特開 2024-157291 チャージポンプ回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024157291

(43)【公開日】2024-11-07

(54)【発明の名称】チャージポンプ回路

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/07 20060101AFI20241030BHJP

【ＦＩ】

H02M3/07

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023071572

(22)【出願日】2023-04-25

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(74)【代理人】

【識別番号】100207859

【弁理士】

【氏名又は名称】塩谷 尚人

(72)【発明者】

【氏名】吉田 瞭太

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA15

5H730AS04

5H730BB02

5H730BB57

5H730DD03

5H730DD04

5H730FF09

5H730FG01

(57)【要約】

【課題】チャージポンプ回路において必要なスイッチの数を減少させる。
【解決手段】入力部（４１）と出力部（４２）とを接続する第１経路（Ｌ１）に、第１スイッチ（ＳＷ１）と第１ダイオード（Ｄ１）との直列接続体（Ｘ）を備え、入力部と出力部とを接続し且つ第１経路に並列な第２経路（Ｌ２）に、接続点（Ｎ１）に接続された第２ダイオード（Ｄ２）と、第３ダイオード（Ｄ３）と、第３ダイオードと出力部との間に接続された第２スイッチ（ＳＷ２）とを備える。チャージポンプ回路（１０）は、直列接続体の出力部側の端子（Ｘｂ）と基準電位（Ｅ）との間に接続された第３スイッチ（ＳＷ３）と、接続点（Ｎ３）と接続点（Ｎ４）との間に接続された第１コンデンサ（Ｃ１）と、接続点（Ｎ５）と基準電位との間に接続された第２コンデンサ（Ｃ２）と、第１～第３スイッチを接続状態及び遮断状態に切り替える駆動回路（３０）と、を備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力部（４１）から入力される入力電圧を上昇させて出力部（４２）へ出力するチャージポンプ回路（１０、１１０）であって、
前記入力部と前記出力部とを接続する第１経路（Ｌ１）に、第１スイッチ（ＳＷ１）と前記入力部側に自身のアノードが接続された第１ダイオード（Ｄ１）との直列接続体（Ｘ）を備え、
前記入力部と前記出力部とを接続し且つ前記第１経路に並列な第２経路（Ｌ２）に、前記入力部と前記直列接続体の前記入力部側の端子（Ｘａ）との接続点（Ｎ１）に自身のアノードが接続された第２ダイオード（Ｄ２）と、前記第２ダイオードのカソードに自身のアノードが接続された第３ダイオード（Ｄ３）と、前記第３ダイオードのカソードと前記出力部との間に接続された第２スイッチ（ＳＷ２）とを備え、
前記直列接続体の前記出力部側の端子（Ｘｂ）と基準電位（Ｅ）との間に接続された第３スイッチ（ＳＷ３）と、
前記第２ダイオードのカソードと前記第３ダイオードのアノードとの接続点（Ｎ３）と、前記直列接続体の前記出力部側の端子と前記第３スイッチとの接続点（Ｎ４）との間に接続された第１コンデンサ（Ｃ１）と、
前記第３ダイオードのカソードと前記第２スイッチとの接続点（Ｎ５）と、前記基準電位との間に接続された第２コンデンサ（Ｃ２）と、
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び前記第３スイッチを接続状態及び遮断状態に切り替える駆動回路（３０）と、
を備える、チャージポンプ回路。

【請求項2】

前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び第３スイッチは、前記接続状態及び前記遮断状態を切り替える制御信号が入力される制御端子（ＳＷ１ｃ、ＳＷ２ｃ、ＳＷ３ｃ）を備え、
前記駆動回路と前記第１スイッチの前記制御端子（ＳＷ１ｃ）とを接続する第１制御線（Ｌｃ１）と、
前記第１制御線から分岐して前記第２スイッチの前記制御端子（ＳＷ２ｃ）に接続された第２制御線（Ｌｃ２）と、を備える、請求項１に記載のチャージポンプ回路。

【請求項3】

前記駆動回路は、前記入力部からの前記入力電圧により前記第１コンデンサを充電する際に、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを前記遮断状態に切り替え且つ前記第３スイッチを接続状態に切り替え、前記入力電圧よりも上昇させた出力電圧を前記出力部へ出力する際に、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを接続状態に切り替え且つ前記第３スイッチを遮断状態に切り替える、請求項１又は２に記載のチャージポンプ回路。

【請求項4】

前記第２ダイオード、前記第３ダイオード、前記第１コンデンサ、及び前記第２コンデンサは単位回路（６１、６２）を構成し、
前記入力部、前記第１スイッチ、前記第１ダイオード、及び前記第３スイッチと、前記第２スイッチ及び前記出力部との間に、互いに直列に接続された複数の前記単位回路を備える、請求項１又は２に記載のチャージポンプ回路。

【請求項5】

前記出力部はパワー半導体の制御端子であり、
前記パワー半導体の前記制御端子に前記基準電位よりも高い所定電圧が印加されることを条件として、前記パワー半導体は遮断状態から接続状態に切り替えられる、請求項１又は２に記載のチャージポンプ回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チャージポンプ回路に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、第１及び第２のコンデンサと第１～第４のスイッチとを有する昇圧回路と、第１～第４のスイッチを駆動する駆動回路と、を備えるチャージポンプ回路がある（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２１６８１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１に記載のチャージポンプ回路は、一般的にダイオードよりも高価なスイッチを４つ必要としている。そして、特許文献１に記載のチャージポンプ回路は、４つのスイッチを制御する必要があるため、制御が煩雑になるおそれがあり、未だ改善の余地がある。

【0005】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、チャージポンプ回路において必要なスイッチの数を減少させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための第１の手段は、
入力部（４１）から入力される入力電圧を上昇させて出力部（４２）へ出力するチャージポンプ回路（１０、１１０）であって、
前記入力部と前記出力部とを接続する第１経路（Ｌ１）に、第１スイッチ（ＳＷ１）と前記入力部側に自身のアノードが接続された第１ダイオード（Ｄ１）との直列接続体（Ｘ）を備え、
前記入力部と前記出力部とを接続し且つ前記第１経路に並列な第２経路（Ｌ２）に、前記入力部と前記直列接続体の前記入力部側の端子（Ｘａ）との接続点（Ｎ１）に自身のアノードが接続された第２ダイオード（Ｄ２）と、前記第２ダイオードのカソードに自身のアノードが接続された第３ダイオード（Ｄ３）と、前記第３ダイオードのカソードと前記出力部との間に接続された第２スイッチ（ＳＷ２）とを備え、
前記直列接続体の前記出力部側の端子（Ｘｂ）と基準電位（Ｅ）との間に接続された第３スイッチ（ＳＷ３）と、
前記第２ダイオードのカソードと前記第３ダイオードのアノードとの接続点（Ｎ３）と、前記直列接続体の前記出力部側の端子と前記第３スイッチとの接続点（Ｎ４）との間に接続された第１コンデンサ（Ｃ１）と、
前記第３ダイオードのカソードと前記第２スイッチとの接続点（Ｎ５）と、前記基準電位との間に接続された第２コンデンサ（Ｃ２）と、
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び前記第３スイッチを接続状態及び遮断状態に切り替える駆動回路（３０）と、
を備える。

【0007】

上記構成によれば、第２コンデンサの第１電極（一方の電極）は第３ダイオード及び第２ダイオードを介して入力部に接続され、第２コンデンサの第２電極（他方の電極）は基準電位に接続されている。このため、駆動回路により、第２スイッチを遮断状態に切り替えることで、入力部からの入力電圧により第２コンデンサを充電することができる。また、第１コンデンサの第１電極（一方の電極）は第２ダイオードを介して入力部に接続され、第１コンデンサの第２電極（他方の電極）は第３スイッチを介して基準電位に接続されている。このため、駆動回路により、第１スイッチ及び第２スイッチを遮断状態に切り替え、第３スイッチを接続状態に切り替えることで、入力部からの入力電圧により第１コンデンサを充電することができる。

【0008】

第１コンデンサの第２電極は直列接続体を介して入力部に接続され、第１コンデンサの第１電極は第３ダイオード及び第２スイッチを介して出力部に接続されている。このため、駆動回路により、第１スイッチ及び第２スイッチを接続状態に切り替え、第３スイッチを遮断状態に切り替えることで、第１コンデンサの第２電極の電位が入力部からの入力電圧まで持ち上げられる。さらに、第１コンデンサの第１電極に蓄積された電荷が第２コンデンサの第１電極へ移動するため、第２コンデンサの第１電極の電位を入力部からの入力電圧よりも上昇させることができる。そして、入力部からの入力電圧よりも上昇した電圧を、第２コンデンサの第１電極から出力部へ出力することができる。したがって、特許文献１に記載のチャージポンプ回路が４つのスイッチを必要とするのに対して、チャージポンプ回路による昇圧電圧の出力を可能としつつ、必要なスイッチの数を３つに減少させることができる。

【0009】

第１コンデンサの充電時において第１スイッチ及び第２スイッチは共に遮断状態に切り替えられ、第２コンデンサからの昇圧電圧の出力時において第１スイッチ及び第２スイッチは共に接続状態に切り替えられる。このため、第１コンデンサの充電時において第１スイッチ及び第２スイッチを遮断状態に切り替える同一の制御信号により制御し、第２コンデンサからの昇圧電圧の出力時において第１スイッチ及び第２スイッチを接続状態に切り替える同一の制御信号により制御することができる。

【0010】

この点、第２の手段では、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び第３スイッチは、前記接続状態及び前記遮断状態を切り替える制御信号が入力される制御端子（ＳＷ１ｃ、ＳＷ２ｃ、ＳＷ３ｃ）を備え、前記駆動回路と前記第１スイッチの前記制御端子（ＳＷ１ｃ）とを接続する第１制御線（Ｌｃ１）と、前記第１制御線から分岐して前記第２スイッチの前記制御端子（ＳＷ２ｃ）に接続された第２制御線（Ｌｃ２）と、を備える。こうした構成によれば、第１スイッチ及び第２スイッチをまとめて遮断状態又は接続状態に切り替えることができ、駆動回路による制御を簡素化することができる。さらに、駆動回路に直接接続される制御線の数を削減することができる。

【0011】

第３の手段では、前記駆動回路は、前記入力部からの前記入力電圧により前記第１コンデンサを充電する際に、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを前記遮断状態に切り替え且つ前記第３スイッチを接続状態に切り替え、前記入力電圧よりも上昇させた出力電圧を前記出力部へ出力する際に、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを接続状態に切り替え且つ前記第３スイッチを遮断状態に切り替える。

【0012】

上記構成によれば、前記駆動回路は、前記入力部からの前記入力電圧により前記第１コンデンサを充電する際に、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを前記遮断状態に切り替え且つ前記第３スイッチを接続状態に切り替える。このため、入力部からの入力電圧により第１コンデンサを充電するとともに、出力部への出力電圧の出力を停止させることができる。また、前記駆動回路は、前記入力電圧よりも上昇させた出力電圧を前記出力部へ出力する際に、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを接続状態に切り替え且つ前記第３スイッチを遮断状態に切り替える。このため、第２コンデンサの第１電極の電圧を上昇させるとともに、入力電圧よりも上昇させた出力電圧を出力部へ出力することができる。

【0013】

第４の手段では、前記第２ダイオード、前記第３ダイオード、前記第１コンデンサ、及び前記第２コンデンサは単位回路（６１、６２）を構成し、前記入力部、前記第１スイッチ、前記第１ダイオード、及び前記第３スイッチと、前記第２スイッチ及び前記出力部との間に、互いに直列に接続された複数の前記単位回路を備える。こうした構成によれば、複数の前記単位回路において、後段の単位回路は前段の単位回路の出力電圧を入力電圧として入力し、昇圧させてさらに後段の単位回路又は出力部へ出力することができる。このとき、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを前記遮断状態に切り替え且つ前記第３スイッチを接続状態に切り替えることで、複数の単位回路において同時に第１コンデンサを充電することができる。また、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを接続状態に切り替え且つ前記第３スイッチを遮断状態に切り替えることで、複数の単位回路において同時に昇圧動作及び昇圧電圧の出力動作を行うことができる。したがって、複数の単位回路を備える場合であっても、第１スイッチ、第２スイッチ、及び第３スイッチの３つのスイッチにより、充電動作、昇圧動作、及び出力動作を行うことができる。

【0014】

第５の手段では、前記出力部はパワー半導体の制御端子であり、前記パワー半導体の前記制御端子に前記基準電位よりも高い所定電圧が印加されることを条件として、前記パワー半導体は遮断状態から接続状態に切り替えられる。こうした構成によれば、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを前記遮断状態に切り替え且つ前記第３スイッチを接続状態に切り替えることで、前記第１コンデンサを充電するとともにパワー半導体の制御端子の電圧を低下させることができる。また、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを接続状態に切り替え且つ前記第３スイッチを遮断状態に切り替えることで、入力電圧を上昇させた出力電圧をパワー半導体の制御端子に印加することができる。したがって、チャージポンプ回路によりパワー半導体の駆動回路を容易に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】チャージポンプ回路の回路図。

【図2】チャージポンプ回路の動作手順を示すフローチャート。

【図3】チャージポンプ回路の充電動作を示す回路図。

【図4】チャージポンプ回路の昇圧動作及び出力動作を示す回路図。

【図5】比較例のチャージポンプ回路の回路図。

【図6】比較例のパワーＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を示すタイミングチャート。

【図7】パワーＭＯＳのゲート電圧を示すタイミングチャート。

【図8】チャージポンプ回路の変更例を示す回路図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、パワー半導体を駆動する駆動回路に具現化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0017】

図１に示すように、チャージポンプ回路１０（パワー半導体の駆動回路）は、昇圧回路２０及び制御装置３０を備えている。入力部４１は、例えばバッテリ、電源回路等であり、昇圧回路２０へ所定の入力電圧Ｖ１を入力する。昇圧回路２０は、入力部４１から入力される入力電圧Ｖ１を上昇させて、出力電圧Ｖ２として出力部４２へ出力する。出力部４２は、例えばパワー半導体の制御端子である。ここでは、パワー半導体としてＮチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴを例にして説明する。出力部４２は、パワーＭＯＳＦＥＴのゲート端子（制御端子）であり、抵抗Ｒ１を介して昇圧回路２０に接続されている。パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン端子は高圧側配線５１に接続され、パワーＭＯＳＦＥＴのソース端子は低圧側配線５２を介して基準電位Ｅに接続されている。パワーＭＯＳＦＥＴのゲート端子に基準電位Ｅよりも高い所定電圧が印加されることを条件として、パワーＭＯＳＦＥＴは遮断状態から接続状態に切り替えられる。

【0018】

昇圧回路２０は、第１経路Ｌ１、第２経路Ｌ２、第１スイッチＳＷ１～第３スイッチＳＷ３、第１ダイオードＤ１～第３ダイオードＤ３、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２、及び第１制御線Ｌｃ１～第３制御線Ｌｃ３等を備えている。第１スイッチＳＷ１～第３スイッチＳＷ３は、例えばＦＥＴ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、リレー、トランス等であり、制御装置３０から送信される制御信号により接続状態及び遮断状態に切り替えられる。以下、第１スイッチＳＷ１～第３スイッチＳＷ３のドレイン及びソース（若しくはエミッタ及びコレクタ）等を電流端子と呼び、ゲート（若しくはベース）等を制御端子と呼ぶ。第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２は、例えば電界コンデンサ、フィルムコンデンサ、セラミックコンデンサ等のコンデンサである。

【0019】

第１経路Ｌ１及び第２経路Ｌ２は、入力部４１と出力部４２との間に並列に接続されている。すなわち、第１経路Ｌ１は入力部４１と出力部４２とを接続しており、第２経路Ｌ２は入力部４１と出力部４２とを接続し且つ第１経路Ｌ１に並列である。

【0020】

第１経路Ｌ１には、第１スイッチＳＷ１と第１ダイオードＤ１との直列接続体Ｘが設けられている。直列接続体Ｘは、第１スイッチＳＷ１と第１ダイオードＤ１とを直列に接続して形成されている。例えば、第１スイッチＳＷ１の一方の電流端子は入力部４１に接続され、第１スイッチＳＷ１の他方の電流端子は第１ダイオードＤ１のアノードに接続されている。すなわち、第１ダイオードＤ１のアノードは入力部４１側に接続され、第１ダイオードＤ１のカソードは出力部４２側に接続されている。第１スイッチＳＷ１の制御端子ＳＷ１ｃは、第１制御線Ｌｃ１により制御装置３０のポートＡに接続されている。なお、直列接続体Ｘにおいて、第１スイッチＳＷ１と第１ダイオードＤ１とを入れ替えることもできる。

【0021】

第２経路Ｌ２には、第２ダイオードＤ２、第３ダイオードＤ３、及び第２スイッチＳＷ２が設けられている。第２ダイオードＤ２のアノードは、入力部４１と直列接続体Ｘの入力部側の端子Ｘａとの接続点Ｎ１に接続されている。第２ダイオードＤ２のカソードは、第３ダイオードＤ３のアノードに接続されている。第２スイッチＳＷ２の一方の電流端子は第３ダイオードＤ３のカソードに接続され、第２スイッチＳＷ２の他方の電流端子は抵抗Ｒ１を介して出力部４２に接続されている。すなわち、第２スイッチＳＷ２は、第３ダイオードＤ３のカソードと出力部４２との間に接続されている。第２スイッチＳＷ２の制御端子ＳＷ２ｃは、第１スイッチＳＷ１の制御端子ＳＷ１ｃと制御装置３０のポートＡとの接続点Ｎ２に第２制御線Ｌｃ２により接続されている。すなわち、第２制御線Ｌｃ２は、第１制御線Ｌｃ１から分岐して第２スイッチＳＷ２の制御端子ＳＷ２ｃに接続されている。

【0022】

第３スイッチＳＷ３の一方の電流端子は直列接続体Ｘの出力部４２側の端子Ｘｂ、第１コンデンサＣ１の第２電極Ｃ１ｂ、及び出力部４２に接続され、第３スイッチＳＷ３の他方の電流端子は基準電位Ｅに接続されている。すなわち、第３スイッチＳＷ３は、直列接続体Ｘの出力部４２側の端子Ｘｂと基準電位Ｅとの間に接続されている。第３スイッチＳＷ３の制御端子ＳＷ３ｃは、第３制御線Ｌｃ３により制御装置３０のポートＢに接続されている。

【0023】

第１コンデンサＣ１の第１電極Ｃ１ａ（一方の電極）は第２ダイオードＤ２のカソードと第３ダイオードＤ３のアノードとの接続点Ｎ３に接続され、第１コンデンサＣ１の第２電極Ｃ１ｂ（他方の電極）は直列接続体Ｘの出力部４２側の端子Ｘｂと第３スイッチＳＷ３の一方の電流端子との接続点Ｎ４に接続されている。すなわち、第１コンデンサＣ１は、第２ダイオードＤ２のカソードと第３ダイオードＤ３のアノードとの接続点Ｎ３と、直列接続体Ｘの出力部４２側の端子Ｘｂと第３スイッチＳＷ３との接続点Ｎ４との間に接続されている。

【0024】

第２コンデンサＣ２の第１電極Ｃ２ａ（一方の電極）は第３ダイオードＤ３のカソードと第２スイッチＳＷ２の一方の電流端子との接続点Ｎ５に接続され、第２コンデンサＣ２の第２電極Ｃ２ｂ（他方の電極）は基準電位Ｅに接続されている。すなわち、第２コンデンサＣ２は、第３ダイオードＤ３のカソードと第２スイッチＳＷ２との接続点Ｎ５と、基準電位Ｅとの間に接続されている。

【0025】

制御装置３０（駆動回路）は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータとして構成されている。制御装置３０は、ポートＡから第１制御線Ｌｃ１へ制御信号を送信し、且つ第１制御線Ｌｃ１を介して第２制御線Ｌｃ２へ制御信号を送信することにより、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を共に接続状態及び遮断状態に切り替える。すなわち、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２は、共通の制御信号により、同時に接続状態（ＯＮ状態）に切り替えられる、又は同時に遮断状態（ＯＦＦ状態）に切り替えられる。また、制御装置３０は、ポートＢから第３制御線Ｌｃ３へ制御信号を送信することにより、第３スイッチＳＷ３を接続状態（ＯＮ状態）及び遮断状態（ＯＦＦ状態）に切り替える。なお、制御装置３０に代えて、第１スイッチＳＷ１～第３スイッチＳＷ３を制御する専用の駆動ＩＣ（駆動回路）を採用することもできる。

【0026】

図２は、チャージポンプ回路１０の動作手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、出力部４２をゲート端子とするパワーＭＯＳＦＥＴをＯＦＦ（遮断）した後にＯＮ（接続）する際に制御装置３０により実行される。

【0027】

まず、図３に示すように、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をＯＦＦ（遮断）し、第３スイッチＳＷ３をＯＮ（接続）する（Ｓ１０）。これにより、第２コンデンサＣ２から出力部４２への電圧印加を停止させる（Ｓ１１）。それと共に、第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２を、入力部４１からの入力電圧Ｖ１により充電する（Ｓ１２）。

【0028】

続いて、図４に示すように、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をＯＮ（接続）し、第３スイッチＳＷ３をＯＦＦ（遮断）する（Ｓ１３）。これにより、第２コンデンサＣ２から出力部４２への電圧印加を開始させる（Ｓ１４）。それと共に、第１コンデンサＣ１の第２電極Ｃ１ｂの電圧を入力電圧Ｖ１まで持ち上げ、上昇させた電圧（昇圧電圧）により第２コンデンサＣ２を充電するとともに第２コンデンサＣ２から出力部４２へ昇圧電圧を印加させる（Ｓ１５）。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。なお、Ｓ１０～Ｓ１２の処理の後に、任意のタイミングでＳ１３～Ｓ１５の処理を実行することができる。また、Ｓ１３～Ｓ１５の処理の後に、任意のタイミングで再度Ｓ１０～Ｓ１２の処理を実行することができる。

【0029】

図５は、比較例のチャージポンプ回路９１０の回路図である。図１の部材と同一の機能を有する部材には、基本的に図１の符号と同一の符号を付している。チャージポンプ回路９１０は、第１スイッチＳＷ１～第４スイッチＳＷ４、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２、第１コンデンサＣ１、第１制御線Ｌｃ１～第４制御線Ｌｃ４、及び制御装置９３０等を備えている。入力部４１及び出力部４２は、図１と同一である。すなわち、出力部４２は、パワーＭＯＳＦＥＴのゲート端子（制御端子）である。チャージポンプ回路９１０の回路構成は図５に示す通りであり、詳細な説明は省略する。

【0030】

図６は、図５の比較例におけるパワーＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を示すタイミングチャートである。なお、時刻ｔ１１になる直前において、第１スイッチＳＷ１はＯＦＦ状態（切断状態）であり、第２スイッチＳＷ２はＯＦＦ状態であり、第３スイッチＳＷ３はＯＮ状態（接続状態）であり、第４スイッチＳＷ４はＯＮ状態である。

【0031】

時刻ｔ１１において、第３スイッチＳＷ３がＯＦＦ（遮断）されると、ゲート端子（出力部４２）からの電荷抜き取りが停止される。時刻ｔ１２において、第１スイッチＳＷ１がＯＮ（接続）されると、ゲート端子に入力部４１からの入力電圧Ｖ１が印加される。時刻ｔ１３において、第４スイッチＳＷ４がＯＦＦされると、第１コンデンサＣ１の充電が停止される。時刻ｔ１４において、第２スイッチＳＷ２がＯＮされると、第１コンデンサＣ１の第２電極Ｃ１ｂの電圧が入力電圧Ｖ１まで持ち上げられ、上昇させられた電圧（出力電圧Ｖ２）がゲート端子へ印加される。これにより、パワーＭＯＳＦＥＴがＯＮ（接続）される。

【0032】

時刻ｔ１５において、第２スイッチＳＷ２がＯＦＦされると、第１コンデンサＣ１の第２電極Ｃ１ｂへの入力電圧Ｖ１の印加が停止される。時刻ｔ１６において、第１スイッチＳＷ１がＯＦＦされると、ゲート端子への入力電圧Ｖ１の印加が停止される。時刻ｔ１７において、第３スイッチＳＷ３がＯＮされると、ゲート端子が第４スイッチＳＷ４に接続される。時刻ｔ１８において、第４スイッチＳＷ４がＯＮされると、ゲート端子が第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４を介して基準電位Ｅに接続される。これにより、ゲート端子から電荷が抜き取られ、パワーＭＯＳＦＥＴがＯＦＦされる。

【0033】

図７は、図１の本実施形態におけるパワーＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を示すタイミングチャートである。なお、時刻ｔ２１になる直前において、第１スイッチＳＷ１はＯＦＦ状態（切断状態）であり、第２スイッチＳＷ２はＯＦＦ状態であり、第３スイッチＳＷ３はＯＮ状態（接続状態）である。

【0034】

時刻ｔ２１において、第３スイッチＳＷ３がＯＦＦ（遮断）されると、ゲート端子（出力部４２）からの電荷抜き取りが停止されるとともに、第１コンデンサＣ１の充電が停止される。時刻ｔ２２において、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２がＯＮ（接続）されると、第１コンデンサＣ１の第２電極Ｃ１ｂの電圧が入力電圧Ｖ１まで持ち上げられ、上昇させられた電圧（出力電圧Ｖ２）がゲート端子へ印加される。これにより、パワーＭＯＳＦＥＴがＯＮ（接続）される。

【0035】

時刻ｔ２３において、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２がＯＦＦされると、第１コンデンサＣ１の第２電極Ｃ１ｂへの入力電圧Ｖ１の印加が停止されるとともに、ゲート端子への出力電圧Ｖ２の印加が停止される。時刻ｔ２４において、第３スイッチＳＷ３がＯＮされると、ゲート端子が第３スイッチＳＷ３を介して基準電位Ｅに接続される。これにより、ゲート端子から電荷が抜き取られ、パワーＭＯＳＦＥＴがＯＦＦされる。

【0036】

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

【0037】

・第２コンデンサＣ２の第１電極Ｃ２ａ（一方の電極）は第３ダイオードＤ３及び第２ダイオードＤ２を介して入力部４１に接続され、第２コンデンサＣ２の第２電極Ｃ２ｂ（他方の電極）は基準電位Ｅに接続されている。このため、制御装置３０により、第２スイッチＳＷ２を遮断状態（ＯＦＦ状態）に切り替えることで、入力部４１からの入力電圧Ｖ１により第２コンデンサＣ２を充電することができる。また、第１コンデンサＣ１の第１電極Ｃ１ａ（一方の電極）は第２ダイオードＤ２を介して入力部４１に接続され、第１コンデンサＣ１の第２電極Ｃ１ｂ（他方の電極）は第３スイッチＳＷ３を介して基準電位Ｅに接続されている。このため、制御装置３０により、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を遮断状態に切り替え、第３スイッチＳＷ３を接続状態（ＯＮ状態）に切り替えることで、入力部４１からの入力電圧Ｖ１により第１コンデンサＣ１を充電することができる。

【0038】

・第１コンデンサＣ１の第２電極Ｃ１ｂは直列接続体Ｘを介して入力部４１に接続され、第１コンデンサＣ１の第１電極Ｃ１ａは第３ダイオードＤ３及び第２スイッチＳＷ２を介して出力部４２に接続されている。このため、制御装置３０により、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を接続状態に切り替え、第３スイッチＳＷ３を遮断状態に切り替えることで、第１コンデンサＣ１の第２電極Ｃ１ｂの電位が入力部４１からの入力電圧Ｖ１まで持ち上げられる。さらに、第１コンデンサＣ１の第１電極Ｃ１ａに蓄積された電荷が第２コンデンサＣ２の第１電極Ｃ２ａへ移動するため、第２コンデンサＣ２の第１電極Ｃ２ａの電位を入力部４１からの入力電圧Ｖ１よりも上昇させることができる。そして、入力部４１からの入力電圧Ｖ１よりも上昇した出力電圧Ｖ２（昇圧電圧）を、第２コンデンサＣ２の第１電極Ｃ２ａから出力部４２へ出力することができる。したがって、特許文献１に記載のチャージポンプ回路及び比較例のチャージポンプ回路９１０が４つのスイッチを必要とするのに対して、チャージポンプ回路１０による昇圧電圧の出力を可能としつつ、必要なスイッチの数を３つに減少させることができる。

【0039】

・第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、及び第３スイッチＳＷ３は、接続状態及び遮断状態を切り替える制御信号が入力される制御端子ＳＷ１ｃ，ＳＷ２ｃ，ＳＷ３ｃをそれぞれ備え、チャージポンプ回路１０は、制御装置３０と第１スイッチＳＷ１の制御端子ＳＷ１ｃとを接続する第１制御線Ｌｃ１と、第１制御線Ｌｃ１から分岐して第２スイッチＳＷ２の制御端子ＳＷ２ｃに接続された第２制御線Ｌｃ２と、を備える。こうした構成によれば、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をまとめて遮断状態又は接続状態に切り替えることができ、制御装置３０による制御を簡素化することができる。さらに、制御装置３０に直接接続される制御線の数を削減することができる。

【0040】

・制御装置３０は、入力部４１からの入力電圧Ｖ１により第１コンデンサＣ１を充電する際に、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を遮断状態に切り替え且つ第３スイッチＳＷ３を接続状態に切り替える。このため、入力部４１からの入力電圧Ｖ１により第１コンデンサＣ１を充電するとともに、出力部４２への出力電圧Ｖ２の出力を停止させることができる。また、制御装置３０は、入力電圧Ｖ１よりも上昇させた出力電圧Ｖ２を出力部４２へ出力する際に、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を接続状態に切り替え且つ第３スイッチＳＷ３を遮断状態に切り替える。このため、第２コンデンサＣ２の第１電極Ｃ２ａの電圧を上昇させるとともに、入力電圧Ｖ１よりも上昇させた出力電圧Ｖ２を出力部４２へ出力することができる。

【0041】

・出力部４２はパワーＭＯＳＦＥＴ（パワー半導体）のゲート端子（制御端子）であり、パワーＭＯＳＦＥＴのゲート端子に基準電位Ｅよりも高い所定電圧が印加されることを条件として、パワーＭＯＳＦＥＴは遮断状態から接続状態に切り替えられる。こうした構成によれば、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を遮断状態に切り替え且つ第３スイッチＳＷ３を接続状態に切り替えることで、第１コンデンサＣ１を充電するとともにパワーＭＯＳＦＥＴのゲート端子の電圧を低下させることができる。また、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を接続状態に切り替え且つ第３スイッチＳＷ３を遮断状態に切り替えることで、入力電圧Ｖ１を上昇させた出力電圧Ｖ２をパワーＭＯＳＦＥＴのゲート端子に印加することができる。したがって、チャージポンプ回路１０によりパワーＭＯＳＦＥＴの駆動回路を容易に構成することができる。

【0042】

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【0043】

・第２スイッチＳＷ２の制御端子ＳＷ２ｃは、第１制御線Ｌｃ１から独立した制御線により制御装置３０のポートに接続されていてもよい。そして、制御装置３０は、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２に同一の制御信号をそれぞれ送信してもよい。

【0044】

・図８に示すように、第２ダイオードＤ２、第３ダイオードＤ３、第１コンデンサＣ１、及び第２コンデンサＣ２により、単位回路を構成することができる。そして、昇圧回路１２０（チャージポンプ回路１１０）は、入力部４１、第１スイッチＳＷ１、第１ダイオードＤ１、及び第３スイッチＳＷ３と、第２スイッチＳＷ２及び出力部４２との間に、互いに直列に接続された単位回路６１，６２（複数の単位回路）を備えていてもよい。図８では、入力部４１、第１スイッチＳＷ１、第１ダイオードＤ１、及び第３スイッチＳＷ３に単位回路６１の入力側が接続され、単位回路６１の出力側に単位回路６２の入力側が接続され、単位回路６２の出力側に第２スイッチＳＷ２及び出力部４２が接続されている。

【0045】

上記構成によれば、単位回路６１，６２において、後段の単位回路６２は前段の単位回路６１の出力電圧Ｖ２を入力電圧として入力し、昇圧させて出力部４２（又はさらに後段の単位回路）へ出力することができる。このとき、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を遮断状態に切り替え且つ第３スイッチＳＷ３を接続状態に切り替えることで、単位回路６１，６２において同時に第１コンデンサＣ１を充電することができる。また、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を接続状態に切り替え且つ第３スイッチＳＷ３を遮断状態に切り替えることで、単位回路６１，６２において同時に昇圧動作及び昇圧電圧の出力動作を行うことができる。したがって、単位回路６１，６２（複数の単位回路）を備える場合であっても、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、及び第３スイッチＳＷ３の３つのスイッチにより、充電動作、昇圧動作、及び出力動作を行うことができる。なお、チャージポンプ回路１１０は、３つ以上の単位回路を備えていてもよい。

【0046】

・出力部４２は、パワー半導体の制御端子に限らず、コンデンサ、トランス（コイル）、ＬＥＤ等であってもよい。すなわち、出力部４２は、チャージポンプ回路１０，１１０により昇圧された昇圧電圧を利用可能な素子、機器等であればよい。

【符号の説明】

【0047】

１０…チャージポンプ回路、２０…昇圧回路、３０…制御装置、４１…入力部、４２…出力部、１１０…チャージポンプ回路、１２０…昇圧回路、Ｃ１…第１コンデンサ、Ｃ２…第２コンデンサ、Ｄ１…第１ダイオード、Ｄ２…第２ダイオード、Ｄ３…第３ダイオード、Ｅ…基準電位、Ｌ１…第１経路、Ｌ２…第２経路、Ｎ１…接続点、Ｎ２…接続点、Ｎ３…接続点、Ｎ４…接続点、Ｎ５…接続点、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ、ＳＷ３…第３スイッチ、Ｘ…直列接続体、Ｘａ…端子、Ｘｂ…端子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】