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JP2003018822A - チャージポンプ用ラッシュカレント制限回路 - Google Patents

チャージポンプ用ラッシュカレント制限回路

Info

Publication number
JP2003018822A
JP2003018822A JP2001237367A JP2001237367A JP2003018822A JP 2003018822 A JP2003018822 A JP 2003018822A JP 2001237367 A JP2001237367 A JP 2001237367A JP 2001237367 A JP2001237367 A JP 2001237367A JP 2003018822 A JP2003018822 A JP 2003018822A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rush current
circuit
charge pump
current limiting
limiting circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2001237367A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiki Ishii
敏揮 石井
Junko Yamanaka
順子 山中
Katsunori Kimura
勝則 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP2001237367A priority Critical patent/JP2003018822A/ja
Priority to US10/124,354 priority patent/US6738272B2/en
Publication of JP2003018822A publication Critical patent/JP2003018822A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/06—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/908—Inrush current limiters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源起動時の大きなラッシュカレントを減少
するチャージポンプ回路の提供。 【解決手段】 入力電源と出力容量との間に定電流回路
を設け、電源起動時に、チャージポンプ回路の動作を停
止し、定電流回路によって出力容量にある電圧までチャ
ージし、その後通常のチャージポンプ動作を開始しラッ
シュカレントを制限した。起動時は、Duty比の小さい発
振回路で動作させ、その後通常のDuty比であるPFM制御
に切替え、従来のPFM制御に比べてラッシュカレントを
小さくするようにした。起動時には、電流制限素子を含
んだプリドライバーを使用してドライバーを駆動し、従
来のプリドライバーでの駆動に比べてラッシュカレント
を小さくするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００1】
【発明の属する技術分野】この発明は、チャージポンプ
回路のラッシュカレントを制限するチャージポンプ用ラ
ッシュカレント制限回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、チャージポンプ回路において、電
源起動時には入力電源から出力容量への入力電流は、出
力容量に電荷がなかった。また、チャージポンプのPFM
制御のDuty比は一定であり、スイッチをON/OFFさせる発
振パルスに方形波を使用しているために、起動時におい
て大きなラッシュカレントが流れていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のチャー
ジポンプ回路では、電源起動時に大きなラッシュカレン
トを生じていたため、入力電源の電圧が降下し、チャー
ジポンプと同じ入力電源に接続されている他の回路が誤
動作する可能性があった。この発明は、従来のこのよう
な欠点を解決するために、電源起動時はチャージポンプ
回路の動作を停止して、定電流回路によって出力容量に
ある電圧までチャージするようにし、その後に通常のチ
ャージポンプ動作を開始するようにしてラッシュカレン
トを制限すること、または電源起動時はPFM動作のDuty
比を変えるようにしてラッシュカレントを制限するこ
と、またはスイッチONさせる時のパスルを三角波もしく
はサイン波にすることによって、チャージポンプ回路と
同じ入力電源に接続されている他の回路が誤動作するの
を防ぐようにした。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は入力電源と出力容量との間に定電流回路
を設け、電源起動時には、チャージポンプ回路の動作を
停止して、前記定電流回路によって出力容量にある電圧
までチャージするようにし、その後に通常のチャージポ
ンプ動作を開始するようにする、もしくは起動時にはDu
ty比が小さい発振回路で動作させることによりラッシュ
カレントを制限する、もしくは起動時にはスイッチをON
させるパルスに三角波及びサイン波を使用してピーク電
流値を平均化するようにした。
【０００５】従来のチャージポンプ回路において、電源
起動時は出力容量に電荷がないため、ラッシュカレント
が流れ，入力電源のインピーダンスにより、入力電圧が
急激に下がり，同じ入力電源に接続されている他の回路
が誤動作するおそれがあった。本発明は電源起動時に出
力容量の電圧がある電圧に達するまでの間は，通常のチ
ャージポンプ動作を行わず、電流制限回路を通して負荷
容量にチャージするようにした。従って負荷容量の電圧
が前記ある電圧に達するまではラッシュカレントが流れ
ず、前記ある電圧以上になったときは通常のチャージポ
ンプ動作を行うが，負荷容量にはすでにある一定量の電
荷がチャージされているため、出力容量に電荷がチャー
ジされていない場合に比べて，ラッシュカレントの量は
小さくなり，入力電源のインピーダンスによる電源電圧
の低下も小さく抑えられ、同じ入力電源に接続されてい
る他の回路が誤動作する恐れもなくなる。従来のチャー
ジポンプのPFM制御の回路構成にDuty比の小さい発振回
路を加えて、２系統の発振回路を内蔵させる。起動時に
はDuty比の小さい発振回路で動作させポンプコンデンサ
及び出力コンデンサにチャージする電荷量を小さくし
て、通常のPFM制御で起動させたラッシュカレントより
小さくする。その後、出力電圧がある値に到達したら、
起動時に動作をしていた発振回路を停止させ、通常のDu
ty比である発振回路へ自動的に切り替えてPFM制御を行
う。従来のチャージポンプのスイッチをONさせるプリド
ライバーの回路構成に、電流制限素子により電流を制限
されたもう一つのプリドライバー回路を内蔵して２系統
のプリドライバー回路を内蔵し、起動時には電流を制限
されたプリドライバー回路でスイッチをONさせることに
より、ゆっくりとスイッチをONさせ、通常の方形波でON
させるラッシュカレントのピーク値を小さくする。その
後、出力電圧がある値に到達したら、起動時に動作をし
ていたプリドライバー回路を停止させ、通常のプリドラ
イバー回路へ自動的に切り替えてスイッチのON/OFFを行
う。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明のチャージポンプ
用ラッシュカレント制限回路の実施例を図面に基づいて
説明する。図１は本発明の実施形態のチャージポンプ用
ラッシュカレント制限回路を示す構成図で、ポンプコン
デンサ３及び出力コンデンサ４に電荷を供給するドライ
バー２と、前記ドライバー２を駆動させるプリドライバ
ー５、制御回路３０から構成されるチャージポンプ回路
２７と、検出抵抗１１、基準電圧１０、コンパレータ１
３、バッファ２４、トランジスタ２５から構成される電
流制限回路２６とから構成されている。図３及び図４、
図５は本発明の前記請求項３の実施形態のチャージポン
プ用ラッシュカレント制限回路を示す構成図で、ポンプ
コンデンサ３及び出力コンデンサ４に電荷を供給するド
ライバー２と、前記ドライバー２を駆動させるプリドラ
イバー５、検出抵抗１１、基準電圧１０及び１９、コン
パレータ１３及び１５、Duty比の大きい発振回路８、Du
ty比の小さい発振回路９、定電流源６及び２２，２３と
スイッチトランジスタ７及び１８、ピークホールド１
６、微分回路１７から構成されている。図７は本発明の
前記請求項７の実施形態のチャージポンプ用ラッシュカ
レント制限回路を示す構成図で、ポンプコンデンサ３及
び出力コンデンサ４に電荷を供給するドライバー２と、
前記ドライバー２を駆動させるプリドライバー５０と前
記ドライバー２を駆動させる電流制限素子を含んだプリ
ドライバー６０、検出抵抗１１、基準電圧１０、コンパ
レータ１３、発振回路８、定電流源６及び２２とスイッ
チトランジスタ７から構成されている。
【０００７】最初に、図１において動作を説明する。電
源端子１に電圧が印加された起動時の場合、出力端子１
２の電圧はGNDレベルになっており、バッファ回路２４
の出力は“L”レベルとなる。このとき、トランジスタ
２５はONし、チャージポンプ回路２７は停止する。トラ
ンジスタ２５の飽和電流は、ラッシュカレントを発生さ
せない程度に小さいため、入力電源は安定し、入力イン
ピーダンスによる電源電圧の降下は発生しない。この状
態で、出力コンデンサに電荷がチャージされていく。出
力端子電圧がある電圧、たとえば、入力電圧の90%の電
圧まで達すると、コンパレータ１３は反転し、バッファ
回路２４の出力は“H”レベルとなって、トランジスタ
２５はOFFし、チャージポンプ回路２７が動作状態とな
り、通常のチャージポンプ動作を開始する。このときに
は、出力コンデンサの端子電圧は入力電圧の90%まで達
しているので、通常のチャージポンプ動作を行っても、
出力端子１２の電圧がGNDの場合に比べてラッシュカレ
ントは小さく抑えられる。したがって、入力電源のイン
ピーダンスによる電源電圧の低下も小さく抑えられ、同
じ入力電源に接続されている他の回路が誤動作する恐れ
もなくなる。次に、図３において動作を説明する。電源
端子１に電圧が印加された起動時の場合、出力端子１２
の電圧はGNDレベルになっており、発振回路９は動作す
るが一方の発振回路８は動作はしないよう制御する。ま
た、動作しない発振回路８の出力は“L”レベルとし、
スイッチトランジスタ７をOFFにする。動作している発
振回路９はDuty比の小さいサイクルのため、ポンプコン
デンサ３及び出力コンデンサ４に供給される電荷量が小
さく、ラッシュカレントを抑えることになる。その後、
出力端子１２に電圧が発生し、抵抗分圧出力１４には発
振回路９を停止、一方の発振回路８を動作させるような
電圧が現れ、通常のDuty比であるPFM制御に切替える。
次に、図４において動作を説明する。電源端子１に電圧
が印加された起動時の場合、出力端子１２の電圧はGND
レベルになっており、発振回路８は動作するが発振回路
出力２０に“L”レベル及び発振回路出力２１に通常の
サイクル信号を出力するよう制御する。そのサイクル信
号をもとに微分回路１７、ピークホールド１６、コンパ
レータ１５、基準電圧１９でDuty比の小さいサイクル信
号を作りだし、チャージポンプを動作させる。そのた
め、ポンプコンデンサ３及び出力コンデンサ４に供給さ
れる電荷量が小さく、ラッシュカレントを抑えることに
なる。その後は出力端子１２に電圧が発生し、抵抗分圧
出力１４にはスイッチトランジスタ１８をON、発振回路
出力２０に通常のDuty比であるサイクル信号を出力させ
るような電圧が現れ、本来のPFM制御に切替える。次
に、図５において動作を説明する。電源端子１に電圧が
印加された起動時の場合、出力端子１２の電圧はGNDレ
ベルになっており、定電流源２３によって発振回路８は
Duty比の小さいサイクル信号を作りだし、チャージポン
プを動作させる。そのため、ポンプコンデンサ３及び出
力コンデンサ４に供給される電荷量が小さく、ラッシュ
カレントを抑えることになる。その後は出力端子１２に
電圧が発生し、抵抗分圧出力１４には定電流源２３から
定電流源２２に切替えるような電圧が現れ、通常のDuty
比であるPFM制御となる。次に、図７において動作を説
明する。電源端子１に電圧が印加された起動時の場合、
出力端子１２の電圧はGNDレベルになっており、プリド
ライバー回路６０がドライバーに接続されるが一方のプ
リドライバー５０は接続しないよう制御する。接続され
ているプリドライバー回路６０は電流制限素子を含んで
いるため、ドライバー２をゆっくりとONさせるため、ポ
ンプコンデンサ３及び出力コンデンサ４に供給される電
荷量が小さく、ラッシュカレントを抑えることになる。
その後、出力端子１２に電圧が発生し、抵抗分圧出力１
４にはプリドライバー回路６０を切断、一方のプリドラ
イバー回路５０を接続させるような電圧が現れ、通常の
プリドライバー５０でスイッチのONとOFFを切替える。
【０００８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、電源
起動時はチャージポンプ回路の動作を停止して、入力電
源と出力容量との間に設けた定電流回路によって出力容
量にある電圧までチャージするようにし、その後に通常
のチャージポンプ動作を開始するようにしてラッシュカ
レントを制限することによって、チャージポンプ回路と
同じ電源に接続された電源系の電圧が降下して誤動作す
るのを防ぐ効果がある。また、起動時においてはDuty比
の小さい発振回路で動作させるPFM制御で行うため、従
来のPFM制御に比べてラッシュカレントを小さくする効
果がある。また、起動時においては電流制限素子を含ん
だプリドライバーを使用してドライバーを駆動するた
め、従来のプリドライバーでの駆動に比べてラッシュカ
レントを小さくする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の前記請求項２のチャージ
ポンプ用ラッシュカレント制限回路を示す構成図であ
る。
【図２】従来のチャージポンプ回路の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の前記請求項４のチャージ
ポンプ用ラッシュカレント制限回路を示す構成図であ
る。
【図４】本発明の実施の形態の前記請求項５のチャージ
ポンプ用ラッシュカレント制限回路を示す構成図であ
る。
【図５】本発明の実施の形態の前記請求項６のチャージ
ポンプ用ラッシュカレント制限回路を示す構成図であ
る。
【図６】従来のチャージポンプの他の構成図である。
【図７】本発明の実施の形態の前記請求項８のチャージ
ポンプ用ラッシュカレント制限回路を示す構成図であ
る。
【符号の説明】
1：電源端子 2：供給ドライバー 3：ポンプコンデンサ 4：出力コンデンサ 5,50,60：プリドライバー 6,22,23：定電流源 7,18：スイッチトランジスタ 8,9：発振回路 10,19：基準電圧 11：検出抵抗 12：出力端子 13,15：コンパレータ 14：抵抗分圧出力 16：ピークホールド回路 17：微分回路 20,21：発振回路出力 24：バッファ回路 25：トランジスタ 26：電流制限回路 27：チャージポンプ回路 30：制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 勝則 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 Ｆターム(参考） 5H430 BB09 BB12 EE06 FF08 HH03 LA07 5H730 AA02 BB02

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力電源と出力容量との間に定電流回路
    を有し、電源起動時には、出力容量に入力電源から前記
    定電流回路を通してチャージすることによりラッシュカ
    レントを制限することを特徴とするチャージポンプ用ラ
    ッシュカレント制限回路。
  2. 【請求項２】 電流制限用トランジスターと検出抵抗と
    基準電圧とコンパレータとから成り、出力電圧が所望の
    電圧に達するまでの間、前記電源制限用トランジスター
    をONさせ、かつチャージポンプ回路を停止させる回路を
    有する前記請求項１のチャージポンプ用ラッシュカレン
    ト制限回路。
  3. 【請求項３】 パルス幅をある一定値にして周波数を変
    えて制御するPFM制御により、１サイクル中のチャージ
    サイクル期間でポンプコンデンサに電荷を充電し、ディ
    スチャージサイクル期間で前記述の電荷を出力コンデン
    サに放電させるDC−DCコンバートチャージポンプにおい
    て、起動時のチャージサイクル期間を短くすことによっ
    てラッシュカレントが小さいことを特徴とするチャージ
    ポンプ用ラッシュカレント制限回路。
  4. 【請求項４】 起動時には一定の短いチャージサイクル
    期間を発生する発振回路内蔵の前記請求項３のチャージ
    ポンプ用ラッシュカレント制限回路
  5. 【請求項５】 起動時には通常のDuty比である発振回路
    の出力パルスを利用して、一定の短いチャージサイクル
    期間を発生する回路内蔵の前記請求項３のチャージポン
    プ用ラッシュカレント制限回路
  6. 【請求項６】 起動時には発振回路へ供給する定電流源
    を変えて、一定の短いチャージサイクル期間を発生する
    前記請求項３のチャージポンプ用ラッシュカレント制限
    回路
  7. 【請求項７】 チャージポンプ回路において、起動時に
    スイッチをゆっくりとONさせることによってラッシュカ
    レントのピーク値を平均化することを特徴とするチャー
    ジポンプ用ラッシュカレント制限回路。
  8. 【請求項８】 起動時には、スイッチをONさせるプリド
    ライバーに、電流を制限する素子を内蔵する前記請求項
    ７のチャージポンプ用ラッシュカレント制限回路
  9. 【請求項９】 請求項１記載のラッシュカレント制限回
    路と請求項3記載のラッシュカレント制限回路を併用し
    てチャージポンプ回路のラッシュカレントを制限するラ
    ッシュカレント制限回路。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載のラッシュカレント制限
    回路と請求項７記載のラッシュカレント制限回路を併用
    してチャージポンプ回路のラッシュカレントを制限する
    ラッシュカレント制限回路。
  11. 【請求項１１】 請求項３記載のラッシュカレント制限
    回路と請求項７記載のラッシュカレント制限回路を併用
    してチャージポンプ回路のラッシュカレントを制限する
    ラッシュカレント制限回路。
  12. 【請求項１２】 請求項１記載のラッシュカレント制限
    回路と請求項３記載のラッシュカレント制限回路と請求
    項７記載のラッシュカレント制限回路を併用してチャー
    ジポンプ回路のラッシュカレントを制限するラッシュカ
    レント制限回路。
JP2001237367A 2001-04-24 2001-08-06 チャージポンプ用ラッシュカレント制限回路 Withdrawn JP2003018822A (ja)

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