JP2008035594A

JP2008035594A - 半導体集積回路およびそれを備えた電子機器

Info

Publication number: JP2008035594A
Application number: JP2006204578A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Komiya; 邦裕小宮
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: US20080024097A1; CN101114793A; JP4912067B2; CN101114793B; US7622900B2

Abstract

【課題】消費電力の低減および出力の安定化を図ることが可能な半導体集積回路およびそれを備えた電子機器を提供する。
【解決手段】半導体集積回路１０１は、入力電圧を昇圧し、昇圧した電圧を負荷へ出力するチャージポンプ１と、チャージポンプ１の出力電圧に基づいてチャージポンプ１へ電圧を出力し、かつチャージポンプ１の出力電圧に基づいてチャージポンプ１へ出力する電流の上限値を決定するチャージポンプ制御回路１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路およびそれを備えた電子機器に関し、特に、チャージポンプを用いて負荷に電圧を供給する半導体集積回路およびそれを備えた電子機器に関する。

チャージポンプを用いた半導体集積回路では、一般に、チャージポンプの出力電圧に基づいてチャージポンプの入力電圧を変更するレギュレータを備えることにより、チャージポンプの出力電圧を所定の電圧に保っている。

ところで、従来のチャージポンプを用いたチャージポンプでは、半導体集積回路の電源投入直後、負荷への電流供給を開始する際に、瞬間的に大電流が負荷に流れ込むため、回路の誤動作等が生じてしまうという問題点があった。

このような問題点を解決するために、たとえば、特許文献１には、以下のような半導体集積回路が開示されている。すなわち、チャージポンプの出力端子に流れる電流をセンス抵抗と電流検出回路により検出し、チャージポンプ回路の入力端子に出力電流のおよそ２倍の入力電流が常に流れるようにする電流制限回路を設けることで、電流の一定化を行い、ピーク電流を抑制してノイズの発生を防止し、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しないようにする。
特開２００５−３３８６５号公報特開２００２−２０４５６９号公報特開２００５−１７６５１３号公報

しかしながら、特許文献１記載の半導体集積回路では、チャージポンプおよび出力端子間にセンス抵抗が配置されているため、半導体集積回路の出力電圧が出力電流に応じて降下してしまう。このため、センス抵抗における電圧降下分だけチャージポンプの出力電圧を大きくする必要があり、半導体集積回路の消費電力が増大してしまうという問題点があった。また、半導体集積回路の出力に動的な負荷が接続されている場合、すなわち負荷に流れる電流が変動する場合には、チャージポンプおよび出力端子間にセンス抵抗が配置されていることから半導体集積回路の出力電圧が変動してしまうという問題点があった。

それゆえに、本発明の目的は、消費電力の低減および出力の安定化を図ることが可能な半導体集積回路およびそれを備えた電子機器を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある局面に係わる半導体集積回路は、入力電圧を昇圧し、昇圧した電圧を負荷へ出力するチャージポンプと、チャージポンプの出力電圧に基づいてチャージポンプへ電圧を出力し、かつチャージポンプの出力電圧に基づいてチャージポンプへ出力する電流の上限値を決定するチャージポンプ制御回路とを備える。

好ましくは、チャージポンプ制御回路は、チャージポンプの出力電圧および所定電圧を比較し、比較結果を表わす信号を出力するコンパレータと、コンパレータから受けた信号に基づいてチャージポンプへ出力する電流の上限値を決定するレギュレータとを備え、コンパレータは、ヒステリシス特性を有する。

好ましくは、負荷はＬＥＤである。
また本発明のある局面に係わる電子機器は、半導体集積回路を有する電子機器であって、半導体集積回路は、入力電圧を昇圧し、昇圧した電圧を負荷へ出力するチャージポンプと、チャージポンプの出力電圧に基づいてチャージポンプへ電圧を出力し、かつチャージポンプの出力電圧に基づいてチャージポンプへ出力する電流の上限値を決定するチャージポンプ制御回路とを備える。

本発明によれば、消費電力の低減および出力の安定化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［構成および基本動作］
図１は、本発明の実施の形態に係る電子機器の構成を示す図である。図１を参照して、電子機器２０１は、半導体集積回路１０１と、コンデンサＣ１〜Ｃ３と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）２１と、抵抗Ｒ３と、ＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）制御回路２２と、スイッチＳＷ１とを備える。半導体集積回路１０１は、チャージポンプ１と、チャージポンプ制御回路１１とを備える。チャージポンプ制御回路１１は、レギュレータ２と、コンパレータ３と、抵抗Ｒ１およびＲ２とを含む。

チャージポンプ１は、入力電圧を昇圧し、昇圧した電圧を負荷であるＬＥＤ２１へ出力する。コンデンサＣ３は、チャージポンプ１の出力電圧を平滑化する。

チャージポンプ制御回路１１は、チャージポンプ１の出力電圧に基づいてチャージポンプ１へ電圧を出力することにより、チャージポンプ１の出力電圧を所定電圧に保つ。より詳細には、レギュレータ２は、チャージポンプ１の出力電圧および所定電圧ＶＲＥＦ１を比較し、両者が等しくなるようにチャージポンプ１へ出力する電圧を決定する。チャージポンプ１の出力電圧は、抵抗Ｒ１およびＲ２によって検出される。

また、チャージポンプ制御回路１１は、チャージポンプ１の出力電圧に基づいてチャージポンプ１へ出力する電流の上限値を決定する。より詳細には、コンパレータ３は、チャージポンプ１の出力電圧および所定電圧ＶＲＥＦ２を比較し、比較結果に基づいてＨレベルまたはＬレベルの信号を出力する。たとえば、コンパレータ３は、チャージポンプ１の出力電圧が所定電圧ＶＲＥＦ２未満である場合にはＬレベルの信号を出力し、チャージポンプ１の出力電圧が所定電圧ＶＲＥＦ２以上である場合にはＨレベルの信号を出力する。

レギュレータ２は、コンパレータ３から受けた信号に基づいてチャージポンプ１へ出力する電流の上限値を決定する。たとえば、レギュレータ２は、チャージポンプ１からＬレベルの信号を受けた場合にはチャージポンプ１へ出力する電流に所定の上限値を設定し、Ｈレベルの信号を受けた場合には上限値の設定を解除する。

なお、レギュレータ２は、チャージポンプ１からＬレベルの信号を受けた場合にはチャージポンプ１へ出力する電流に第１の上限値を設定し、Ｈレベルの信号を受けた場合には第１の上限値より大きい第２の上限値を設定する構成であってもよい。

スイッチＳＷ１は、ＰＷＭ制御回路２２から受けたＰＷＭ信号に基づいて、チャージポンプ１からの電圧をＬＥＤ２１に供給するか否かを切り替える。

ＰＷＭ制御回路１は、スイッチＳＷ１を制御して、チャージポンプ１からの電圧をＰＷＭ方式を用いて周期的にＬＥＤ２１へ供給することにより、ＬＥＤ２１の輝度を調整する。

図２は、ＬＥＤ２１をＰＷＭ方式で駆動する際の電子機器２０１における電圧波形を示す図である。ここで、ＰＷＭはＰＷＭ制御回路２２が出力するＰＷＭ信号を示し、ＶＯＵＴはチャージポンプ１の出力電圧を示し、Ｉｉｎは電源電位ＶＢＡＴからレギュレータ２に流れる電流を示す。また、点線は電流制限を行なわない従来の電子機器における電圧波形であり、実線は電流制限を行なう電子機器１０１における電圧波形である。

図２を参照して、ＰＷＭ信号がＬレベルからＨレベルに遷移すると、電圧ＶＯＵＴが徐々に上昇していく。ここで、電流制限を行なわない場合には、点線で示すように電流Ｉｉｎが急激に電流値Ｉ１まで上昇する。

一方、電子機器１０１では、コンパレータ３は、ＰＷＭ信号がＬレベルからＨレベルに遷移した直後である期間Ａにおいては、チャージポンプ１の出力電圧が所定電圧ＶＲＥＦ２未満であるため、Ｌレベルの信号を出力する。レギュレータ２は、チャージポンプ１からＬレベルの信号を受けて、チャージポンプ１へ出力する電流の上限値を電流値Ｉ２に設定する。このような構成により、ＰＷＭ信号の立ち上がり時における電流Ｉｉｎの急激な上昇をたとえばＣで示す電流量だけ防ぐことができ、電子機器１０１の誤動作を防ぐことができる。

そして、コンパレータ３は、チャージポンプ１の出力電圧が所定電圧ＶＲＥＦ２以上になる期間Ｂにおいては、Ｈレベルの信号を出力する。レギュレータ２は、チャージポンプ１からＨレベルの信号を受けて、チャージポンプ１へ出力する電流の制限を解除する。そして、チャージポンプ１の出力電圧が目標電圧値Ｖ１に到達する。

ところで、特許文献１記載の半導体集積回路では、チャージポンプの出力端子に流れる電流をセンス抵抗と電流検出回路により検出する。すなわち、チャージポンプおよび出力端子間にセンス抵抗が配置されているため、センス抵抗における電圧降下分だけチャージポンプの出力電圧を大きくする必要があり、半導体集積回路の消費電力が増大してしまうという問題点があった。また、半導体集積回路の出力に動的な負荷が接続されている場合、チャージポンプおよび出力端子間にセンス抵抗が配置されていることから半導体集積回路の出力電圧が変動してしまうという問題点があった。しかしながら、本発明の実施の形態に係る半導体集積回路は、チャージポンプの出力電流を検出する構成ではなく、チャージポンプ制御回路１１が、チャージポンプ１の出力電圧に基づいてチャージポンプ１へ出力する電流の上限値を決定する構成である。すなわち、本発明の実施の形態に係る半導体集積回路では、チャージポンプおよび出力端子間にセンス抵抗を配置しない構成であるため、センス抵抗における電圧降下分だけチャージポンプの出力電圧を大きくする必要がなく、また、半導体集積回路の出力に動的な負荷が接続されている場合でも、半導体集積回路の出力電圧の変動を防ぐことができる。したがって、本発明の実施の形態に係る半導体集積回路では、消費電力の低減および出力の安定化を図ることができる。

なお、コンパレータ３は、ヒステリシス特性を有する構成とすることができる。すなわち、コンパレータ３は、第１の閾値として所定電圧ＶＲＥＦ２を有し、第２の閾値として所定電圧ＶＲＥＦ２より小さい所定電圧ＶＲＥＦ３を有する。そして、コンパレータ３は、出力信号をＬレベルからＨレベルに変更する閾値として第１の閾値を用い、出力信号をＨレベルからＬレベルに変更する閾値として第２の閾値を用いる。

このような構成により、半導体集積回路１０１の出力に動的な負荷が接続されている場合およびノイズ等に起因してチャージポンプ１の出力電圧が変動する場合でも、レギュレータ２による出力電流制限の設定および解除が短期間で繰り返し行なわれることを防ぐことができ、出力の安定化を図ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る電子機器の構成を示す図である。ＬＥＤ２１をＰＷＭ方式で駆動する際の電子機器２０１における電圧波形を示す図である。

符号の説明

１チャージポンプ、２レギュレータ、３コンパレータ、１１チャージポンプ制御回路、２１ＬＥＤ（負荷）、２２ＰＷＭ制御回路、１０１半導体集積回路、２０１電子機器、Ｃ１〜Ｃ３コンデンサ、Ｒ１〜Ｒ３抵抗。

Claims

入力電圧を昇圧し、前記昇圧した電圧を負荷へ出力するチャージポンプと、
前記チャージポンプの出力電圧に基づいて前記チャージポンプへ電圧を出力し、かつ前記チャージポンプの出力電圧に基づいて前記チャージポンプへ出力する電流の上限値を決定するチャージポンプ制御回路とを備える半導体集積回路。
前記チャージポンプ制御回路は、
前記チャージポンプの出力電圧および所定電圧を比較し、前記比較結果を表わす信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータから受けた信号に基づいて前記チャージポンプへ出力する電流の上限値を決定するレギュレータとを備え、
前記コンパレータは、ヒステリシス特性を有する請求項１記載の半導体集積回路。
前記負荷はＬＥＤである請求項１記載の半導体集積回路。
半導体集積回路を有する電子機器であって、
前記半導体集積回路は、
入力電圧を昇圧し、前記昇圧した電圧を負荷へ出力するチャージポンプと、
前記チャージポンプの出力電圧に基づいて前記チャージポンプへ電圧を出力し、かつ前記チャージポンプの出力電圧に基づいて前記チャージポンプへ出力する電流の上限値を決定するチャージポンプ制御回路とを備える電子機器。