特許 7438037 チャージポンプ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-15

(45)【発行日】2024-02-26

(54)【発明の名称】チャージポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/07 20060101AFI20240216BHJP

【ＦＩ】

H02M3/07

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020108757

(22)【出願日】2020-06-24

(65)【公開番号】P2022006505

(43)【公開日】2022-01-13

【審査請求日】2023-03-10

(73)【特許権者】

【識別番号】303046277

【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】原田 雄介

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００１８６１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１８３１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１６８１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力端子から入力される入力電圧を昇圧した昇圧電圧を出力するチャージポンプ昇圧回路と、
前記昇圧電圧を出力電圧として出力するか否かを切り替える半導体スイッチである正側転送スイッチを有する出力回路と、
前記入力電圧および前記出力電圧を比較する比較回路と、
前記比較の結果に応じて、前記入力電圧および前記出力電圧のいずれを用いて前記チャージポンプ昇圧回路内の少なくとも１つの半導体スイッチを制御するための制御信号を発生させるかを切り替える切替回路と
前記昇圧電圧を前記出力電圧として出力させる場合に、前記正側転送スイッチ用の制御信号を昇圧して前記正側転送スイッチの制御端子に供給するゲート制御回路と
を備えるチャージポンプ装置。

【請求項2】

前記ゲート制御回路は、
前記正側転送スイッチのオフ期間の少なくとも一部において、前記入力電圧を用いてオフセット電圧を充電し、
前記正側転送スイッチをオンとする場合に、前記正側転送スイッチ用の制御信号の電圧に前記オフセット電圧を加えて前記正側転送スイッチの制御端子に供給する
請求項１に記載のチャージポンプ装置。

【請求項3】

入力端子から入力される入力電圧を昇圧した昇圧電圧を出力するチャージポンプ昇圧回路と、
前記昇圧電圧を出力電圧として出力するか否かを切り替える正側転送スイッチを有する出力回路と、
前記正側転送スイッチのオフ期間の少なくとも一部において前記入力電圧を用いてオフセット電圧を充電し、前記正側転送スイッチをオンとする場合に、前記正側転送スイッチ用の制御信号の電圧に前記オフセット電圧を加えて前記正側転送スイッチの制御端子に供給するゲート制御回路と
を備えるチャージポンプ装置。

【請求項4】

前記入力電圧および前記出力電圧を比較する比較回路と、
前記比較の結果に応じて、前記入力電圧および前記出力電圧のいずれを用いて前記チャージポンプ昇圧回路内の少なくとも１つの半導体スイッチを制御するための制御信号を発生させるかを切り替える切替回路と
を備える請求項３に記載のチャージポンプ装置。

【請求項5】

前記ゲート制御回路は、
一端に前記正側転送スイッチ用の制御信号が入力され、他端が前記正側転送スイッチの制御端子に接続された第２キャパシタと、
前記入力端子と前記第２キャパシタの他端との間に接続され、前記第２キャパシタの他端から前記入力端子への電流の逆流を防ぐ整流素子と
を有する
請求項１から４のいずれか一項に記載のチャージポンプ装置。

【請求項6】

前記正側転送スイッチは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴである請求項１から５のいずれか一項に記載のチャージポンプ装置。

【請求項7】

前記出力電圧が前記入力電圧よりも低いことに応じて、前記チャージポンプ昇圧回路が入力する電流または前記チャージポンプ昇圧回路が出力する電流の少なくとも１つを制限する電流制限回路を備える請求項１から６のいずれか一項に記載のチャージポンプ装置。

【請求項8】

入力端子から入力される入力電圧を昇圧した昇圧電圧を出力するチャージポンプ昇圧回路と、
前記昇圧電圧を出力電圧として出力する出力回路と、
前記入力電圧および前記出力電圧を比較する比較回路と、
前記比較の結果に応じて、前記入力電圧および前記出力電圧のいずれを用いて前記チャージポンプ昇圧回路内の少なくとも１つの半導体スイッチを制御するための制御信号を発生させるかを切り替える切替回路と、
前記出力電圧が前記入力電圧よりも低いことに応じて、前記チャージポンプ昇圧回路が入力する電流または前記チャージポンプ昇圧回路が出力する電流の少なくとも１つを制限する電流制限回路と
を備えるチャージポンプ装置。

【請求項9】

前記切替回路は、前記入力電圧および前記出力電圧のうちより高い電圧を用いて前記制御信号を発生させる請求項１、２、４、または８のいずれか一項に記載のチャージポンプ装置。

【請求項10】

前記切替回路は、前記比較の結果に応じて前記入力電圧および前記出力電圧のいずれかを出力し、
前記切替回路が出力する電圧を用いて前記制御信号を発生する駆動回路を更に備える請求項１、２、４、８、または９のいずれか一項に記載のチャージポンプ装置。

【請求項11】

前記少なくとも１つの半導体スイッチは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴであり、
前記駆動回路は、前記切替回路が出力する電圧を用いて前記少なくとも１つの半導体スイッチをオンとする前記制御信号を発生する
請求項１０に記載のチャージポンプ装置。

【請求項12】

前記チャージポンプ昇圧回路は、
第１キャパシタと、
前記入力端子と前記第１キャパシタの一端との間に接続される半導体スイッチである正側充電スイッチと、
前記第１キャパシタの他端とグランドとの間に接続される半導体スイッチである負側充電スイッチと、
前記入力端子と前記第１キャパシタの他端との間に接続される半導体スイッチである負側転送スイッチと
を有し、
前記駆動回路は、前記切替回路が出力する電圧を用いて発生した制御信号を、前記正側充電スイッチまたは前記負側転送スイッチの少なくとも１つの制御端子に供給する
請求項１０または１１に記載のチャージポンプ装置。

【請求項13】

前記チャージポンプ昇圧回路は、前記正側充電スイッチに供給される制御信号に基づいて、グランド電圧および前記第１キャパシタの一端の電圧のいずれを前記正側充電スイッチのバルク電圧とするかを切り替えるバルク制御回路を有する請求項１２に記載のチャージポンプ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チャージポンプ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１～３には、チャージポンプ方式の昇圧装置が記載されている。例えば、特許文献１においては、昇圧回路がスイッチングトランジスタＴＲ１～４を有しており（段落０００４）、トランジスタＴＲ２はＮチャネル電界効果トランジスタ（ＮチャネルＦＥＴ）、トランジスタＴＲ１、ＴＲ３、およびＴＲ４はＰチャネル電界効果トランジスタ（ＰチャネルＦＥＴ）である（段落０００６）。特許文献２～３においても同様である（特許文献２の図１、特許文献３の図１等参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開平６－３５１２２９号公報
［特許文献２］ 特開２００８－２８３７９４号公報
［特許文献３］ 特開２０１１－３０３２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

ＰチャネルＦＥＴは、オン抵抗が同一サイズのＮチャネルＦＥＴと比較して高いので、同量の電流を流すためにはＮチャネルＦＥＴよりも大きなサイズとなってしまう。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第１の態様においては、チャージポンプ装置を提供する。チャージポンプ装置は、入力端子から入力される入力電圧を昇圧した昇圧電圧を出力するチャージポンプ昇圧回路を備えてよい。チャージポンプ装置は、昇圧電圧を出力電圧として出力する出力回路を備えてよい。チャージポンプ装置は、入力電圧および出力電圧を比較する比較回路を備えてよい。チャージポンプ装置は、比較の結果に応じて、入力電圧および出力電圧のいずれを用いてチャージポンプ昇圧回路内の少なくとも１つの半導体スイッチを制御するための制御信号を発生させるかを切り替える切替回路を備えてよい。

【0005】

切替回路は、入力電圧および出力電圧のうちより高い電圧を用いて制御信号を発生させてよい。

【0006】

切替回路は、比較の結果に応じて入力電圧および出力電圧のいずれかを出力してよい。チャージポンプ装置は、切替回路が出力する電圧を用いて制御信号を発生する駆動回路を更に備えてよい。

【0007】

少なくとも１つの半導体スイッチは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴであってよい。駆動回路は、切替回路が出力する電圧を用いて少なくとも１つの半導体スイッチをオンとする制御信号を発生してよい。

【0008】

チャージポンプ昇圧回路は、第１キャパシタを有してよい。チャージポンプ昇圧回路は、入力端子と第１キャパシタの一端との間に接続される半導体スイッチである正側充電スイッチを有してよい。チャージポンプ昇圧回路は、第１キャパシタの他端とグランドとの間に接続される半導体スイッチである負側充電スイッチを有してよい。チャージポンプ昇圧回路は、入力端子および第１キャパシタの他端子との間に接続される半導体スイッチである負側転送スイッチを有してよい。駆動回路は、切替回路が出力する電圧を用いて発生した制御信号を、正側充電スイッチまたは負側転送スイッチの少なくとも１つの制御端子に供給してよい。

【0009】

出力回路は、昇圧電圧を出力電圧として出力するか否かを切り替える半導体スイッチである正側転送スイッチを有してよい。チャージポンプ装置は、昇圧電圧を出力電圧として出力させる場合に、正側転送スイッチ用の制御信号を昇圧して正側転送スイッチの制御端子に供給するゲート制御回路を更に備えてよい。

【0010】

ゲート制御回路は、正側転送スイッチのオフ期間の少なくとも一部において、入力電圧を用いてオフセット電圧を充電してよい。ゲート制御回路は、正側転送スイッチをオンとする場合に、正側転送スイッチ用の制御信号の電圧にオフセット電圧を加えて正側転送スイッチの制御端子に供給してよい。

【0011】

本発明の第２の態様においては、チャージポンプ装置を提供する。チャージポンプ装置は、入力端子から入力される入力電圧を昇圧した昇圧電圧を出力するチャージポンプ昇圧回路を備えてよい。チャージポンプ装置は、昇圧電圧を出力電圧として出力するか否かを切り替える正側転送スイッチを有する出力回路を備えてよい。チャージポンプ装置は、正側転送スイッチのオフ期間の少なくとも一部において入力電圧を用いてオフセット電圧を充電し、正側転送スイッチをオンとする場合に、正側転送スイッチ用の制御信号の電圧にオフセット電圧を加えて正側転送スイッチの制御端子に供給するゲート制御回路を備えてよい。

【0012】

ゲート制御回路は、一端に正側転送スイッチ用の制御信号が入力され、他端が正側転送スイッチの制御端子に接続された第２キャパシタを有してよい。ゲート制御回路は、入力端子と第２キャパシタの他端との間に接続され、第２キャパシタの他端から入力端子への電流の逆流を防ぐ整流素子を有してよい。

【0013】

正側転送スイッチは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴであってよい。

【0014】

チャージポンプ装置は、 出力電圧が入力電圧よりも低いことに応じて、チャージポンプ昇圧回路が入力する電流またはチャージポンプ昇圧回路が出力する電流の少なくとも１つを制限する電流制限回路を備えてよい。

【0015】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態に係るチャージポンプ装置１００の構成を示す。

【図2】本実施形態に係るチャージポンプ装置１００の動作の一例を示すタイミングチャートである。

【図3】本実施形態に係る切替回路１６０の構成を示す。

【図4】本実施形態に係る駆動回路１６５の構成を示す。

【図5】本実施形態に係る駆動回路１６５の動作の一例を示すタイミングチャートである。

【図6】本実施形態に係るゲート制御回路１７０の構成を示す。

【図7】本実施形態に係るゲート制御回路１７０の動作の一例を示すタイミングチャートである。

【図8】本実施形態に係る電流制限回路１４０ａ～ｃの構成を示す。

【図9】本実施形態の第１変形例に係るゲート制御回路９００の構成を示す。

【図10】本実施形態の第２変形例に係るゲート制御回路１０００の構成を示す。

【図11】本実施形態の第３変形例に係るゲート制御回路１１００の構成を示す。

【図12】本実施形態の第４変形例に係るゲート制御回路１２００の構成を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0018】

図１は、本実施形態に係るチャージポンプ装置１００の構成を示す。本実施形態に係るチャージポンプ装置１００は、チャージポンプ装置１００内の正側充電スイッチ１２０、負側転送スイッチ１３５、および正側転送スイッチ１５０をＮ型とすることを可能とするべく、これらのスイッチの制御端子（ゲート端子）に供給する適切な制御電圧を発生する。

【0019】

チャージポンプ装置１００は、チャージポンプ昇圧回路１１０と、出力回路１４５と、比較回路１５５と、切替回路１６０と、駆動回路１６５と、ゲート制御回路１７０とを備える。チャージポンプ昇圧回路１１０は、充電フェーズにおいて入力端子ＶＤＤから入力される入力電圧ＶＤＤを第１キャパシタ１１５に充電し、転送（Ｔｒａｎｓｆｅｒ）フェーズにおいて入力電圧ＶＤＤを第１キャパシタ１１５に充電した電圧によって昇圧した昇圧電圧を正側チャージポンプ端子ＣＰＰから出力する。ここで、説明の便宜上、入力端子ＶＤＤの電圧は、「電圧ＶＤＤ」と示す。他の端子についても同様である。チャージポンプ昇圧回路１１０は、第１キャパシタ１１５と、正側充電スイッチ１２０と、バルク制御回路１２５と、負側充電スイッチ１３０と、負側転送スイッチ１３５と、電流制限回路１４０ａ～ｃとを有する。

【0020】

第１キャパシタ１１５は、正側チャージポンプ端子ＣＰＰ（「端子ＣＰＰ」とも示す。）および負側チャージポンプ端子ＣＰＮ（「端子ＣＰＮ」とも示す。）の間に接続される。第１キャパシタ１１５は、チャージポンプ昇圧回路１１０の昇圧用に入力電圧ＶＤＤを充電し、昇圧電圧を出力するときに放電する。

【0021】

正側充電スイッチ１２０は、入力端子ＶＤＤと第１キャパシタ１１５の一端（正側となる端子）としての端子ＣＰＰの間に主端子間が接続される半導体スイッチである。正側充電スイッチ１２０は、駆動回路１６５から電流制限回路１４０ａを介して制御信号ＣＨＣＰ（図中「ａ」）を制御端子（ゲート）に入力し、ゲート－ソース間の電圧（ゲート－ソース電圧）Ｖｇｓが閾値電圧以下の場合に主端子間を電気的に切断し（オフ状態）、ゲート－ソース電圧Ｖｇｓが閾値電圧を超えると主端子間を電気的に接続する（オン状態）。本実施形態において、正側充電スイッチ１２０は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）である。これに代えて、正側充電スイッチ１２０は、制御電圧が閾値を超えたことに応じてオンとなる他の種類のＮチャネルＦＥＴ等の半導体スイッチであってもよい。

【0022】

バルク制御回路１２５は、正側充電スイッチ１２０の端子ＣＰＰ側の主端子と、グランドＶＳＳと、駆動回路１６５とに接続される。バルク制御回路１２５は、正側充電スイッチ１２０のオンオフを制御するための制御信号ＣＨＣＰ（図中「ａ」）を駆動回路１６５から受け取る。バルク制御回路１２５は、制御信号ＣＨＣＰに基づいて、グランド電圧ＶＳＳおよび端子ＣＰＰの電圧のいずれを正側充電スイッチ１２０のバルク電圧とするかを切り替える。本実施形態に係るバルク制御回路１２５は、充電フェーズ（制御信号ＣＨＣＰが論理Ｈ）において、端子ＣＰＰの電圧を正側充電スイッチ１２０のバルク電圧として、正側充電スイッチ１２０の端子ＣＰＰ側をソースとして機能させる。また、バルク制御回路１２５は、転送フェーズ（制御信号ＣＨＣＰが論理Ｌ）において、グランド電圧ＶＳＳを正側充電スイッチ１２０のバルク電圧として、正側充電スイッチ１２０の入力端子ＶＤＤ側をソースとして機能させて端子ＣＰＰの昇圧電圧が入力端子へと逆流するのを防ぐ。一例として、バルク制御回路１２５は、正側充電スイッチ１２０の端子ＣＰＰ側の主端子とバルクとの間に接続され、制御信号ＣＨＣＰが論理Ｈの場合にオンとなり、制御信号ＣＨＣＰが論理Ｌの場合にオフとなるスイッチング素子と、正側充電スイッチ１２０のバルクとグランドＶＳＳの間に接続され、制御信号ＣＨＣＰが論理Ｈの場合にオフとなり、制御信号ＣＨＣＰが論理Ｌの場合にオンとなるスイッチング素子とを有してよい。

【0023】

このようなバルク制御回路１２５は、充電フェーズにおいては、正側充電スイッチ１２０のソースとバルクを同電位として正側充電スイッチ１２０を低閾値ＭＯＳ等の低閾値スイッチング素子として機能させることができるので、同サイズの通常の閾値のスイッチング素子を用いた場合よりもオン抵抗を小さくすることができる。これにより、チャージポンプ装置１００は、通常の閾値のスイッチング素子を用いる場合と比較して、サイズが小さい正側充電スイッチ１２０を用いることができる。また、バルク制御回路１２５は、転送フェーズにおいては、正側充電スイッチ１２０のバルク電圧をグランド電圧ＶＳＳとすることでバルク－ソース間の電位差を大きくする。これによりバルク制御回路１２５は、正側充電スイッチ１２０として低閾値スイッチング素子を用いたとしても、基板バイアス効果によって正側充電スイッチ１２０の閾値を上昇させて端子ＶＤＤおよび端子ＣＰＰの間を確実に遮断することができる。

【0024】

負側充電スイッチ１３０は、第１キャパシタ１１５の他端（負側となる端子）としての端子ＣＰＮとグランドＶＳＳとの間に主端子間が接続される半導体スイッチである。負側充電スイッチ１３０は、駆動回路１６５から電流制限回路１４０ｂを介して制御信号ＣＨＣＮ（図中「ｂ」）を制御端子（ゲート）に入力し、ゲート－ソース電圧Ｖｇｓが閾値電圧以下の場合に主端子間を電気的に切断し、ゲート－ソース電圧Ｖｇｓが閾値電圧を超えると主端子間を電気的に接続する。本実施形態において、負側充電スイッチ１３０は、正側充電スイッチ１２０と同様にＮ型ＭＯＳＦＥＴであり、端子ＣＰＮ側にドレイン、グランドＶＳＳ側にソースが接続される。ここで、グランドＶＳＳは、接地電位を有し、入力電圧ＶＤＤ＞グランド電圧ＶＳＳである。負側充電スイッチ１３０は、他の種類のＮチャネルＦＥＴ等の半導体スイッチであってよい。

【0025】

負側転送スイッチ１３５は、入力端子ＶＤＤおよび第１キャパシタ１１５の他端としての端子ＣＰＮの間に主端子間が接続される半導体スイッチである。負側転送スイッチ１３５は、駆動回路１６５から電流制限回路１４０ｃを介して制御信号ＴＲＣＮ（図中「ｃ」）を制御端子（ゲート）に入力し、ゲート－ソース電圧Ｖｇｓが閾値電圧以下の場合に主端子間を電気的に切断し、ゲート－ソース電圧Ｖｇｓが閾値電圧を超えると主端子間を電気的に接続する。本実施形態において、負側転送スイッチ１３５は、正側充電スイッチ１２０と同様にＮ型ＭＯＳＦＥＴであり、入力端子ＶＤＤ側にドレイン、端子ＣＰＮ側にソースが接続される。これに代えて、負側充電スイッチ１３０は、他の種類のＮチャネルＦＥＴ等の半導体スイッチであってよい。

【0026】

電流制限回路１４０ａ～ｃは、駆動回路１６５と、正側充電スイッチ１２０、負側充電スイッチ１３０、および負側転送スイッチ１３５との間にそれぞれ接続される。電流制限回路１４０ａ～ｃは、入力電圧ＶＤＤおよび出力電圧ＣＰＯＵＴの比較結果を示す信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎを比較回路１５５から受け取り、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤよりも低いことに応じて、チャージポンプ昇圧回路１１０が入力端子ＶＤＤから入力する電流またはチャージポンプ昇圧回路１１０が端子ＣＰＰから出力回路１４５へと出力する電流の少なくとも１つを制限する。なお、本実施形態に係る電流制限回路１４０ａ～ｃは、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤ以下の場合にも、これらの電流の少なくとも１つを制限する。

【0027】

出力回路１４５は、端子ＣＰＰおよび出力端子ＣＰＯＵＴの間に接続され、チャージポンプ昇圧回路１１０によって端子ＣＰＰから出力される昇圧電圧を出力電圧として出力端子ＣＰＯＵＴから出力する。出力回路１４５は、正側転送スイッチ１５０を有する。

【0028】

正側転送スイッチ１５０は、第１キャパシタ１１５の端子ＣＰＰおよび出力端子ＣＰＯＵＴの間に主端子間が接続される半導体スイッチである。正側転送スイッチ１５０は、駆動回路１６５からゲート制御回路１７０を介して制御信号ＴＲＣＰ（図中「ｄ」）を制御端子（ゲート）に入力し、ゲート－ソース電圧Ｖｇｓが閾値電圧以下の場合に主端子間を電気的に切断し、ゲート－ソース電圧Ｖｇｓが閾値電圧を超えると主端子間を電気的に接続する。これにより、正側転送スイッチ１５０は、チャージポンプ昇圧回路１１０が端子ＣＰＰから出力する昇圧電圧を、出力電圧として出力端子ＣＰＯＵＴから出力するか否かを切り替える。本実施形態において、正側転送スイッチ１５０は、正側充電スイッチ１２０と同様にＮ型ＭＯＳＦＥＴであり、出力端子ＣＰＯＵＴ側にドレイン、端子ＣＰＰ側にソースが接続される。これに代えて、正側転送スイッチ１５０は、他の種類のＮチャネルＦＥＴ等の半導体スイッチであってよい。

【0029】

比較回路１５５は、入力端子ＶＤＤおよび出力端子ＣＰＯＵＴに接続される。比較回路１５５は、入力電圧ＶＤＤおよび出力電圧ＣＰＯＵＴを比較して、入力電圧ＶＤＤおよび出力電圧ＣＰＯＵＴの比較結果を示す信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎを出力する。本実施形態において、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎは、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤ以下の場合に論理Ｈ、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤを超えた場合に論理Ｌとなる。これに代えて、比較回路１５５は、出力電圧ＣＰＯＵＴから入力電圧ＶＤＤを減じた差分が予め定められた閾値を超えた場合に信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎを論理Ｈとしてもよい。

【0030】

切替回路１６０は、入力端子ＶＤＤ、出力端子ＣＰＯＵＴ、および比較回路１５５に接続される。切替回路１６０は、比較回路１５５による比較の結果に応じて、チャージポンプ昇圧回路１１０および出力回路１４５内の少なくとも１つの半導体スイッチを制御するための制御信号の論理Ｈレベルを入力電圧ＶＤＤおよび出力電圧ＣＰＯＵＴのいずれかを用いて発生させるかを切り替える。

【0031】

本実施形態に係る切替回路１６０は、比較回路１５５からの信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎに基づいて、入力電圧ＶＤＤおよび出力電圧ＣＰＯＵＴのうちより高い電圧を用いて制御信号を発生させるように制御信号の発生源とする電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬを出力する。切替回路１６０は、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎに基づいて、入力電圧ＶＤＤおよび出力電圧ＣＰＯＵＴのいずれかを電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬとして出力してよい。

【0032】

駆動回路１６５は、切替回路１６０に接続される。駆動回路１６５は、チャージポンプ昇圧回路１１０および正側転送スイッチ１５０のスイッチングに用いるクロック信号ＣＰＣＬＫを入力し、切替回路１６０が出力する電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬを用いて制御信号ＣＨＣＰ（ａ）、ＣＨＣＮ（ｂ）、ＴＲＣＮ（ｃ）、およびＴＲＣＰ（ｄ）を発生する。駆動回路１６５は、電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬを用いて発生した制御信号ＣＨＣＰ、ＣＨＣＮ、ＴＲＣＮ、およびＴＲＣＰを、正側充電スイッチ１２０、負側充電スイッチ１３０、負側転送スイッチ１３５、および正側転送スイッチ１５０の制御端子にそれぞれ供給する。

【0033】

ゲート制御回路１７０は、入力端子ＶＤＤ、端子ＣＰＰ、および比較回路１５５に接続される。ゲート制御回路１７０は、チャージポンプ昇圧回路１１０の端子ＣＰＰからの昇圧電圧を出力電圧ＣＰＯＵＴとして出力させる場合に、正側転送スイッチ１５０用の制御信号ＴＲＣＰを昇圧して正側転送スイッチ１５０の制御端子に供給し、正側転送スイッチ１５０をオンとする。

【0034】

図２は、本実施形態に係るチャージポンプ装置１００の動作の一例を示すタイミングチャートである。本図は、上から順に出力電圧ＣＰＯＵＴ、比較回路１５５による電源監視の結果（信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎの値）、電流制限回路１４０ａ～ｃによる電流制限の状態、切替回路１６０による制御信号の電源の切り替えの状態、ゲート制御回路１７０によるゲート制御の状態のそれぞれの時間変化を示す。

【0035】

（１）出力電圧ＣＰＯＵＴ
チャージポンプ装置１００は、時刻０においてパワーオンされて動作を開始する。駆動回路１６５は、クロック信号ＣＰＣＬＫに基づいて、充電フェーズおよび転送フェーズを繰り返す。駆動回路１６５は、充電フェーズにおいて、制御信号ＣＨＣＰおよびＣＨＣＮを論理Ｈとして正側充電スイッチ１２０および負側充電スイッチ１３０をオンとし、制御信号ＴＲＣＮおよびＴＲＣＰを論理Ｌとして負側転送スイッチ１３５および正側転送スイッチ１５０をオフとする。この結果、第１キャパシタ１１５の端子ＣＰＰが入力端子ＶＤＤに接続され、第１キャパシタ１１５の端子ＣＰＮがグランドＶＳＳに接続される。これにより、第１キャパシタ１１５は、充電フェーズにおいて、第１キャパシタ１１５の両端電圧が入力電圧ＶＤＤに達するまで徐々に充電される。

【0036】

駆動回路１６５は、転送フェーズにおいて、制御信号ＣＨＣＰおよびＣＨＣＮを論理Ｌとして正側充電スイッチ１２０および負側充電スイッチ１３０をオフとし、制御信号ＴＲＣＮおよびＴＲＣＰを論理Ｈとして負側転送スイッチ１３５および正側転送スイッチ１５０をオンとする。これにより、第１キャパシタ１１５の端子ＣＰＮが入力端子ＶＤＤに接続され、第１キャパシタ１１５の端子ＣＰＰが出力端子ＣＰＯＵＴに接続される。この結果、入力電圧ＶＤＤが第１キャパシタ１１５の充電電圧により昇圧された昇圧電圧が出力端子ＣＰＯＵＴへと出力される。

【0037】

充電フェーズおよび転送フェーズを繰り返すことによって、出力電圧ＣＰＯＵＴは上昇し、時刻ｔ１において出力電圧ＣＰＯＵＴは入力電圧ＶＤＤに達する。時刻ｔ１以降、出力電圧ＣＰＯＵＴは、入力電圧ＶＤＤを超えて上昇する。出力電圧ＣＰＯＵＴは最大で入力電圧ＶＤＤの２倍に達する。

【0038】

出力端子ＣＰＯＵＴに接続された負荷に流れる出力負荷電流がチャージポンプ装置１００の定格出力電流よりも大きくなると、出力電圧ＣＰＯＵＴは減少していく。本実施形態に係るチャージポンプ装置１００は、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤ以下まで低下したことに応じて、チャージポンプに電流制限をかけ、駆動能力を低下させる。これに代えて、チャージポンプ装置１００は、パワーダウン状態となって出力を停止してもよい。

【0039】

（２）電源監視
比較回路１５５は、入力電圧ＶＤＤおよび出力電圧ＣＰＯＵＴを監視する。比較回路１５５は、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤ以下の間（時刻０から時刻ｔ１までの間、および時刻ｔ２以降）、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎを論理Ｈとする。比較回路１５５は、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤを超えている間（時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間）、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎを論理Ｌとする。

【0040】

（３）電流制限
電流制限回路１４０ａ～ｃは、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤよりも低い期間（時刻０から時刻ｔ１までの間、および時刻ｔ２以降）において、正側充電スイッチ１２０、負側充電スイッチ１３０、および負側転送スイッチ１３５に流れる電流を制限する。これにより、電流制限回路１４０ａ～ｃは、チャージポンプ装置１００の起動中に第１キャパシタ１１５に過大な突入電流が流れるのを防ぐことができ、また出力端子ＣＰＯＵＴに接続される負荷が短絡した場合に負荷に過電流が流れるのを防ぐことができる。

【0041】

（４）電源切替
切替回路１６０は、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤ以下の期間（時刻０から時刻ｔ１までの間、および時刻ｔ２以降）においては入力電圧ＶＤＤを電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬとして出力する。切替回路１６０は、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤを超える期間（時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間）においては出力電圧ＣＰＯＵＴを電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬとして出力する。

【0042】

前述したように、本実施形態においては、正側充電スイッチ１２０、負側転送スイッチ１３５、および正側転送スイッチ１５０としてＮＭＯＳスイッチを用いる。ここで、ＰＭＯＳスイッチは、制御信号に供給する制御電圧をグランド電圧ＶＳＳとすればオンとすることができる。しかし、ＮＭＯＳスイッチをオンとするためには、ゲート－ソース電圧Ｖｇｓが閾値電圧を超えるように制御電圧を高くしなければならない。正側充電スイッチ１２０は、第１キャパシタ１１５が入力電圧ＶＤＤ近くまで充電されると、ソース電圧が入力電圧ＶＤＤに近づく。このため、正側充電スイッチ１２０に十分な電流を流すためには正側充電スイッチ１２０の制御電圧（ゲート電圧）を入力信号ＶＤＤより高くすることが望ましい。そこで、切替回路１６０は、通常動作中は入力電圧ＶＤＤから昇圧された出力電圧ＣＰＯＵＴを用いて正側充電スイッチ１２０の制御信号ＣＨＣＰを発生させるべく信号ＶＤＤ＿ＳＥＬの電圧を出力電圧ＣＰＯＵＴとする（図中時刻ｔ１から時刻ｔ２の「ＣＰＯＵＴ」）。

【0043】

ただし、チャージポンプ装置１００の起動時等においては、出力電圧ＣＰＯＵＴは立ち上がっておらず、特にチャージポンプ装置１００の起動直後は出力電圧ＣＰＯＵＴが０Ｖとなってしまう。そこで、切替回路１６０は、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤ以下の場合には、入力電圧ＶＤＤを用いて正側充電スイッチ１２０の制御信号ＣＨＣＰを発生させるべく信号ＶＤＤ＿ＳＥＬの電圧を入力電圧ＶＤＤとする（図中時刻０から時刻ｔ１の間、および時刻ｔ２以降の「ＶＤＤ」）。

【0044】

また、負側転送スイッチ１３５は、転送フェーズにおいてオンとされ、入力端子ＶＤＤから第１キャパシタ１１５および正側転送スイッチ１５０を介して出力端子ＣＰＯＵＴに出力電流を流す。負側転送スイッチ１３５は、オン状態において入力端子ＶＤＤおよび端子ＣＰＮを接続するので、ソース電圧は入力電圧ＶＤＤとほぼ等しくなる。この状態で負側転送スイッチ１３５に十分な電流を流すために、切替回路１６０は、制御信号ＴＲＣＮについても、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤを超える場合には出力電圧ＣＰＯＵＴを用いて制御信号ＴＲＣＮを発生させ、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤ以下の場合には入力電圧ＶＤＤを用いて制御信号ＴＲＣＮを発生させるようにする。

【0045】

なお、本実施形態においては、切替回路１６０は、負側充電スイッチ１３０の制御信号ＣＨＣＮも同様にして発生させる。負側充電スイッチ１３０のソースはグランドＶＳＳに接続されていることから、駆動回路１６５は、出力電圧ＣＰＯＵＴを用いずに入力電圧ＶＤＤを常に用いて制御信号ＣＨＣＮを発生してもよい。

【0046】

（５）正側転送スイッチ１５０のゲート制御
正側転送スイッチ１５０は、転送フェーズにおいてオンとされ、出力端子ＣＰＯＵＴおよび端子ＣＰＰの間を接続する。このため、正側転送スイッチ１５０は、オン状態においてソース電圧は出力電圧ＣＰＯＵＴとほぼ等しくなる。この状態で正側転送スイッチ１５０に十分な電流を流すために、切替回路１６０および駆動回路１６５は、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤを超える場合（時刻ｔ１から時刻ｔ２の間）には、出力電圧ＣＰＯＵＴを用いて制御信号ＴＲＣＰを発生し、ゲート制御回路１７０は、制御信号ＴＲＣＰを昇圧して正側転送スイッチ１５０に供給する。出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤ以下の場合（時刻０から時刻ｔ１までの間、および時刻ｔ２以降）には、切替回路１６０および駆動回路１６５は、入力電圧ＶＤＤを用いて制御信号ＴＲＣＰを発生し、ゲート制御回路１７０は、制御信号ＴＲＣＰを昇圧して正側転送スイッチ１５０に供給する。ここで、ゲート制御回路１７０は、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤを超える場合には、入力電圧ＶＤＤを用いて制御信号ＴＲＣＰの昇圧を行い、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤ以下の場合には、端子ＣＰＰの電圧を用いて制御信号ＴＲＣＰの昇圧を行ってもよい。このためのゲート制御回路１７０の機能・構成については、図１１に関連して後述する。

【0047】

以上に示したチャージポンプ装置１００によれば、入力電圧ＶＤＤおよび出力電圧ＣＰＯＵＴを比較した結果に応じて、入力電圧ＶＤＤおよび出力電圧ＣＰＯＵＴのいずれを用いて正側充電スイッチ１２０、負側転送スイッチ１３５、および正側転送スイッチ１５０の制御信号を発生させるかを切り替えることができる。これにより、チャージポンプ装置１００は、正側充電スイッチ１２０、負側転送スイッチ１３５、および正側転送スイッチ１５０としてＮチャネルＦＥＴ等を用いた場合においても、これらに十分高い電圧の制御信号を供給してオンさせることができる。

【0048】

なお、本実施形態において、切替回路１６０は、正側充電スイッチ１２０、負側転送スイッチ１３５、および正側転送スイッチ１５０の全てに対して、入力電圧ＶＤＤおよび出力電圧ＣＰＯＵＴのいずれを用いて制御信号の論理Ｈの電圧レベルを発生するかを切り替える構成を採る。これに代えて、切替回路１６０は、正側充電スイッチ１２０、負側転送スイッチ１３５、および正側転送スイッチ１５０のうちの少なくとも１つの半導体スイッチに対してのみ、本手法を用いて制御信号を発生するようにしてもよい。この場合において、残りの半導体スイッチは、ＰチャネルＦＥＴとしてもよい。

【0049】

図３は、本実施形態に係る切替回路１６０の構成を示す。切替回路１６０は、論理否定素子３１０と、レベルシフタ３２０と、半導体スイッチＭＰ＿ＣＰＯと、半導体スイッチＭＰ＿Ｂ１と、半導体スイッチＭＰ＿Ｂ２と、半導体スイッチＭＰ＿ＶＤＤと、半導体スイッチＭＰ＿Ｂ３と、半導体スイッチＭＰ＿Ｂ４とを有する。

【0050】

論理否定素子３１０は、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎの論理値を反転して、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤ以下の場合に論理Ｌ、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤを超えた場合に論理Ｈとなる反転値を出力する。レベルシフタ３２０は、論理否定素子３１０に接続される。レベルシフタ３２０は、出力電圧ＣＰＯＵＴを入力し、電圧ＶＤＤおよび電圧ＶＳＳをとる信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎの反転値を、電圧ＣＰＯＵＴおよび電圧ＶＳＳをとる信号ＵＶＤＥＴ＿ＬＳにレベルシフトする。ここで、レベルシフタ３２０は、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤ以下の場合であっても、論理Ｌを出力可能である。

【0051】

半導体スイッチＭＰ＿ＣＰＯは、出力端子ＣＰＯＵＴおよび電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬの出力端子の間に主端子間が接続される。半導体スイッチＭＰ＿ＣＰＯは、制御端子に信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎを入力し、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｈ（出力電圧ＣＰＯＵＴ≦入力電圧ＶＤＤ）の場合にオフとなる。また、半導体スイッチＭＰ＿ＣＰＯは、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｌ（出力電圧ＣＰＯＵＴ＞入力電圧ＶＤＤ）の場合にオンとなって出力電圧ＣＰＯＵＴを電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬとして出力する。

【0052】

半導体スイッチＭＰ＿Ｂ１およびＭＰ＿Ｂ２は、半導体スイッチＭＰ＿ＣＰＯにおける出力端子ＣＰＯＵＴ側の端子とバルクとの間、および半導体スイッチＭＰ＿ＣＰＯにおける駆動回路１６５側の端子とバルクとの間に主端子間が接続される。信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｈかつ信号ＵＶＤＥＴ＿ＬＳが論理Ｌ（出力電圧ＣＰＯＵＴ≦入力電圧ＶＤＤ）の場合、半導体スイッチＭＰ＿Ｂ１はオフ、半導体スイッチＭＰ＿Ｂ２はオンとなり、半導体スイッチＭＰ＿ＣＰＯのバルク電圧は駆動回路１６５側の電圧となる。信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｌかつ信号ＵＶＤＥＴ＿ＬＳが論理Ｈ（出力電圧ＣＰＯＵＴ＞入力電圧ＶＤＤ）の場合、半導体スイッチＭＰ＿Ｂ１はオン、半導体スイッチＭＰ＿Ｂ２はオフとなり、半導体スイッチＭＰ＿ＣＰＯのバルク電圧は出力端子ＣＰＯＵＴ側の電圧となる。

【0053】

半導体スイッチＭＰ＿ＶＤＤは、切替回路１６０における、入力端子ＶＤＤおよび電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬの出力端子の間に主端子間が接続される。半導体スイッチＭＰ＿ＶＤＤは、制御端子に信号ＵＶＤＥＴ＿ＬＳを入力し、信号ＵＶＤＥＴ＿ＬＳが論理Ｈ（出力電圧ＣＰＯＵＴ＞入力電圧ＶＤＤ）の場合にオフとなる。また、半導体スイッチＭＰ＿ＶＤＤは、信号ＵＶＤＥＴ＿ＬＳが論理Ｌ（出力電圧ＣＰＯＵＴ≦入力電圧ＶＤＤ）の場合にオンとなって入力電圧ＶＤＤを電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬとして出力する。

【0054】

半導体スイッチＭＰ＿Ｂ３およびＭＰ＿Ｂ４は、半導体スイッチＭＰ＿ＶＤＤにおける入力端子ＶＤＤ側とバルクとの間、および半導体スイッチＭＰ＿ＶＤＤにおける駆動回路１６５側とバルクとの間に主端子間が接続される。信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｈかつ信号ＵＶＤＥＴ＿ＬＳが論理Ｌ（出力電圧ＣＰＯＵＴ≦入力電圧ＶＤＤ）の場合、半導体スイッチＭＰ＿Ｂ３はオン、半導体スイッチＭＰ＿Ｂ４はオフとなり、半導体スイッチＭＰ＿ＶＤＤのバルク電圧は入力端子ＶＤＤ側の電圧となる。信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｌかつ信号ＵＶＤＥＴ＿ＬＳが論理Ｈ（出力電圧ＣＰＯＵＴ＞入力電圧ＶＤＤ）の場合、半導体スイッチＭＰ＿Ｂ３はオフ、半導体スイッチＭＰ＿Ｂ４はオンとなり、半導体スイッチＭＰ＿ＶＤＤのバルク電圧は出力端子ＣＰＯＵＴ側の電圧となる。

【0055】

以上に示した切替回路１６０によれば、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｌの場合に電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬを出力電圧ＣＰＯＵＴとし、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｈの場合に電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬを入力電圧ＶＤＤとすることができる。本実施形態において、切替回路１６０は、半導体スイッチＭＰ＿ＣＰＯ、ＭＰ＿ＶＤＤ、およびＭＰ＿Ｂ１～４としてＰチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。これらの半導体スイッチは、正側充電スイッチ１２０、負側転送スイッチ１３５、および正側転送スイッチ１５０のように負荷に供給する大電流を流すものではないので、正側充電スイッチ１２０、負側転送スイッチ１３５、および正側転送スイッチ１５０と比較して非常に小さいサイズで実現できる。したがって、正側充電スイッチ１２０、負側転送スイッチ１３５、および正側転送スイッチ１５０をＮチャネルＦＥＴとすることにより、切替回路１６０等の回路を付加してもなおチャージポンプ装置１００のサイズを低減することができる。

【0056】

図４は、本実施形態に係る駆動回路１６５の構成を示す。駆動回路１６５は、タイミング発生器４１０と、クロックバッファ部４２０とを有する。

【0057】

タイミング発生器４１０は、クロック信号ＣＰＣＬＫを入力し、正側充電スイッチ１２０、負側充電スイッチ１３０、負側転送スイッチ１３５、および正側転送スイッチ１５０用の制御信号を発生する。タイミング発生器４１０が発生する制御信号は、電圧ＶＤＤを論理Ｈとし、電圧ＶＳＳを論理Ｌとする。タイミング発生器４１０は、充電フェーズにおいて、正側充電スイッチ１２０および負側充電スイッチ１３０用の制御信号を論理Ｈとし、負側転送スイッチ１３５および正側転送スイッチ１５０用の制御信号を論理Ｌとする。また、タイミング発生器４１０は、転送フェーズにおいて、正側充電スイッチ１２０および負側充電スイッチ１３０用の制御信号を論理Ｌとし、負側転送スイッチ１３５および正側転送スイッチ１５０用の制御信号を論理Ｈとする。

【0058】

クロックバッファ部４２０は、タイミング発生器４１０に接続される。クロックバッファ部４２０は、電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬを入力し、タイミング発生器４１０が出力する制御信号の電圧レベルを、電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬを用いて変換する。クロックバッファ部４２０は、バッファ４３０ａ～ｄを含む。バッファ４３０ａ～ｄは、入力される制御信号の論理Ｈの電圧を電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬにレベル変換して、電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬを論理Ｈとし、電圧ＶＳＳを論理Ｌとする制御信号ＣＨＣＰ（図１中「ａ」）、ＣＨＣＮ（図１中「ｂ」）、ＴＲＣＮ（図１中「ｃ」）、およびＴＲＣＰ（図１中「ｄ」）を出力する。

【0059】

図５は、本実施形態に係る駆動回路１６５の動作の一例を示すタイミングチャートである。本図の上側は、制御信号ＣＨＣＰおよびＣＨＣＮの電圧の時間変化を示し、本図の下側は、制御信号ＴＲＣＰおよびＴＲＣＮの電圧の時間変化を示す。

【0060】

駆動回路１６５は、制御信号ＣＨＣＰおよびＣＨＣＮと、制御信号ＴＲＣＰおよびＴＲＣＮとを交互に論理Ｈとする。ここで、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤ以下の場合（図中時刻０から時刻ｔ１までの間）、バッファ４３０ａ～ｄは、電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬとして入力電圧ＶＤＤを入力し、論理Ｈが入力電圧ＶＤＤとなる制御信号を出力する。出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤを超える場合（図中時刻ｔ２以降）、バッファ４３０ａ～ｄは、電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬとして出力電圧ＣＰＯＵＴを入力し、論理Ｈが出力電圧ＣＰＯＵＴとなる制御信号を出力する。このようにして、駆動回路１６５は、切替回路１６０が出力する電圧ＶＤＤ＿ＳＥＬを用いて、正側充電スイッチ１２０、負側充電スイッチ１３０、負側転送スイッチ１３５、および正側転送スイッチ１５０をオンとする制御信号を発生することができる。

【0061】

図６は、本実施形態に係るゲート制御回路１７０の構成を示す。ゲート制御回路１７０は、正側転送スイッチ１５０のオフ期間の少なくとも一部において、入力電圧ＶＤＤを用いてオフセット電圧を充電する。そして、ゲート制御回路１７０は、正側転送スイッチ１５０をオンとする場合に、正側転送スイッチ１５０用の制御信号ＴＲＣＰの電圧にオフセット電圧を加えて正側転送スイッチ１５０の制御端子に供給する。

【0062】

ゲート制御回路１７０は、第２キャパシタ６１０と、整流素子６２０とを含む。第２キャパシタ６１０は、一端（負側となる端子）がバッファ４３０ｄに接続されて制御信号ＴＲＣＰが入力され、他端（正側となる端子）が正側転送スイッチ１５０の制御端子に接続される。整流素子６２０は、入力端子ＶＤＤと第２キャパシタ６１０の他端との間に接続される。

【0063】

図７は、本実施形態に係るゲート制御回路１７０の動作の一例を示すタイミングチャートである。本図は、上から順に、制御信号ＣＨＣＰおよびＣＨＣＮ、制御信号ＴＲＣＰおよびＴＲＣＮ、端子ＣＰＰ、および正側転送スイッチ１５０の制御端子（ゲート）に供給される昇圧された制御信号のそれぞれの電圧の時間変化を示す。

【0064】

充電フェーズにおいて、駆動回路１６５は、制御信号ＣＨＣＰおよびＣＨＣＮを論理Ｈ、制御信号ＴＲＣＰおよびＴＲＣＮを論理Ｌとする。これにより、正側充電スイッチ１２０および負側充電スイッチ１３０はオンになり、負側転送スイッチ１３５および正側転送スイッチ１５０はオフとなる。この結果、第１キャパシタ１１５には入力電圧ＶＤＤが充電されて、端子ＣＰＰの電圧は入力電圧ＶＤＤとほぼ同じとなる。

【0065】

充電フェーズにおいて、第２キャパシタ６１０は、一端に論理Ｌ（電圧ＶＳＳ）の制御信号ＴＲＣＰを入力し、他端に整流素子６２０を介して入力電圧ＶＤＤを入力する。これにより、第２キャパシタ６１０は、入力電圧ＶＤＤをオフセット電圧として充電する。

【0066】

転送フェーズにおいて、駆動回路１６５は、制御信号ＣＨＣＰおよびＣＨＣＮを論理Ｌ、制御信号ＴＲＣＰおよびＴＲＣＮを論理Ｈとする。出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤを超える場合、ゲート制御回路１７０は、論理Ｈの制御信号ＴＲＣＰとして、出力電圧ＣＰＯＵＴを第２キャパシタ６１０の一端に入力する。これにより、正側転送スイッチ１５０の制御端子には、出力電圧ＣＰＯＵＴを第２キャパシタ６１０に充電したオフセット電圧分昇圧した制御信号が供給される。整流素子６２０は、入力端子ＶＤＤから第２キャパシタ６１０の他端への向きに電流を流し、第２キャパシタ６１０の他端から入力端子ＶＤＤへの電流の逆流を防ぐ。

【0067】

なお、正側転送スイッチ１５０は、ゲートに寄生容量を有するので、第２キャパシタ６１０の一端が出力電圧ＣＰＯＵＴとなったことに応じて、第２キャパシタ６１０および正側転送スイッチ１５０の寄生容量との間で電荷が再配分される。この結果、正側転送スイッチ１５０の制御端子は、出力電圧ＣＰＯＵＴにオフセット電圧ＶＤＤを再配分した電圧ＶＤＤ×α（０＜α＜１）を加えた電圧ＣＰＯＵＴ＋ＶＤＤ×αとなる。

【0068】

以上に示した１７０によれば、充電フェーズにおいて第２キャパシタ６１０に入力電圧ＶＤＤを充電しつつ、正側転送スイッチ１５０の制御端子に電圧ＶＤＤの制御信号を供給する。ここで、正側転送スイッチ１５０のソースは、充電フェーズにおいて入力電圧ＶＤＤとなるから、正側転送スイッチ１５０は、制御端子を電圧ＶＳＳまで落とさなくても十分にオフとすることができる。そして、充電フェーズにおいて制御端子に電圧ＶＤＤを供給することにより、ゲート制御回路１７０は、正側転送スイッチ１５０の寄生容量を電圧ＶＤＤ相当分まで充電した状態とすることができる。これにより、ゲート制御回路１７０は、転送フェーズにおける電荷の再配分に伴って正側転送スイッチ１５０の寄生容量を電圧ＶＳＳ相当分から充電する必要がなくなり、比較的少ない容量の第２キャパシタ６１０を用いて制御端子の電圧を十分に昇圧させることが可能となる。

【0069】

また、第２キャパシタ６１０の一端にバッファ４３０ｄからの制御信号ＴＲＣＰを入力することにより、ゲート制御回路１７０は、第２キャパシタ６１０から正側転送スイッチ１５０へとオフセット電圧を供給するための半導体スイッチ等を設ける必要がなくなり、そのような半導体スイッチのタイミング制御を不要とすることができる。

【0070】

図８は、本実施形態に係る電流制限回路１４０ａ～ｃの構成を正側充電スイッチ１２０、負側充電スイッチ１３０、および負側転送スイッチ１３５と共に示す。本実施形態において、正側充電スイッチ１２０は、並列に接続された複数の正側充電スイッチ１２０ａ～ｂを有する。複数の正側充電スイッチ１２０ａ～ｂのうちの一部である正側充電スイッチ１２０ａは、制御信号ＣＨＣＰを制御端子に入力し、制御信号ＣＨＣＰに応じてオンオフを切り替える。複数の正側充電スイッチ１２０ａ～ｂのうちの残りの正側充電スイッチ１２０ｂは、電流制限回路１４０ａの出力を制御端子に入力し、電流制限回路１４０ａの出力に応じてオンオフを切り替える。

【0071】

電流制限回路１４０ａは、駆動回路１６５からの制御信号ＣＨＣＰおよび比較回路１５５からの信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎを入力する。電流制限回路１４０ａは、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｈの場合（出力電圧ＣＰＯＵＴ≦入力電圧ＶＤＤの場合）に、制御信号ＣＨＣＰを強制的に論理Ｌとする。これにより、電流制限回路１４０ａは、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤよりも低いことに応じて、正側充電スイッチ１２０ｂがオンとならないようにして、入力端子ＶＤＤからチャージポンプ昇圧回路１１０内の第１キャパシタ１１５へと流入する電流を制限する。

【0072】

本実施形態に係る電流制限回路１４０ａは、制御信号ＣＨＣＰの反転値と信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎとの否定論理和をとる否定論理和素子を含む。これにより、電流制限回路１４０ａは、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｈの場合には、制御信号ＣＨＣＰの論理値によらず論理Ｌを出力する。

【0073】

負側充電スイッチ１３０は、並列に接続された複数の負側充電スイッチ１３０ａ～ｂを有する。複数の負側充電スイッチ１３０ａ～ｂのうちの一部である負側充電スイッチ１３０ａは、制御信号ＣＨＣＮを制御端子に入力し、制御信号ＣＨＣＮに応じてオンオフを切り替える。複数の負側充電スイッチ１３０ａ～ｂのうちの残りの負側充電スイッチ１３０ｂは、電流制限回路１４０ｂの出力を制御端子に入力し、電流制限回路１４０ｂの出力に応じてオンオフを切り替える。

【0074】

電流制限回路１４０ｂは、駆動回路１６５からの制御信号ＣＨＣＮおよび比較回路１５５からの信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎを入力する。電流制限回路１４０ｂは、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｈの場合（出力電圧ＣＰＯＵＴ≦入力電圧ＶＤＤの場合）に、制御信号ＣＨＣＮを強制的に論理Ｌとする。これにより、電流制限回路１４０ｂは、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤよりも低いことに応じて、負側充電スイッチ１３０ｂがオンとならないようにして、入力端子ＶＤＤからチャージポンプ昇圧回路１１０内の第１キャパシタ１１５へと流入する電流を制限する。電流制限回路１４０ｂの構成は、電流制限回路１４０ａと同様であるから説明を省略する。

【0075】

負側転送スイッチ１３５は、並列に接続された複数の負側転送スイッチ１３５ａ～ｂを有する。複数の負側転送スイッチ１３５ａ～ｂのうちの一部である負側転送スイッチ１３５ａは、制御信号ＴＲＣＮを制御端子に入力し、制御信号ＴＲＣＮに応じてオンオフを切り替える。複数の負側転送スイッチ１３５ａ～ｂのうちの残りの負側転送スイッチ１３５ｂは、電流制限回路１４０ｃの出力を制御端子に入力し、電流制限回路１４０ｃの出力に応じてオンオフを切り替える。

【0076】

電流制限回路１４０ｃは、駆動回路１６５からの制御信号ＴＲＣＮおよび比較回路１５５からの信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎを入力する。電流制限回路１４０ｃは、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｈの場合（出力電圧ＣＰＯＵＴ≦入力電圧ＶＤＤの場合）に、制御信号ＴＲＣＮを強制的に論理Ｌとする。これにより、電流制限回路１４０ｃは、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤよりも低いことに応じて、負側転送スイッチ１３５ｂがオンとならないようにして、負側転送スイッチ１３５、第１キャパシタ１１５、および出力回路１４５を介して端子ＣＰＰから出力端子ＣＰＯＵＴへと出力される電流を制限する。電流制限回路１４０ｃの構成は、電流制限回路１４０ａと同様であるから説明を省略する。

【0077】

以上に示した電流制限回路１４０ａ～ｃによれば、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤよりも低いことに応じて、並列に接続された半導体スイッチを含む正側充電スイッチ１２０、負側充電スイッチ１３０、および負側転送スイッチ１３５のそれぞれの一部の半導体スイッチをオンとさせないようにする。これにより、電流制限回路１４０ａ～ｃは、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤよりも低いことに応じて、チャージポンプ昇圧回路１１０が入力端子ＶＤＤから入力する電流またはチャージポンプ昇圧回路１１０が端子ＣＰＰから出力回路１４５へと出力する電流の少なくとも１つを制限してチャージポンプ装置１００の動作を安定化することができる。

【0078】

図９は、本実施形態の第１変形例に係るゲート制御回路９００の構成を示す。ゲート制御回路９００は、図６に示したゲート制御回路１７０の第１変形例である。ゲート制御回路９００は、第２キャパシタ９１０と、整流素子９２０とを有する。第２キャパシタ９１０は、図６の第２キャパシタ６１０と同様であるから説明を省略する。

【0079】

整流素子９２０は、入力端子ＶＤＤおよび第２キャパシタ６１０の他端（正側となる端子）の間に主端子間が接続される。より具体的には、整流素子９２０は、ソースが入力端子ＶＤＤ側、ドレインが第２キャパシタ９１０側に接続され、ゲート（制御端子）が入力端子ＶＤＤに接続されたＮチャネルＦＥＴである。このような構成により、整流素子９２０は、第２キャパシタ９１０の他端の電圧がＶＤＤ以下の場合には入力端子ＶＤＤから第２キャパシタ９１０の他端へと電流を流し、第２キャパシタ９１０の他端の電圧がＶＤＤを超えると第２キャパシタ９１０の他端から入力端子ＶＤＤへの電流の逆流を防ぐ。

【0080】

図１０は、本実施形態の第２変形例に係るゲート制御回路１０００の構成を示す。ゲート制御回路１０００は、図６に示したゲート制御回路１７０の第２変形例である。ゲート制御回路１０００は、第２キャパシタ１０１０と、整流素子１０２０と、スイッチ１０３０と、スイッチ１０４０とを有する。第２キャパシタ１０１０および整流素子１０２０は、図９の第２キャパシタ９１０および整流素子９２０とそれぞれ同様であるから説明を省略する。

【0081】

スイッチ１０３０は、主端子間が入力端子ＶＤＤおよび整流素子１０２０の間に接続され、ゲートにパワーダウン信号ＰＤを受ける。本実施形態に係るスイッチ１０３０は、一例としてＰチャネルＦＥＴである。ここで、パワーダウン信号ＰＤは、チャージポンプ装置１００の動作中は論理Ｌであり、チャージポンプ装置１００の電源を落とす前に論理Ｈとされる。パワーダウン信号ＰＤが論理Ｌの間、スイッチ１０３０はオン状態となる。これにより、スイッチ１０３０は、チャージポンプ装置１００の通常動作中、入力電圧ＶＤＤをノードＧＡＴＥ＿ＤＩに供給する。これにより、ゲート制御回路１０００は、ゲート制御回路９００と同様に機能する。パワーダウン信号ＰＤが論理Ｈとなると、スイッチ１０３０はオフ状態となる。これにより、チャージポンプ装置１００の電源が落ちる前に、スイッチ１０３０は、第２キャパシタ１０１０への入力電圧ＶＤＤの供給を遮断する。

【0082】

スイッチ１０４０は、正側の主端子（一例としてドレイン）が整流素子１０２０およびスイッチ１０３０の間のノードＧＡＴＥ＿ＤＩに接続され、負側の主端子（一例としてソース）がグランドＶＳＳに接続され、ゲートにパワーダウン信号ＰＤを受ける。本実施形態に係るスイッチ１０４０は、一例としてＮチャネルＦＥＴである。パワーダウン信号が論理Ｌの間、スイッチ１０４０は、オフ状態となる。これにより、スイッチ１０４０は、チャージポンプ装置１００の通常動作中、ノードＧＡＴＥ＿ＤＩとグランドＶＳＳとの間を遮断する。パワーダウン信号ＰＤが論理Ｈとなると、スイッチ１０４０はオン状態となる。これにより、チャージポンプ装置１００の電源が落ちる前に、スイッチ１０４０は、ノードＧＡＴＥ＿ＤＩをグランドＶＳＳに接続する。

【0083】

ここで、ノードＧＡＴＥ＿ＤＩがグランド電圧ＶＳＳになると、整流素子１０２０は、ゲート電圧がＶＤＤ、ソース電圧がＶＳＳとなり、オン状態となる。これにより、整流素子１０２０は、チャージポンプ装置１００の電源が落ちる前に、第２キャパシタ１０１０に充電された電荷をスイッチ１０４０を介して放電することができる。

【0084】

図１１は、本実施形態の第３変形例に係るゲート制御回路１１００の構成を示す。ゲート制御回路１１００は、図６に示したゲート制御回路１７０の第３変形例である。ゲート制御回路１１００は、第２キャパシタ１１１０と、整流素子１１２０と、スイッチ１１３０と、スイッチ１１４０とを有する。第２キャパシタ１１１０と、整流素子１１２０とは、図１０の第２キャパシタ１０１０と、整流素子１０２０とそれぞれ同様であるから説明を省略する。

【0085】

スイッチ１１３０は、主端子間が入力端子ＶＤＤおよび整流素子１１２０の間に接続され、ゲートに信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎを受ける。本実施形態に係るスイッチ１１３０は、一例としてＰチャネルＦＥＴである。信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｌの場合（出力電圧ＣＰＯＵＴ＞入力電圧ＶＤＤの場合）、スイッチ１１３０は、オン状態となる。これにより、スイッチ１１３０は、チャージポンプ装置１００が入力電圧ＶＤＤを超える出力電圧ＣＰＯＵＴを出力している間、ノードＧＡＴＥ＿ＤＩを電圧ＶＤＤとし、ゲート制御回路１１００を図９のゲート制御回路９００と同様に動作させることができる。信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｈの場合（出力電圧ＣＰＯＵＴ≦入力電圧ＶＤＤの場合）、スイッチ１１３０は、オフ状態となる。

【0086】

スイッチ１１４０は、正側の主端子（一例としてドレイン）が端子ＣＰＰに、負側の主端子（一例としてソース）が整流素子１１２０およびスイッチ１１３０の間のノードＧＡＴＥ＿ＤＩに接続され、ゲートに信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎを受ける。本実施形態に係るスイッチ１１４０は、一例としてＮチャネルＦＥＴである。信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｌの場合（出力電圧ＣＰＯＵＴ＞入力電圧ＶＤＤの場合）、スイッチ１０４０は、オフ状態となる。信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｈの場合（出力電圧ＣＰＯＵＴ≦入力電圧ＶＤＤの場合）、スイッチ１１４０は、オン状態となる。これにより、スイッチ１１４０は、チャージポンプ装置１００の起動中およびチャージポンプ装置１００の電源を落とす前には端子ＣＰＰの電圧をノードＧＡＴＥ＿ＤＩに供給する。

【0087】

これにより、ゲート制御回路１１００は、図２の「ゲート制御」のタイミングチャートに示したように、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤ以下の場合には端子ＣＰＰの電圧を第２キャパシタ１１１０へと供給することができる。この結果、充電フェーズにおいては正側転送スイッチ１５０のゲートおよびソースの電圧がいずれも端子ＣＰＰの電圧となり、ゲート－ソース電圧Ｖｇｓが実質的に０となるので、正側転送スイッチ１５０はオフ状態となる。したがって、ゲート制御回路１１００は、充電フェーズに切り替わった直後等において端子ＣＰＰの電圧が低い場合においても、正側転送スイッチ１５０をオフ状態とすることができる。

【0088】

転送フェーズにおいては、正側転送スイッチ１５０のゲートは出力電圧ＣＰＯＵＴに対して端子ＣＰＰの電圧分昇圧されるので、正側転送スイッチ１５０はオン状態となる。また、チャージポンプ装置１００は、電源を落とす前にパワーダウン状態となって端子ＣＰＰをグランド電圧ＶＳＳに低下させる機能を有してよい。これにより、スイッチ１１４０は、パワーダウン状態においては整流素子１１２０を介して第２キャパシタ１１１０を放電することができる。

【0089】

図１２は、本実施形態の第４変形例に係るゲート制御回路１２００の構成を、正側転送スイッチ１５０ａ～ｂと共に示す。本変形例においては、正側転送スイッチ１５０は、並列に接続された複数の正側転送スイッチ１５０ａ～ｂを有する。複数の正側転送スイッチ１５０ａ～ｂのうちの一部である正側転送スイッチ１５０ａは、制御信号ＴＲＣＰを制御端子に入力し、制御信号ＴＲＣＰに応じてオンオフを切り替える。複数の正側転送スイッチ１５０ａ～ｂのうちの残りの正側転送スイッチ１５０ｂは、電流制限回路１２５０の出力を制御端子に入力し、電流制限回路１２５０の出力に応じてオンオフを切り替える。

【0090】

ゲート制御回路１２００は、図６に示したゲート制御回路１７０の第４変形例であり、正側転送スイッチ１５０に流れる電流を制限する機能を図１１のゲート制御回路１１００に追加したものである。ゲート制御回路１２００は、複数の第２キャパシタ１２１０ａ～ｂと、複数の整流素子１２２０ａ～ｂと、スイッチ１２３０と、スイッチ１２４０と、電流制限回路１２５０とを有する。

【0091】

複数の第２キャパシタ１２１０ａ～ｂのそれぞれは、第２キャパシタ１２１０ｂの一端には制御信号ＴＲＣＰに代えて電流制限回路１２５０の出力が入力されることを除いて図１１の第２キャパシタ１１１０と同様であるから説明を省略する。複数の整流素子１２２０ａ～ｂのそれぞれは、複数の第２キャパシタ１２１０ａ～ｂのそれぞれに対応して設けられる他は、図１１の整流素子１１２０と同様であるから説明を省略する。また、スイッチ１２３０およびスイッチ１２４０は、図１１のスイッチ１１３０およびスイッチ１１４０と同様であるから説明を省略する。

【0092】

電流制限回路１２５０は、駆動回路１６５からの制御信号ＴＲＣＰおよび比較回路１５５からの信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎを入力する。電流制限回路１２５０は、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｈの場合（出力電圧ＣＰＯＵＴ≦入力電圧ＶＤＤの場合）に、制御信号ＴＲＣＰを強制的に論理Ｌとして第２キャパシタ１２１０ｂに供給する。これにより、電流制限回路１２５０は、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤよりも低いことに応じて、正側転送スイッチ１５０ｂがオンとならないようにして、チャージポンプ昇圧回路１１０から出力端子ＣＰＯＵＴへと流出する電流を制限する。

【0093】

本変形例に係る電流制限回路１２５０は、制御信号ＴＲＣＰの反転値と信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎとの否定論理和をとる否定論理和素子を含む。これにより、電流制限回路１２５０は、信号ＵＶＤＥＴ＿Ｎが論理Ｈの場合には、制御信号ＴＲＣＰの論理値によらず論理Ｌを出力する。

【0094】

以上に示したゲート制御回路１２００によれば、出力電圧ＣＰＯＵＴが入力電圧ＶＤＤよりも低いことに応じて、チャージポンプ昇圧回路１１０から出力端子ＣＰＯＵＴへと流出する電流を制限する。これにより、ゲート制御回路１２００は、チャージポンプ装置１００の起動時の動作を安定化させ、また第１キャパシタ１１５の過放電を防ぐことができる。

【0095】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0096】

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0097】

１００ チャージポンプ装置、１１０ チャージポンプ昇圧回路、１１５ 第１キャパシタ、１２０ 正側充電スイッチ、１２５ バルク制御回路、１３０ 負側充電スイッチ、１３５ 負側転送スイッチ、１４０ａ～ｃ 電流制限回路、１４５ 出力回路、１５０ 正側転送スイッチ、１５５ 比較回路、１６０ 切替回路、１６５ 駆動回路、１７０ ゲート制御回路、３１０ 論理否定素子、３２０ レベルシフタ、４１０ タイミング発生器、４２０ クロックバッファ部、４３０ａ～ｄ バッファ、６１０ 第２キャパシタ、６２０ 整流素子、９００ ゲート制御回路、９１０ 第２キャパシタ、９２０ 整流素子、１０００ ゲート制御回路、１０１０ 第２キャパシタ、１０２０ 整流素子、１０３０ スイッチ、１０４０ スイッチ、１１００ ゲート制御回路、１１１０ 第２キャパシタ、１１２０ 整流素子、１１３０ スイッチ、１１４０ スイッチ、１２００ ゲート制御回路、１２１０ａ～ｂ 第２キャパシタ、１２２０ａ～ｂ 整流素子、１２３０ スイッチ、１２４０ スイッチ、１２５０ 電流制限回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】