(57)【要約】【課題】  定電流式電荷ポンプの提供。【解決手段】  ポンプ回路の出力に電流検出回路及び調節回路を設け、これによりポンプ回路の出力電流を制御する。負荷が変動する時、出力電流変化を検出してポンプ回路の増圧出力が必要な電流を調節し、出力電流を安定させる効果を達成し、且つ異なる入力電圧及び負荷変化に対して、その出力電流変化を相当に小さくする。【選択図】        図４
2009070951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電流式電荷ポンプにおいて、該定電流式電荷ポンプ（１００）は、
電圧を増圧増幅するポンプ回路（１１０）と、
該ポンプ回路（１１０）に接続されたポンプ容量（Ｃｐ）を制御するインバータ（１０１）と、
該ポンプ回路（１１０）の出力部分に設けられて、出力電流を検出し且つ電流を電圧に変換する電流検出回路（１２０）と、
入力電圧（ＶＤＤ）と該電流検出回路（１２０）の送出する電圧に接続され、マイナスフィードバックのメカニズムを形成して該ポンプ回路（１１０）の出力電流を調節する調節回路（１３０）と、
を包含したことを特徴とする、定電流式電荷ポンプ。
【請求項２】
請求項１記載の定電流式電荷ポンプにおいて、該電流検出回路（１２０）は、
該ポンプ回路（１１０）と出力端（ＯＵＴ）に接続されて出力電流を検出する抵抗（１２１）と、
該抵抗（１２１）の両端電圧に接続され、且つ電圧を増幅して該調節回路（１３０）に送る電圧増幅器（１２２）と、
を包含したことを特徴とする、定電流式電荷ポンプ。
【請求項３】
請求項１記載の定電流式電荷ポンプにおいて、該調節回路（１３０）は、
該電流検出回路（１２０）の送る電圧に接続されて参考電圧（Ｖref ）と比較する誤差増幅器（１３１）と、
入力電圧（ＶＤＤ）に接続され且つ該誤差増幅器（１３１）の制御を受け、該ポンプ回路（１１０）の出力電流を調節する調節トランジスタ（１３２）と、
を包含したことを特徴とする、定電流式電荷ポンプ。
【請求項４】
請求項１記載の定電流式電荷ポンプにおいて、該調節回路（１３０）は、該インバータ（１０１）に接続され、該インバータ（１０１）により該ポンプ容量（Ｃｐ）が必要とする増圧電圧（Ｖjmp ）が増加されることを特徴とする、定電流式電荷ポンプ。
【請求項５】
請求項１記載の定電流式電荷ポンプにおいて、該調節回路（１３０）は、該ポンプ回路（１１０）の入力端に接続され、該調節トランジスタ（１３２）が増圧入力を必要とする電流量を制御して該ポンプ回路（１１０）内の充電トランジスタ（１１１）に与えることを特徴とする、定電流式電荷ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の電荷ポンプの技術に係り、特に、発光ダイオード駆動回路に応用される電荷ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話及び携帯情報端末機（ＰＤＡ）等、携帯式電子製品の液晶ディスプレイは次第に白黒スクリーンからカラースクリーンへと変わっている。液晶自身は発光しないため、液晶ディスプレイはバックライト照明がなければスクリーンの情報を表示できない。携帯式電子製品のバックライトユニットは節電を考慮して、白色ＬＥＤが急速に伝統的なバルブにとって代わり、バックライトユニットの主要な発光素子となっている。白色ＬＥＤを点灯するには高い順方向電圧と順方向電流が必要で、特にそのバックライトユニットの電流制御は、携帯式電子製品の電池作業時間に対して絶対的影響を有し、高い点灯効率に必要な電荷ポンプ設計倍数はよく見られるものに１．５倍と２倍の二種類がある。
【０００３】
一般に白色ＬＥＤ駆動チップ（ｄｒｉｖｅｒ  ＩＣ）を応用すると、入力電圧は高くなく、通常２．６Ｖから３．５Ｖであるが、白色ＬＥＤの応用には電流を用いての駆動が必要で、一般には２０ｍＡとされる。白色ＬＥＤの順方向電圧（約３．６Ｖ〜４Ｖ）は入力電圧に較べて高いため、ゆえに我々は電荷ポンプ回路を用いて入力電圧を高くする必要がある。
【０００４】
図１は既存の電荷ポンプ製品中、２倍（２ｘ）の電荷ポンプ（ｃｈａｒｇｅ  ｐｕｍｐ）回路１０を示す。一般に２倍の電荷ポンプ回路１０にはポンプ容量Ｃｐが外接され、その出力に接地された出力容量Ｃｏが接続されている。電荷ポンプ回路１０の特性は、単純に入力電圧を２倍に増圧することとされ、ゆえに安定し調節された電流を達成するためには負荷２０（白色ＬＥＤ）の後ろに電流調節器３０を加える必要があり、電流調節器３０を負荷２０に直列に接続させることで定電流２０ｍＡを得られる。
【０００５】
図２は充電トランジスタ１１と放電トランジスタ１２を設けた電荷ポンプ回路１０を示し、それは該ポンプ容量Ｃｐの両端のピンに外接されたパッド（ＰＡＤ）ＰC1とＰC2、及び出力端ＯＵＴの負荷２０のピンに接続されたパッドＰOUT 、及び接地するパッドＰGNDを有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図２の従来の電荷ポンプ回路１０において、この電流調節器３０を電荷ポンプＩＣ内に整合させるなら、ＩＣにピンを増設して負荷２０に接続し、負荷２０と電流調節器３０を直列に接続する必要があり、且つ白色ＬＥＤの電流要求は非常に大きいため、このピン数は複数のパッドＰlED 並列に接続させて電力供給する必要があり（図中では１０個のパッドＰlED が設けられた場合を例としている）、ゆえに、全体的に考慮すると、パッドＰlED の増加によりＩＣ面積が増加し、且つ多くのパッドをレイアウトするのは容易ではない。
【０００７】
本発明は、上述の従来の技術の欠点を解決し、欠点を存在させないようにするため、負荷を除去した後に電流調節器を加える方法により、ピンの設計を簡易化することを目的とする。本発明は出力電圧と負荷（白色ＬＥＤ）の間に検出及び調節回路を加えて定電流式電荷ポンプを形成し、出力電流変化を検出することで増圧（ｐｕｍｐ）して出力する必要がある電流を調節し、これにより出力電流を安定させ、且つ異なる入力電圧及び負荷の変化に対して、その出力電流変化を相当に小さくする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、定電流式電荷ポンプにおいて、該定電流式電荷ポンプ（１００）は、
電圧を増圧増幅するポンプ回路（１１０）と、
該ポンプ回路（１１０）に接続されたポンプ容量（Ｃｐ）を制御するインバータ（１０１）と、
該ポンプ回路（１１０）の出力部分に設けられて、出力電流を検出し且つ電流を電圧に変換する電流検出回路（１２０）と、
入力電圧（ＶＤＤ）と該電流検出回路（１２０）の送出する電圧に接続され、マイナスフィードバックのメカニズムを形成して該ポンプ回路（１１０）の出力電流を調節する調節回路（１３０）と、
を包含したことを特徴とする、定電流式電荷ポンプとしている。
請求項２の発明は、請求項１記載の定電流式電荷ポンプにおいて、該電流検出回路（１２０）は、
該ポンプ回路（１１０）と出力端（ＯＵＴ）に接続されて出力電流を検出する抵抗（１２１）と、
該抵抗（１２１）の両端電圧に接続され、且つ電圧を増幅して該調節回路（１３０）に送る電圧増幅器（１２２）と、
を包含したことを特徴とする、定電流式電荷ポンプとしている。
請求項３の発明は、請求項１記載の定電流式電荷ポンプにおいて、該調節回路（１３０）は、
該電流検出回路（１２０）の送る電圧に接続されて参考電圧（Ｖref ）と比較する誤差増幅器（１３１）と、
入力電圧（ＶＤＤ）に接続され且つ該誤差増幅器（１３１）の制御を受け、該ポンプ回路（１１０）の出力電流を調節する調節トランジスタ（１３２）と、
を包含したことを特徴とする、定電流式電荷ポンプとしている。
請求項４の発明は、請求項１記載の定電流式電荷ポンプにおいて、該調節回路（１３０）は、該インバータ（１０１）に接続され、該インバータ（１０１）により該ポンプ容量（Ｃｐ）が必要とする増圧電圧（Ｖjmp ）が増加されることを特徴とする、定電流式電荷ポンプとしている。
請求項５の発明は、請求項１記載の定電流式電荷ポンプにおいて、該調節回路（１３０）は、該ポンプ回路（１１０）の入力端に接続され、該調節トランジスタ（１３２）が増圧入力を必要とする電流量を制御して該ポンプ回路（１１０）内の充電トランジスタ（１１１）に与えることを特徴とする、定電流式電荷ポンプとしている。
【発明の効果】
【０００９】
我々はポンプ回路の出力に電流検出回路と調節回路を設け、ポンプ回路の出力電流を制御して、負荷変動時に、この回路がポンプ電流量を変更するようにし、これにより、出力電流を調節する目的を達成する。この方式は負荷の後ろに電流調節器を増設する必要がなく、且つ異なる入力電圧及び負荷変化に対して、その出力電流変化は相当に小さく、約０．５％内であり、結果の表現は電流調節器を外付けした場合の結果に相当接近し、満足のゆくものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は一種の定電流式電荷ポンプであり、該定電流式電荷ポンプは、電圧を増圧増幅するポンプ回路、該ポンプ回路に外接されたポンプ容量を制御するインバータ、ポンプ回路の出力部分に設けられて、出力電流を検出し且つ電流を電圧に変換する電流検出回路、及び、入力電圧と該電流検出回路の送出した電圧を導入し、マイナスフィードバックのメカニズムを形成して該ポンプ回路の出力電流を調節する調節回路、を包含する。
【００１１】
そのうち、該電流検出回路は該ポンプ回路と出力端に接続されて出力電流を検出するのに用いられる抵抗、及び、該抵抗の両端に電圧を導入し且つ電圧を増幅して該調節回路に伝送する電圧増幅器を包含する。
【００１２】
該調節回路は該電流検出回路が送る電圧を導入して参考電圧と比較する誤差増幅器、及び、入力電圧を導入し且つ該誤差増幅器の制御を受けて該ポンプ回路の出力電流を調節する調節トランジスタを包含する。
【００１３】
そのうち、該調節回路は該インバータに接続され、該インバータにより該ポンプ容量が必要とする増圧電圧を増加する。或いは該調節回路は該ポンプ回路の入力端に接続され、該調節トランジスタが増圧入力を必要とする電流を制御して該ポンプ回路内の充電トランジスタに与える。
【実施例１】
【００１４】
図３は本発明の定電流式電荷ポンプの接続表示図である。２倍（２ｘ）の電荷ポンプを例とすると、本発明の定電流式電荷ポンプ１００は、一般の電荷ポンプ回路と同様に、ポンプ容量Ｃｐが接続され、その出力に、接地する出力容量Ｃｏが接続されている。該定電流式電荷ポンプ１００の特性は、入力電圧を２倍に倍圧し、且つ定電流２０ｍＡを負荷２００（白色ＬＥＤ）に与えることである。
【００１５】
図４の本発明の定電流式電荷ポンプの回路表示図に示されるように、該定電流式電荷ポンプ１００内には、充電トランジスタ１１１と放電トランジスタ１１２が入力電圧ＶＤＤと出力端ＯＵＴの間に順に設置されて形成されたポンプ回路１１０を包含し、該定電流式電荷ポンプ１００の、ポンプ容量Ｃｐに外接された一端は、該充電トランジスタ１１１と該放電トランジスタ１１２の間に接続され、もう一端はインバータ１０１の出力端に接続される。且つ該定電流式電荷ポンプ１００の出力端ＯＵＴに接地された出力容量Ｃｏと負荷２００（例えば白色ＬＥＤ）が接続されている。
【００１６】
本発明は出力端ＯＵＴの前に電流検出回路１２０と調節回路１３０が設置され、これにより該定電流式電荷ポンプ１００の出力電流を制御し、該電流検出回路１２０が出力電流変化を検出し、該調節回路１３０がマイナスフィードバックのメカニズムと適当な出力電流調節メカニズムを利用して急速負荷応答と電流安定化の作用を達成し、増圧（ｐｕｍｐ）出力が必要な電流を調節し、負荷２００が変動する時、該定電流式電荷ポンプ１００の電流量を変更して、出力電流調節の目的を達成する。
【００１７】
そのうち、電流検出回路１２０は、該ポンプ回路１１０と該出力端ＯＵＴの間に接続された抵抗１２１を包含し、該抵抗１２１は出力電流検出に用いられ、電圧増幅器１２２が該抵抗１２１の両端に接続されて、該抵抗１２１の両端の電圧差を該調節回路１３０に伝える。該調節回路１３０は誤差増幅器１３１と調節トランジスタ１３２を包含し、該誤差増幅器１３１は該電圧増幅器１２２の出力する電圧を導入し、該誤差増幅器１３１を利用してマイナスフィードバックのメカニズムにより出力電流を調節し、該誤差増幅器１３１のプラス端が参考電圧Ｖref （例えば１．５Ｖ）を導入する時、出力電流を変換した電圧を更に該誤差増幅器１３１のマイナス端に入力し、該誤差増幅器１３１により該調節トランジスタ１３２によりどれだけの電流を該インバータ１０１より該ポンプ容量Ｃｐに増圧（ｐｕｍｐ）出力するかを制御する。
【００１８】
該負荷２００が必要とする電流が大きくなる時、該誤差増幅器１３１の導入するフィードバック電圧は大きくなり、すなわち、該誤差増幅器１３１がこの誤差電圧を検出し、該調節トランジスタ１３２を制御して比較的少ない電流を通過させてフィードバック電圧を参考電圧Ｖref （例えば１．２Ｖ）に安定させ、出力電流とフィードバック電圧は該電圧増幅器１２２の倍率（６倍）及び該抵抗１２１（１０Ω）の倍数であるため、ゆえに出力電流は２０ｍＡに安定しうる。
【００１９】
本発明の定電流式電荷ポンプ１００回路は定電流を負荷２００に提供でき、出力電流を調節する目的を達成し、且つポンプ回路１１０或いは負荷２００の後ろに余分に電圧増幅器を増設する必要がなく、ゆえにＩＣピン設計を簡易化できる。
【００２０】
図５は図４の詳細な回路図である。仮に定電流式電荷ポンプ１００が２ｘポンプ回路であるとすると、該ポンプ回路１１０中の充電トランジスタ１１１と放電トランジスタ１１２はそれぞれ第１クロックＣＫ１と第２クロックＣＫ２の制御を受け、そのうち、該第１クロックＣＫ１と第２クロックＣＫ２のクロック信号は相反する。及びｐ型トランジスタとｎ型トランジスタで構成されたインバータ１０１は、その第３クロックＣＬＫと第２クロックＣＫ２のクロック信号が同期し、且つ入力端は入力電圧ＶＤＤ（一般に約２．６Ｖー３．５Ｖ）を導入する。そのうち、該ポンプ容量Ｃｐは該インバータ１０１の出力端と該充電トランジスタ１１１と放電トランジスタ１１２の間の接点に設置される。
【００２１】
該負荷２００の必要な電流が大きくなる時、該抵抗１２１の両端の電圧差も大きくなり、該電圧増幅器１２２により変換された電圧が誤差増幅器１３１に提供され、該誤差増幅器１３１がこの誤差電圧を検出し、該調節トランジスタ１３２に比較的少ない電流が流れるように制御してフィードバック電圧を参考電圧Ｖref （例えば１．２Ｖ）に安定させ、該誤差増幅器１３１は則ち、該調節トランジスタ１３２を制御して該インバータ１０１より増圧出力させる電流量を制御し、これにより該ポンプ容量Ｃｐの必要とする増圧電圧Ｖjmp を増加し、すなわち、該定電流式電荷ポンプ１００の出力電圧Ｖout は、ポンプ回路１１０中の充電トランジスタ１１１が導入する入力電圧ＶＤＤに該増圧電圧Ｖjmp を加えたものとされる。
【実施例２】
【００２２】
図６は本発明の定電流式電荷ポンプの別の詳細な電気回路図であり、図４及び図５との違いは、該調節回路１３０の調節トランジスタ１３２が該ポンプ回路１１０の前に接続され、こうして本実施例が該充電トランジスタ１１１の前に設けられることである。実施動作上、該負荷２００の必要とする電流が大きくなるとき、該抵抗１２１の両端の電圧差も大きくなり、該電圧増幅器１２２により変換された電圧が該誤差増幅器１３１に提供され、該誤差増幅器１３１がこの誤差電圧を検出して、該調節トランジスタ１３２を比較的少ない電流が通過するように制御してフィードバック電圧を参考電圧Ｖref （例えば１．２Ｖ）に安定させる。該誤差増幅器１３１はすなわち該調節トランジスタ１３２を制御して、該ポンプ回路１１０の充電トランジスタ１１１が必要とする入力電圧Ｖinを提供させ、定電流式電荷ポンプ１００の出力電圧Ｖout は該インバータ１０１より導入される電圧源電圧ＶＤＤにこの入力電圧Ｖinを加えたものとされる。
【００２３】
本発明の精神は、電流調節器のように安定電流を生成でき、この回路に電流調節器を外接するためにピンとパッド数（パッドＰLED ）を増加しないようにすることにある。本発明はポンプ回路１１０と負荷２００の間に制御回路（電流検出回路１２０と調節回路１３０）を加え、この回路は水管のようであり、電圧を入力するか或いは負荷抵抗が変化する時、この回路は管路の太さの変化を検出することで電流量を安定させ、このとき入力電圧及び負荷内抵抗はそれ以上出力電流を決定せず、それはこの制御回路により決定され、これにより我々が必要とする、負荷及び入力電圧に伴い変動しない電流を得る。
【００２４】
ただし、上述の実施例は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の請求範囲に基づきなしうる同等の変化と修飾は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】周知の電荷ポンプ回路の接続表示図である。
【図２】周知の電荷ポンプ回路の回路表示図である。
【図３】本発明の定電流式電荷ポンプの接続表示図である。
【図４】本発明の定電流式電荷ポンプの回路表示図である。
【図５】図４の詳細な実施回路図である。
【図６】本発明の定電流式電荷ポンプの別の詳細な実施回路図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  電荷ポンプ回路
１１  充電トランジスタ
１２  放電トランジスタ
２０  負荷
３０  電流調節器
１００  定電流式電荷ポンプ
１０１  インバータ
１１０  ポンプ回路
１１１  充電トランジスタ
１１２  放電トランジスタ
１２０  電流検出回路
１２１  抵抗
１２２  電圧増幅器
１３０  調節回路
１３１  誤差増幅器
１３２  調節トランジスタ
２００  負荷
Ｃｐ  ポンプ容量
Ｃｏ  出力容量
ＯＵＴ  出力端
ＰC1、ＰC2  パッド
ＰOUT   パッド
ＰGND   パッド
ＰlED   パッド
ＶＤＤ  入力電圧
Ｖref   参考電圧
Ｖout   出力電圧
Ｖjmp   増圧電圧
ＣＫ１  第１クロック
ＣＫ２  第２クロック
ＣＬＫ  第３クロック
【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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