专利名称：电荷泵式开关电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电荷泵式的开关电源装置。
背景技术：
在近年来的携带电话、PDA(Personal Digital Assistance)等的小型信息终端装置中，存在例如用于液晶的背光的LED(Light Emitting Diode)等那样需要比电池的输出电压高的电压的器件。例如，在这些小型信息终端装置中，大多使用锂(Li)离子电池，其输出电压通常为3.5V左右，即使在满充电时其输出电压也就为4.2V左右，而LED需要比电池电压高的电压作为其驱动电压。这样，在需要比电池电压高的电压的情况下，使用开关电容器方式等的升压电路，将电池电压升压，获得用于驱动LED等的负载电路的所需电压。此外，在这样的小型信息终端装置中，有时还需要负电源，这样的情况下，也使用电荷泵方式的电压反转电路获得所要求的负电压(专利文献1)。
特开2001-258241号公报[专利文献2]特开2005-224060号公报[专利文献3]特开2005-224059号公报这里，考虑在某一小型信息终端装置中，同时驱动需要比电池电压高的电压的负载电路和需要负电压的负载电路的情况。这样的情况下，考虑分别装载用于对各个负载电路供给电压的升压电路和电压反转电路的方法。可是，在这种方法中，可能需要分别在升压电路和电压反转电路中设置快速电容器。由于快速电容器的电容量一般较大，所以多数情况下通过外装部件而构成，由于将这些电容器设置在每个电源装置中，所以部件数增加，与小型信息终端的小型化、低成本的要求相反。
发明内容
本发明鉴于这样的课题而完成，其概括性的目的是，提供通过简单的电路结构而可输出多个电压的开关电源装置。
本发明的一个方案涉及开关电源装置，生成与输入电压反极性的第1输出电压和作为与输入电压反极性的倍电压的第2输出电压，并从第1、第2输出端子输出。该开关电源装置具有快速电容器；连接到第1输出端子的第1输出电容器；连接到第2输出端子的第2输出电容器；以及控制三个电容器的充电状态的驱动电路。驱动电路时间分割并重复第1充电期间、第2充电期间和第3充电期间，并将第1、第2输出电容器上呈现的电压分别作为第1、第2输出电压而从第1、第2输出端子输出，第1充电期间是对快速电容器以输入电压进行充电的充电期间，第2充电期间是将快速电容器的高电压侧的端子连接到固定电位端子，并由另一端上呈现的电压而充电第1输出电容器的充电期间，第3充电期间是将快速电容器的高电位侧的端子连接到第1输出端子，并由另一端子上呈现的电压而充电第2输出电容器的充电期间。
在第1充电期间，快速电容器以输入电压Vin被充电。在第2充电期间，第1输出电容器以输入电压Vin的反相电压被充电，作为第1输出电压，生成与输入电压反极性的电压-Vin。在第3充电期间，第2输出电容器以比第1输出电容器上呈现的第1输出电压(-Vin)低相当于对快速电容器充电低输入电压Vin的电压而被充电，作为第2输出电压，生成与输入电压反极性的倍电压-2×Vin。根据该方案，能够以快速电容器为一个的简单结构，由输入电压Vin而生成两个负的输出电压(-Vin、-2Vin)。
驱动电路也可以将第1充电期间、第2充电期间、第1充电期间、第3充电期间作为一周期，从而控制三个电容器的充电状态。在第2、第3充电期间之前，通过第1充电期间对快速电容器每次进行充电，从而能够生成稳定的输出电压。
本发明的另一方案是，除了第1、第2输出电压以外，还生成作为输入电压的倍电压的第3输出电压，并从第3输出端子输出的开关电源装置。该开关电源装置还具有被连接到第3输出端子的第3输出电容器。驱动电路是除了第1、第2输出电容器以外，还控制第3输出电容器的充电状态的驱动电路，在除了从第1至第3充电期间以外还重复第4充电期间，并将第3输出电容器上呈现的电压作为第3输出电压而从第3输出端子输出，第4充电期间是将快速电容器的低电压侧的端子连接到被输入了输入电压的输入端子，并通过另一端子上呈现的电压而对第3输出电容器充电的充电期间。
在第4充电期间，第3输出电容器以输入电压的倍电压被充电。根据该方案，能够在具有一个快速电容器的结构中，合适地生成三个输出电压(2×Vin、-Vin、-2Vin)。
驱动电路也可以在进行第2充电期间、第3充电期间、第4充电期间各自中的第1、第2、第3输出电容器的充电前，进行第1充电期间中的快速电容器的充电。在第2、第3、第4充电期间之前，通过第1充电期间而对快速电容器都进行充电，能够生成稳定的输出电压。
本发明的再一其他方案也涉及开关电源装置，该开关电源装置生成与输入电压反极性的第1输出电压和作为与输入电压反极性的倍电压的第2输出电压，并从第1、第2输出端子输出。该开关电源装置具有快速电容器；设置在第1输出端子和固定电位端子间的第1输出电容器；设置在第2输出端子和固定电位端子间的第2输出电容器；设置在快速电容器的一端和输入端子间的第1开关；设置在快速电容器的一端和固定电压端子间的第2开关；设置在快速电容器的一端和第1输出端子间的第3开关；设置在快速电容器的另一端和固定电位端子间的第4开关；设置在快速电容器的另一端和第1输出端子间的第5开关；设置在快速电容器的另一端和第2输出端子间的第6开关；以及控制第1至第6开关的导通/截止状态的控制部分。
根据该方案，能够以快速电容器为一个的简单的结构，由输入电压Vin而生成两个负的输出电压(-Vin、-2Vin)。
控制部分也可以时分重复第1充电期间、第2充电期间和第3充电期间，第1充电期间是使第1开关和第4开关导通，从而对快速电容器以输入电压充电的充电期间，第2充电期间是使第2开关和第5开关导通，从而对第1输出电容器以与输入电压反极性的电压进行充电的充电期间，第3充电期间是使第3开关和第6开关导通，从而对第2输出电容器以与输入电压反极性的倍电压进行充电的充电期间。
本发明的再一其他方案是驱动电路。该驱动电路是驱动上述开关电源装置的驱动电路，具有从第1开关至第6开关和控制它们的导通/截止状态的控制部分，并被一体集成在一个半导体衬底上。
根据该方案，通过在驱动电路中连接快速电容器以及多个输出电容器，能够以简单的结构而生成不同的多个输出电压。
本发明的再一其他方案也是开关电源装置。该开关电源装置是除了上述第1、第2输出电压以外，还生成作为输入电压的倍电压的第3输出电压，并从第3输出端子输出的开关电源装置，还具有连接到第3输出端子的第3输出电容器；设置在快速电容器的另一端和输入端子间的第7开关；以及设置在快速电容器的一端和第3输出端子间的第8开关。控制部分还控制第7、第8开关的导通/截止状态。
根据该方案，能够在具有一个快速电容器的结构中，合适地生成三个输出电压(2×Vin、-Vin、-2Vin)。
控制部分也可以时分重复第1充电期间、第2充电期间、第3充电期间和第4充电期间，第1充电期间是使第1开关和第4开关导通，从而对快速电容器以输入电压进行充电的充电期间，第2充电期间是使第2开关和第5开关导通，从而对第1输出电容器以与输入电压反极性的电压进行充电的充电期间，第3充电期间是使第3开关和第6开关导通，从而对第2输出电容器以与输入电压反极性的倍电压进行充电的充电期间，第4充电期间是使第7开关和第8开关导通，从而对第3输出电容器以输入电压的倍电压进行充电的充电期间。
本发明的再一其他方案是驱动上述开关电源装置的驱动电路。该驱动电路具有第1开关至第8开关和控制部分，被一体集成在一个半导体衬底上。
根据该方案，通过在驱动电路中连接快速电容器及多个输出电容器，能够以简单的结构而生成多个输出电压。
本发明的再一其他方案涉及开关电源装置，该开关电源装置根据输入端子上所输入的输入电压，生成相互不同的第1～第n输出电压(n为2以上的整数)，并分别从第1～第n输出端子输出。该开关电源装置具有通过输入电压而被充电的快速电容器；对第1～第n输出端子的各输出端子上所设置的第1～第n输出电容器；快速电容器和第1～第n输出电容器的充电路径上所设置的多个开关；以及通过控制多个开关的导通/截止状态，从而控制快速电容器和n个输出电容器的充电状态的控制部分。在将输入电压、接地电压、第i输出电容器(i为满足1≤i≤n的整数)上呈现的第i输出电压的其中任何一个作为基准电压时，第j输出电容器(j为满足1≤j≤n，并且i≠j的整数)上呈现的第j输出电压是将输入电压与基准电压相加或相减所得的电压，控制部分在第j输出电容器的充电状态下，在与基准电压相加的情况下，将设置在快速电容器的高电位侧的端子和第j输出端子间的开关、以及设置在快速电容器的低电压侧的端子和呈现了基准电压的端子间的开关导通，在与基准电压相减的情况下，将设置在快速电容器的低电位侧的端子和第j输出端子间的开关、以及设置在快速电容器的高电压侧的端子和呈现了基准电压的端子间的开关导通。
根据该方案，能够以具有一个快速电容器和各输出端子的输出电容器的简单结构，生成输入电压、输入电压的反相电压、它们的组合电压。
输入端子也可以包括被输入了第1输入电压、第2输入电压的第1、第2输入端子。快速电容器通过第1输入电压而被充电，在将第1、第2输入电压、接地电压、第i输出电压的其中任何一个作为基准电压时，第j输出电压也可以是在基准电压上相加或相减第1输入电压所得的电压。
本发明的再一其他方案是驱动上述开关电源装置的驱动电路，该驱动电路具有多个开关和控制多个开关的导通/截止状态的控制部分，被一体集成在一个半导体衬底上。
本发明的再一其他方案是电子设备。该电子设备具有上述任何一个方案的开关电源装置；以及由开关电源装置的输出电压驱动的多个负载。
能够以简单的结构驱动需要多个驱动电压的负载电路，能够实现电子设备的小型化、低成本。
应该指出，上述结构部件等的任意的组合或重新配置是有效的并被本发明实施方式所包含。
另外，本发明的综述并未论述全部特征，以致本发明还具有这些已论述特征的子组合。
通过参照下面示例性而非限定地示出的附图进行的描述，将论述本发明的实施方式，其中，在这些附图中相同的部件附加相同的标号。
图1是表示第1实施方式的开关电源装置的结构的电路图。
图2是表示图1的开关电源装置的驱动电路的结构的电路图。
图3是表示图1的开关电源装置的各端子的电压波形的时序图。
图4是表示第2实施方式的开关电源装置的结构的电路图。
图5是表示图4的开关电源装置的各端子的电压波形的时序图。
图6是表示图4的开关电源装置的变形例的电路图。
图7是表示装载了图4的开关电源装置的电子设备的结构的方框图。
具体实施例方式
以下，基于不限定本发明的范围而例示本发明的优选实施方式，论述本发明。实施方式中所有的特征及其组合，对于本发明来说，都不是必需的。
(第1实施方式)图1是表示本发明的第1实施方式的开关电源装置100的结构的电路图。该开关电源装置100具有输入端子102、第1输出端子104、第2输出端子106，从第1输出端子104输出与对输入端子102所施加的输入电压Vin反极性的第1输出电压Vout1(＝-Vin)，并从第2输出端子106输出与作为输入电压Vin反极性的倍电压的第2输出电压Vout2(＝-2×Vin)。
该开关电源装置100具有快速电容器Cf、第1开关SW1～第6开关SW6、第1输出电容器Co1、第2输出电容器Co2、控制第1开关SW1～第6开关SW6的导通/截止状态的控制部分10。
第1输出电容器Co1被设置在第1输出端子104和电位被固定的接地端子110之间，对连接到第1输出端子104的负载电路供给电荷。同样地，第2输出电容器Co2被设置在第2输出端子106和接地端子110之间，对连接到第2输出端子106的负载电路供给电荷。
快速电容器Cf通过输入端子102上所施加的输入电压Vin而被充电并临时地存积电荷，对第1输出电容器Co1或第2输出电容器Co2传送电荷。为了区别快速电容器Cf的两个电极，设其一端为20，另一端为22，并设在一端20上呈现的电压为Vx，在另一端22上呈现的电压为Vy。
第1开关SW1～第6开关SW6被分别设置在快速电容器Cf、第1输出电容器Co1、第2输出电容器Co2和接地端子110间，切换各电容器的充放电的状态。这些第1开关SW1～第6开关SW6可以由MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor)等的晶体管构成，可以通过MOSFET的栅极端子上所施加的电压而控制其导通/截止状态。
第1开关SW1被设置在快速电容器Cf的一端20和被施加了输入电压Vin的输入端子102间。第2开关SW2被设置在快速电容器Cf的一端20和作为固定电压端子的接地端子110间。第3开关SW3被设置在快速电容器Cf的一端20和第1输出端子104间。
第4开关SW4被设置在快速电容器Cf的另一端22和接地端子110间。第5开关SW5被设置在快速电容器Cf的另一端22和第1输出端子104间。第6开关SW6被设置在快速电容器Cf的另一端22和第2输出端子106间。
控制部分10控制第1开关SW1～第6开关SW6的导通/截止状态，以重复以下的第1充电期间φ1～第3充电期间φ3。
(第1充电期间φ1)在第1开关SW1和第4开关SW4导通时，快速电容器Cf的另一端22被接地，一端20上被施加输入电压Vin，从而以输入电压Vin被充电。在快速电容器Cf被充电的状态下，一端20和另一端22的电位差ΔV与输入电压Vin相等，Vx＝Vy+ΔV＝Vy+Vin成立。设使第1开关SW1和第4开关SW4导通，并对快速电容器Cf以输入电压Vin进行充电的期间为第1充电期间φ1。
(第2充电期间φ2)第2开关SW2导通时，快速电容器Cf的一端20与接地端子110连接，其电压Vx与接地电压0V相等。其结果，快速电容器Cf的另一端22的电压为Vy＝Vx-ΔV＝-Vin，呈现输入电压Vin的反相电压。
此时，通过同时导通第5开关SW5，快速电容器Cf的另一端22与第1输出端子104连接，在第1输出端子104和接地端子间所连接的第1输出电容器Co1以电压Vy被充电。其结果，作为第1输出电压Vout1，从第1输出端子104输出与快速电容器Cf的另一端22的电压Vy相等的电压，即与输入电压Vin反极性的电压-Vin。
设使第2开关SW2和第5开关SW5导通，并对第1输出电容器Co1以电压Vy进行充电的期间为第2充电期间φ2。
(第3充电期间φ3)第3开关SW3导通时，快速电容器Cf的一端20与第1输出端子104连接，其电压Vx与第1输出电压Vout1相等。在快速电容器Cf以输入电压Vin被充电时，Vy＝Vout1-Vin成立，此外生成第1输出电压Vout1，以使Vout1＝-Vin成立。因此，快速电容器Cf的另一端22的电压为Vy＝-Vin-Vin＝-2×Vin，成为与输入电压Vin反极性的倍电压。
此时，通过同时使第6开关SW6导通，快速电容器Cf的另一端22与第2输出端子106连接，在第2输出端子106和接地端子间所设置的第2输出电容器Co2以电压Vy被充电。其结果，作为第2输出电压Vout2，从第2输出端子106输出与输入电压Vin反极性的倍电压(-2×Vin)。
设使第3开关SW3和第6开关SW6导通，并对第2输出电容器Co2以电压Vy进行充电的期间为第3充电期间φ3。
图2是表示图1的开关电源装置100的驱动电路200的结构的电路图。该驱动电路200优选是将图1的第1开关SW1～第6开关SW6和控制部分10作为一体集成的功能IC而构成。
驱动电路200的输入端子202与图1的输入端子102连接，被施加输入电压Vin。端子212、214与图1的快速电容器Cf的一端20、另一端22连接。此外，端子210连接到电位被固定的接地电位。驱动电路200的输出端子204与图1的第1输出端子104连接，并被连接第1输出电容器Co1。驱动电路200的输出端子206与图1的第2输出端子106连接，并被连接第2输出电容器Co2。控制部分10通过未图示的布线，与第1开关SW1～第6开关SW6连接，控制各个开关的导通/截止状态。
根据图3来说明以上那样构成的第1实施方式的开关电源装置100的动作。图3是表示图1的开关电源装置100的各端子的电压波形的时序图。在本说明书中，时序图的纵轴和横轴为了容易理解而进行了适当放大、缩小，所示的各波形也为了容易理解而被简化。
控制部分10切换第1充电期间φ1、第2充电期间φ2、第3充电期间φ3，第1充电期间φ1是使第1开关SW1和第4开关SW4同时导通，从而对快速电容器Cf充电的充电期间，第2充电期间φ2是使第2开关SW2和第5开关SW5导通，从而对第1输出电容器Co1充电的充电期间，第3充电期间φ3是使第3开关SW3和第6开关SW6导通，从而对第2输出电容器Co2充电的充电期间。
如图3所示，在对输出电容器充电的第2充电期间φ2和第3充电期间φ3之间，被插入对快速电容器Cf充电的第1充电期间φ1。为了说明，以从第3充电期间φ3向第2充电期间φ2移动的中途的第1充电期间为φ1、相反地从第2充电期间φ2向第3充电期间φ3移动的中途的第1充电期间为φ1’来区别。
在第1充电期间φ1中，第1开关SW1和第4开关SW4导通。其结果，快速电容器Cf的一端20的电压为Vx＝Vin，另一端22的电压为Vy＝0。此时，快速电容器Cf以输入电压Vin被充电，电荷被积存。
接着，由控制部分10切换到第2充电期间φ2。在第2充电期间φ2中，由于第2开关SW2导通，所以快速电容器Cf的一端20的电压Vx＝0V。在之前的第1充电期间φ1中快速电容器Cf以输入电压Vin被充电，所以快速电容器Cf的另一端22的电压Vy变成Vy＝0-Vin＝-Vin。在第2充电期间φ2，第5开关SW5也导通，所以第1输出电容器Co1以电压Vy被充电。
接着，再次变成第1充电期间φ1’，第1开关SW1和第4开关SW4导通，对快速电容器Cf的两端的电压通过输入电压Vin进行再充电。
接着，变成第3充电期间φ3，第3开关SW3导通，从而快速电容器Cf的一端20被连接到第1输出端子104，Vx＝-Vin。在之前的第1充电期间φ1’中快速电容器Cf以输入电压Vin被充电，所以另一端22的电压Vy变成Vy＝-Vx-Vin＝-2×Vin。此时，第6开关SW6也导通，所以第2输出电容器Co2通过快速电容器Cf的另一端22的电压Vy＝-Vin而被充电。
这样，通过重复三个充电期间φ1、φ2、φ1’、φ3，第1输出电容器Co1和第2输出电容器Co2分别以-Vin和-Vin被充电。
在第1输出端子104上，第1输出电容器Co1的电压作为第1输出电压Vout1而呈现。第1输出电容器Co1在第2充电期间φ2被充电，在第1、第3充电期间φ1、φ3通过第2输出端子106上所连接的负载电路中流过电流而放电。因此，如图3所示，第1输出电压Vout1在第2充电期间φ2下降至-Vin后，在φ1’、φ3、φ1的期间通过负载电路中流过电流而缓慢地上升。
同样，在第2输出端子106上，第2输出电容器Co2的电压作为第2输出电压Vout2而呈现。第2输出电容器Co2在第3充电期间φ3被充电，在第1、第2充电期间φ1、φ2通过负载电路中流过电流而放电。因此，如图3所示，第2输出电压Vout2在第3充电期间φ3中下降至-2×Vin后，在φ1、φ2、φ1’的期间通过负载电路中流过电流而缓慢地上升。
这样，根据本实施方式的开关电源装置100，能够通过简单的电路结构，由输入端子102上所施加的输入电压Vin，生成反相电压和2倍反相电压并分别从第1输出端子104、第2输出端子106同时输出。
在该开关电源装置100，通过为了生成两个输出电压而时分使用快速电容器Cf，与使用了分别生成反相电压和2倍反相电压的两个电荷泵电路的情况相比，能够减少一个电容器。而且，由于控制部分10也共用使用，所以能够进行电路的简化。
在第1输出端子104和第2输出端子106上所连接的负载电路中流过的负载电流小的情况下，由于输出电压Vout1、Vout2的下降少，所以在图2所示的时序图中，也可以省略第1充电期间φ1或φ1’。而且，第1充电期间φ1～第3充电期间φ3的顺序也可以根据负载的驱动状态而变更。
此外，在图3中，说明了有关从第1输出端子104输出反相电压，同时从第2输出端子106输出2倍反相电压的情况，但也可以仅输出其中任何一个。例如，在只需要反相电压的情况下，重复第1充电期间φ和第2充电期间即可。同样，在只需要2倍反相电压的情况下，交替重复第1充电期间φ1和第3充电期间φ3即可。
(第2实施方式)第2实施方式的开关电源装置除了第1实施方式的开关电源装置100的第1输出电压Vout1、第2输出电压Vout2以外，还具有输出第3输出电压Vout3的功能。第3输出电压Vout3是输入电压Vin的倍电压(＝2×Vin)。
图4是表示第2实施方式的开关电源装置100a的结构的电路图。在以下的附图中，对已经出现的结构元件、相同或同等的结构元件附加相同的标号，并省略相应的说明。
开关电源装置100a除了图1的开关电源装置100以外，还具有第3输出电容器Co3、第7开关SW7、第8开关SW8。此外，在第2实施方式中，图2的驱动电路附加第7开关SW7、第8开关SW8并被一体集成。第2实施方式的驱动电路除了第1输出电容器Co1、第2输出电容器Co2以外，还控制第3输出电容器Co3的充电状态。
第7开关SW7被设置在快速电容器Cf的另一端22和输入端子102间。第8开关SW8被设置在快速电容器Cf的一端20和第3输出端子108间。
将第7开关SW7导通时，快速电容器Cf的另一端22与输入端子102连接，其电压Vy与输入电压Vin相等，快速电容器Cf的一端20的电压为Vx＝Vy+ΔV＝Vin+ΔV。快速电容器Cf在以输入电压Vin被充电的状态(ΔV＝Vin)下，Vx＝2×Vin。
此时，通过同时将第8开关SW8导通，快速电容器Cf的一端20与第3输出端子108连接，第3输出端子108和接地端子间所连接的第3输出电容器Co3以电压Vx、即输入电压Vin的倍电压2×Vin被充电。设将第7开关SW7和第8开关SW8导通，并对第3输出电容器Co3以输入电压的倍电压进行充电的期间作为第4充电期间φ4。
在本实施方式的开关电源装置100a中，控制部分10a通过重复实行第1充电期间φ1～第4充电期间φ4，控制第1输出电容器Co1～第3输出电容器Co3和快速电容器Cf的充电状态。即，控制部分10a控制第1开关SW1～第8开关SW8的导通/截止状态。再有，第1充电期间φ1～第3充电期间φ3为止的动作与第1实施方式相同。
下面根据图5来说明以上那样构成的第2实施方式的开关电源装置100a的动作。图5是表示图4的开关电源装置100a的各端子的电压波形的时序图。
控制部分10以规定的模式重复第1充电期间φ1、第2充电期间φ2、第3充电期间φ3、第4充电期间φ4，第1充电期间φ1是将第1开关SW1和第4开关SW4同时导通从而对快速电容器Cf充电的充电期间，第2充电期间φ2是将第2开关SW2和第5开关SW5导通从而对第1输出电容器Co1充电的充电期间，第3充电期间φ3是将第3开关SW3和第6开关SW6导通从而对第2输出电容器Co2充电的充电期间，第4充电期间φ4是将第7开关SW7和第8开关SW8导通从而对第3输出电容器Co3充电的充电期间。
如图5所示，在对输出电容器充电的第2充电期间φ2和第3充电期间φ3及第4充电期间φ4之间，插入对快速电容器Cf充电的第1充电期间φ1。将从第3充电期间φ3向第4充电期间φ4移动的中途的第1充电期间设为φ1”。
第1充电期间φ1～第3充电期间φ3为止的动作与图3所示的第1实施方式时相同。第3充电期间φ3后，在第1充电期间φ1”中，将快速电容器Cf以输入电压Vin进行再充电。接着在第4充电期间φ4中，将第3输出电容器Co3以输入电压Vin的倍电压2×Vin进行充电。
在第3输出端子108上，第3输出电容器Co3的电压作为第3输出电压Vout3而呈现。第3输出电容器Co3在第4充电期间φ4被充电，在第1～第3充电期间φ1～φ3通过负载电路中流过电流而放电。因此，如图5所示，第3输出电压Vout3在第4充电期间φ4中上升至2×Vin后，接着在φ1、φ2、φ1’、φ3、φ1”的期间通过负载电路中流过电流而缓慢地下降。
这样，根据本实施方式的开关电源装置100a，能够由通过简单的电路结构而对输入端子102所施加的输入电压Vin，生成反相电压、2倍反相电压及倍电压，并分别从第1输出端子104、第2输出端子106、第3输出端子108同时输出。
图6是表示图4的开关电源装置100a的变形例的电路图。图6的开关电源装置100b具有独立的两个输入端子102a、102b。以下，将它们分别称为第1输入端子102a、第2输入端子102b，将输入到它们上的电压称为第1输入电压Vin1、第2输入电压Vin。
图6的开关电源装置100b的第1开关SW1被设置在快速电容器Cf的一端20和第1输入端子102a之间，第7开关SW7被设置在快速电容器Cf的另一端22和第2输入端子102b之间。其他的电路结构和控制部分10的控制与图4的开关电源装置100a相同。
根据图6的开关电源装置100b，可以从第3输出端子108输出第1输入电压Vin1和第2输入电压Vin2的和电压Vin1+Vin2作为第3输出电压Vout3。此外，能够从第1输出端子104输出第1输入电压Vin1的反相电压，从第2输出端子106输出第1输入电压Vin1的2倍反相电压。
上述几个实施方式的开关电源装置，能够作为以下的技术思想1来掌握。
(技术思想1)(a)开关电源装置根据输入端子上所输入的输入电压，生成相互不同的第1～第n输出电压(n为2以上的整数)，并从第1～第n输出端子分别输出。
(b)该开关电源装置具有通过输入电压而被充电的快速电容器；第1～第n输出端子的每个输出端子上所设置的第1～第n输出电容器；快速电容器和第1～第n输出电容器的充电路径上所设置的多个开关；以及通过控制多个开关的导通/截止状态，从而控制快速电容器和n个输出电容器的充电状态的控制部分。
(c)在以输入电压、接地电压、第i输出电容器(i为满足1≤i≤n的整数)上呈现的第i输出电压的其中任何一个作为基准电压时，第j输出电容器(j为满足1≤j≤n，且i≠j的整数)上呈现的第j输出电压是(1)输入电压与基准电压相加的电压，或(2)从基准电压中减去输入电压的电压。
(d)控制部分在第j输出电容器的充电状态中进行以下控制。
(d-1)在基准电压上相加输入电压的情况将设置在快速电容器的高电位侧的端子和第j输出端子间的开关、以及设置在快速电容器的低电压侧的端子和呈现基准电压的端子间的开关导通。
(d-2)从基准电压中减去输入电压的情况将设置在快速电容器的低电位侧的端子和第j输出端子间的开关、以及设置在快速电容器的高电压侧的端子和呈现基准电压的端子间的开关导通。
该开关电源装置以规定的模式通过时分而重复对快速电容器和从第1至第n输出电容器进行充电的状态。再有，不一定对全部的输出电容器进行充电，重复进行在需要输出电压的端子上所连接的输出电容器的充电和快速电容器的充电即可。
第1实施方式对应于这种技术思想的n＝2的情况。第1输出端子104上呈现的第1输出电压Vout1(j＝1)是将接地电压作为基准电压，从而减去输入电压Vin所得的电压。控制部分10在对第1输出电容器Co1充电时，使设置在快速电容器Cf的低电位侧的端子22和第1输出端子104间的第5开关SW5、以及设置在快速电容器Cf的高电压侧的端子20和呈现作为基准电压的接地电压的接地端子110间的第2开关SW2导通。
而第2输出端子106上呈现的第2输出电压Vout2(j＝2)是以第1输出电压Vout1(i＝1)作为基准电压，从而减去输入电压Vin所得的电压。控制部分10在对第2输出电容器Co2(j＝2)充电时，使设置在快速电容器Cf的低电位侧的端子22和第2输出端子106间的第6开关SW6、以及设置在快速电容器Cf的高电压侧的端子20和呈现作为基准电压的第1输出电压Vout1的第1输出端子104间的第3开关SW3导通。
第2实施方式对应于这种技术思想的n＝3的情况。第3输出端子108上呈现的输出第3电压Vout3(j＝3)是以输入电压Vin作为基准电压，从而相加输入电压Vin所得的电压。控制部分10在对第3输出电容器Co3(j＝3)充电时，使设置在快速电容器Cf的高电压侧的端子20和第3输出端子108间的第8开关SW8、以及设置在快速电容器Cf的低电位侧的端子22和呈现作为基准电压的输入电压Vin的输入端子102间的第7开关SW7导通。
根据这种技术思想，能够以一个快速电容器、各输出的输出电容器这样少的部件数，生成作为输入电压的整数倍的多个不同的电压。例如，可生成并输出3倍电压、4倍电压，也可生成-3倍、-4倍电压等。此外，作为输出电压的个数，也可以扩展为4个、5个。
此外，将这种技术思想扩展到多个输入电压时如以下那样。
(技术思想2)(e)输入端子包括被输入第1输入电压、第2输入电压的第1、第2输入端子。
(f)快速电容器通过第1输入电压而被充电。
(g)在将第1、第2输入电压、接地电压、第i输出电压的其中任何一个作为基准电压时，第j输出电压是(1)在基准电压上相加第1输入电压所得的电压，或(2)从基准电压中减去第1输入电压所得的电压。
根据这种扩展的技术思想，可生成将两个输入电压组合所得的不同的电压。图6的开关电源装置100b是对应于所扩展的技术思想的装置。技术思想1在技术思想2中，可与第1输入电压和第2输入电压相等的情况来掌握。
最后，说明有关实施方式的开关电源装置的用途。实施方式的开关电源装置例如能够适当地用于电池驱动型的携带电话终端或PDA等的电子设备。图7是表示装载了图4的开关电源装置100a的电子设备的结构的方框图。
电子设备1000具有电池1010、开关电源装置100a、第1负载1030、第2负载1040。开关电源装置100a将从电池1010输出的电池电压Vbat变换为第1输出电压Vout1(＝-Vbat)、第2输出电压Vout2(-2×Vbat)、第3输出电压Vout3(＝2×Vbat)并输出。第1负载1030、第2负载1040都在正负电源下进行动作。
第1负载1030是由±6～8V左右的正负电源驱动的负载。第1负载1030的正电源端子+与开关电源装置100a的第3输出端子108连接，被供给第3输出电压Vout3(＝2Vbat)。而第1负载1030的负电源端子-与开关电源装置100a的第2输出端子106连接，被供给第2输出电压Vout2(＝-2Vbat)。
第2负载1040是由±3～4V左右的正负电源驱动的负载。第2负载1040的正电源端子+与电池1010连接，被供给电池电压Vbat。而第2负载1040的负电源端子-与开关电源装置100a的第1输出端子104连接，被供给第1输出电压Vout1(＝-Vbat)。
这样，实施方式的开关电源装置100在电池驱动型的电子设备中，能够适当地驱动需要正电源、负电源或它们两方的负载。开关电源装置100的部件数少，只有快速电容器、输出电容器、驱动电路，专有面积小，所以能够有助于电子设备1000的小型化。
上述实施方式是例示，本技术领域人员应该理解，在这些各构成元素或各处理过程的组合上可有各种各样的变形例，而这些变形例也在本发明的范围内。
在实施方式中，构成开关电源装置100的元件可以被全部一体集成，也可以分成不同的集成电路而构成，而且还可以由分立部件构成其一部分。将哪些部分集成化，根据成本或占有面积、用途等来决定就可以。
在本发明的优选实施方式用特定术语(specific terms)论述时，这种论述仅用于说明目的，显然在不脱离本发明的精神或权利要求的范围内，可以进行变更和变化。
权利要求
1.一种开关电源装置，生成与输入电压反极性的第1输出电压和作为与所述输入电压反极性的倍电压的第2输出电压，并从第1、第2输出端子输出，其特征在于，该开关电源装置包括快速电容器；连接到所述第1输出端子的第1输出电容器；连接到所述第2输出端子的第2输出电容器；以及控制这三个电容器的充电状态的驱动电路，所述驱动电路时分重复第1充电期间、第2充电期间以及第3充电期间第1充电期间是以所述输入电压充电所述快速电容器的充电期间，第2充电期间是将所述快速电容器的高电位侧的端子连接到固定电位端子，并通过另一端上呈现的电压充电所述第1输出电容器的充电期间，第3充电期间是将所述快速电容器的高电位侧的端子连接到所述第1输出端子，并通过另一端上呈现的电压充电所述第2输出电容器的充电期间，将所述第1、第2输出电容器上呈现的电压分别作为所述第1、第2输出电压，从所述第1、第2输出端子输出。
2.如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述驱动电路将所述第1充电期间、第2充电期间、第1充电期间、第3充电期间作为一周期，控制所述三个电容器的充电状态。
3.一种开关电源装置，是还生成作为所述输入电压的倍电压的第3输出电压，并从第3输出端子输出的权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，该开关电源装置还包括连接到所述第3输出端子的第3输出电容器，所述驱动电路除了所述第1、第2输出电容器以外，还控制所述第3输出电容器的充电状态，将所述快速电容器的低电压侧的端子连接到被输入了所述输入电压的输入端子，并在除了从所述第1至第3充电期间以外还重复由另一端上呈现的电压而充电所述第3输出电容器的第4充电期间，将所述第3输出电容器上呈现的电压作为所述第3输出电压，并从所述第3输出端子输出。
4.如权利要求3所述的开关电源装置，其特征在于，所述驱动电路在进行所述第2充电期间、所述第3充电期间、所述第4充电期间各自期间中的所述第1、第2、第3输出电容器的充电前，进行所述第1充电期间中的所述快速电容器的充电。
5.一种开关电源装置，生成与输入电压反极性的第1输出电压和作为与所述输入电压反极性的倍电压的第2输出电压，并从第1、第2输出端子输出，其特征在于，该开关电源装置包括快速电容器；设置在所述第1输出端子和固定电位端子间的第1输出电容器；设置在所述第2输出端子和固定电位端子间的第2输出电容器；设置在所述快速电容器的一端和所述输入端子间的第1开关；设置在所述快速电容器的所述一端和固定电位端子间的第2开关；设置在所述快速电容器的所述一端和所述第1输出端子间的第3开关；设置在所述快速电容器的另一端和固定电位端子间的第4开关；设置在所述快速电容器的所述另一端和所述第1输出端子间的第5开关；设置在所述快速电容器的所述另一端和所述第2输出端子间的第6开关；以及控制从所述第1至第6开关的导通/截止状态的控制部分。
6.如权利要求5所述的开关电源装置，其特征在于，所述控制部分通过时分而重复第1充电期间、第2充电期间以及第3充电期间，第1充电期间是将所述第1开关和所述第4开关导通，从而以所述输入电压充电所述快速电容器的充电期间，第2充电期间是将所述第2开关和所述第5开关导通，从而以与所述输入电压反极性的电压而充电所述第1输出电容器的充电期间，第3充电期间是将所述第3开关和所述第6开关导通，从而以与所述输入电压反极性的倍电压而充电所述第2输出电容器的充电期间。
7.一种驱动电路，驱动权利要求5所述的开关电源装置，其特征在于，该驱动电路具有所述第1开关至第6开关及所述控制部分，被一体集成在一个半导体衬底上。
8.一种开关电源装置，是还生成作为所述输入电压的倍电压的第3输出电压，并从第3输出端子输出的权利要求5所述的开关电源装置，其特征在于，该开关电源装置还具有连接到所述第3输出端子的第3输出电容器；设置在所述快速电容器的所述另一端和所述输入端子间的第7开关；以及设置在所述快速电容器的所述一端和所述第3输出端子间的第8开关，所述控制部分还控制所述第7、第8开关的导通/截止状态。
9.如权利要求8所述的开关电源装置，其特征在于，所述控制部分通过时分而重复第1充电期间、第2充电期间、第3充电期间和第4充电期间，第1充电期间是将所述第1开关和所述第4开关导通，从而以所述输入电压充电所述快速电容器的充电期间，第2充电期间是将所述第2开关和所述第5开关导通，从而以与所述输入电压反极性的电压而充电所述第1输出电容器的充电期间，第3充电期间是将所述第3开关和所述第6开关导通，从而以与所述输入电压反极性的倍电压而充电所述第2输出电容器的充电期间，第4充电期间是将所述第7开关和所述第8开关导通，从而以所述输入电压的倍电压充电所述第3输出电容器的充电期间。
10.一种驱动电路，驱动权利要求8所述的开关电源装置，其特征在于，具有所述第1开关至第8开关和所述控制部分，被一体集成在一个半导体衬底上。
11.一种开关电源装置，根据对输入端子所输入的输入电压，生成相互不同的第1～第n输出电压(n为2以上的整数)，并从第1～第n输出端子分别输出，其特征在于，该开关电源装置包括通过所述输入电压而被充电的快速电容器；对所述第1～第n输出端子的各端子所设置的第1～第n输出电容器；在所述快速电容器和所述第1～第n输出电容器的充电路径上设置的多个开关；以及通过控制所述多个开关的导通/截止状态，从而控制快速电容器和n个输出电容器的充电状态的控制部分，在将所述输入电压、接地电压、第i输出电容器(i为满足1≤i≤n的整数)上呈现的第i输出电压的其中任何一个作为基准电压时，第j输出电容器(j为满足1≤j≤n，并且i≠j的整数)上呈现的第j输出电压是在所述基准电压上相加所述输入电压、或相减所述输入电压所得的电压，所述控制部分在所述第j输出电容器的充电状态下，在与所述基准电压相加的情况下，使被设置在所述快速电容器的高电位侧的端子和所述第j输出端子间的开关、以及被设置在所述快速电容器的低电压侧的端子和呈现所述基准电压的端子间的开关导通，在与所述基准电压相减的情况下，使被设置在所述快速电容器的低电位侧的端子和所述第j输出端子间的开关、以及被设置在所述快速电容器的高电压侧的端子和呈现所述基准电压的端子间的开关导通。
12.如权利要求11所述的开关电源装置，其特征在于，所述输入端子包括被输入第1输入电压、第2输入电压的第1、第2输入端子，所述快速电容器通过所述第1输入电压而被充电，在将所述第1、第2输入电压、接地电压、所述第i输出电压的其中任何一个作为基准电压时，所述第j输出电压是将所述第1输入电压与所述基准电压相加或相减所得的电压。
13.一种驱动电路，是驱动权利要求11或12所述的开关电源装置的驱动电路，其特征在于，该驱动电路具有所述多个开关；以及控制所述多个开关的导通/截止状态的所述控制部分，该驱动电路被一体集成在一个半导体衬底上。
14.一种电子设备，其特征在于，具有权利要求1所述的开关电源装置；以及由所述开关电源装置的输出电压驱动的多个负载。
15.一种电子设备，其特征在于，具有权利要求5所述的开关电源装置；以及由所述开关电源装置的输出电压驱动的多个负载。
16.一种电子设备，其特征在于，具有权利要求11所述的开关电源装置；以及由所述开关电源装置的输出电压驱动的多个负载。
全文摘要
开关电源装置(100)生成与输入电压(Vin)反极性的第1输出电压(Vout1)和作为与输入电压反极性的倍电压的第2输出电压(Vout2)，并从第1输出端子(104)、第2输出端子(106)输出。包括控制部分(10)和开关(SW1～SW6)的驱动电路时分并重复第1、第2和第3充电期间，第1充电期间以输入电压(Vin)对快速电容器(Cf)充电，第2充电期间将快速电容器(Cf)的低电位侧的端子(22)连接到接地端子(110)，并通过另一端上呈现的电压(Vy)充电第1输出电容器(Co1)，第3充电期间将快速电容器(Cf)的高电位侧的端子(20)连接到第1输出端子(104)，并通过另一端(22)上呈现的电压(Vy)充电第2输出电容器(Co2)。
文档编号H02M3/04GK101051787SQ20071008561
公开日2007年10月10日 申请日期2007年3月1日 优先权日2006年3月7日
发明者大山学, 内本大介 申请人:罗姆股份有限公司