３）  各ＥＶＥＮ用スイッチ１２−１，…及びＯＤＤ用スイッチ１２−４，…を切替えるためのスイッチ切替信号ＥＤ１，ＯＤ１は、例えば、図８のスイッチングパルス発生回路４によって生成するようにしたが、このスイッチングパルス発生回路４は種々の回路で構成できる。
【０１０４】
【発明の効果】
請求項１及び２に係る発明によれば、第１のサイクル時に得られる出力電圧と第２のサイクル時に得られる出力電圧に対する第１及び第２の出力端子を備えているので、第１及び第２の分圧コンデンサの容量比に応じた所望の出力電圧を生成でき、しかも、出力電圧レベルが第１及び第２の分圧コンデンサの容量比で決まるため、従来回路のような出力電圧レベルに応じたコンデンサ数の増減がない上に、高い電力変換効率では同時に２値の出力電圧を得ることができる。
【０１０７】
特に、この請求項１及び２に係る発明では、第１及び第２の出力端子から流れ出る電荷量が異なった場合でも電荷量の差を補正する負帰還回路を設け、出力電圧の平衡を保てるようにしたので、第１及び第２の分圧コンデンサの容量比に応じた定常的な第１及び第２の出力電圧を生成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す降圧型電源回路の回路図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す降圧型電源回路の回路図である。
【図４】図３の動作説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示す降圧型電源回路の回路図である。
【図６】図５の動作説明図である。
【図７】本発明の第４の実施形態を示す降圧型電源回路の回路図である。
【図８】従来の降圧型電源回路の概略の回路図である。
【符号の説明】
１１−１，１１−２，１１−１１，１１−１２    分圧コンデンサ
１２−１〜１２−３，１２−７，１２−１１〜１２−１３，１２−１７    ＥＶＥＮ用スイッチ
１２−４〜１２−６，１２−８，１２−１４〜１２−１６，１２−１８    ＯＤＤ用スイッチ
１３−１，１３−２    平滑コンデンサ
１４−１，１４−２    出力端子
１２−７Ａ    ＥＶＥＮ用スイッチ
１２−８Ａ    ＯＤＤ用スイッチ
４１    オペアンプ
４２    ＰＭＯＳ
Ｎ１〜Ｎ４    ノード
ＶＤＤ    電源電圧
【図１】
0004158407.tif 000002
【図２】
0004158407.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004158407.tif 000006
【図６】
0004158407.tif 000007
【図７】
0004158407.tif 000008
【図８】
0004158407.tif 000009