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チャージポンプは、コンデンサを使用してエネルギー電荷を蓄積し、電圧を上げたり下げたりするDC-DC コンバータの一種です。チャージ ポンプ回路は、電気的に単純な回路でありながら、90～95% という高い効率を実現できます。
説明
チャージ ポンプは、2 段階サイクルでコンデンサを介して負荷にかかる電源電圧の接続を制御するために、何らかの形式のスイッチング デバイスを使用します。第 1 段階では、コンデンサが電源に接続され、同じ電圧に充電されます。第 2 段階では、コンデンサが電源と負荷に直列になるように回路が再構成されます。これにより、負荷にかかる電圧が 2 倍になります (元の電源とコンデンサの電圧の合計)。高電圧のスイッチ出力のパルス特性は、出力コンデンサの使用によって 平滑化されることがよくあります。
外部または二次回路は、通常、数十キロヘルツから数メガヘルツでスイッチングを駆動します。高周波により、より短いサイクルで蓄積および放出される電荷が少なくなるため、必要な静電容量が最小限に抑えられます。
チャージ ポンプは、コントローラと回路トポロジに応じて、電圧を 2 倍、3 倍、半分、反転、分数倍またはスケーリング (× 3 ⁄ 2、× 4 ⁄ 3、× 2 ⁄ 3など) したり、モードをすばやく切り替えて任意の電圧を生成したりできます。
これらは、低電力電子機器（携帯電話など）で回路のさまざまな部分の電圧を上げたり下げたりするためによく使用され、供給電圧を慎重に制御することで電力消費を最小限に抑えます。
PLLの用語
チャージ ポンプという用語は、上記の回路とは異なり、ポンピング動作が伴わないにもかかわらず、位相ロック ループ(PLL) 回路でもよく使用されます。PLL チャージ ポンプは、単にバイポーラ スイッチ電流源です。つまり、正と負の電流パルスを PLL のループ フィルタに出力できます。電源レベルとグランド供給レベルより高い電圧や低い電圧を生成することはできません。
アプリケーション
- チャージポンプ回路の一般的な用途はRS-232 レベルシフタであり、単一の 5 V または 3 V電源レールから正と負の電圧 (多くの場合 +10 Vと -10 V) を生成するために使用されます。
- チャージ ポンプはLCDまたは白色LEDドライバとしても使用でき、バッテリーなどの単一の低電圧電源から高バイアス電圧を生成します。
- チャージポンプは、NMOSメモリやマイクロプロセッサで広く使用されており、基板に接続された負電圧「VBB」（約-3V）を生成します。これにより、すべてのN+-基板接合が3V以上の逆バイアスになり、接合容量が減少し、回路速度が向上します。[1]
- 任天堂のライセンスを受けていないNES互換ゲームでは、任天堂エンターテインメントシステムのロックアウトチップをスタンさせるために、負の電圧スパイクを提供するチャージポンプが使用されてきた。[2]
- 2007 年現在、チャージ ポンプはほぼすべてのEEPROMおよびフラッシュ メモリ集積回路に統合されています。これらのデバイスでは、新しい値を書き込む前に、特定のメモリ セル内の既存のデータを「消去」するための高電圧パルスが必要です。初期の EEPROM およびフラッシュ メモリ デバイスには、+5 V (読み取り用) と +12 V (消去用) の 2 つの電源が必要でした。2007 年現在[アップデート]、市販のフラッシュ メモリおよび EEPROM メモリに必要な外部電源は 1 つだけで、通常は 1.8 V または 3.3 V です。セルを消去するために使用されるより高い電圧は、オンチップ チャージ ポンプによって内部的に生成されます。
- チャージ ポンプは、ハイサイド n チャネルパワー MOSFETおよびIGBT のゲート駆動用のハイサイド ドライバのH ブリッジで使用されます。ハーフ ブリッジの中央が低くなると、コンデンサはダイオードを通じて充電され、この電荷は後でハイサイド FET のゲートを電源電圧より数ボルト高く駆動してオンにするために使用されます。この戦略は、ブリッジが定期的に切り替えられ、別の電源を稼働させる複雑さを回避し、より効率的な n チャネル デバイスを両方のスイッチに使用できる場合、うまく機能します。この回路 (ハイサイド FET の定期的な切り替えが必要) は「ブートストラップ」回路とも呼ばれ、これをチャージ ポンプ (切り替えが必要ない) と区別する人もいます。
- ブラウン管(CRT) モニター用の高電圧垂直偏向信号生成は、たとえば TDA1670A 集積回路を使用して行われます。最大偏向を実現するには、CRT コイルに約 50 V が必要です。既存の 24 V 電源からのチャージ ポンプ電圧倍増器を使用すると、別の電源電圧が不要になります。
- モバイルデバイス用の高出力急速充電ソリューションでは、効率が高いほど発熱が抑えられるため、 降圧コンバータではなくチャージポンプを使用して電圧を下げます。入力電流が3AのSamsung Galaxy S23は、 2:1の電流ポンプのおかげで6Aで内部バッテリーパックを充電できます。[3] Oppoの240 W SUPERVOOCはさらに進んで、3つのチャージポンプを並列に使用し（98%の効率を主張[4]）、24V/10Aから10V/24Aに変換し、2つの並列バッテリーパックで充電します。[5]
参照
参考文献
- ^ Jenne, F. 「基板バイアス回路」、米国特許 3794862A、1974 年 2 月 26 日。
- ^ Kevin Horton. Colordreams リビジョン C. 最終更新日 2007-09-30. アクセス日 2011-09-15.
- ^ リリース、プレス（2022年7月25日）。「スマートフォン - 2：1チャージポンプダイレクトチャージャー」。パワーエレクトロニクスニュース。
- ^ "OPPO 超级闪充四大技术全面突破，布局多终端、多场景闪充生态 | OPPO 官方网站". OPPO (中国語 (中国))。
- ^ K.、バラクマール（2022年3月1日）。「Oppoは240W SUPERVOOCによる急速充電の新たなレベルを主張 - 私たちが解説します」。TechRadar。
等価抵抗の概念をチャージポンプの電力損失の計算に適用する
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- van Steenwijk, G.; Hoen, K.; Wallinga, H. (1993). 「高出力電流アプリケーション向けチャージ ポンプ回路の解析と設計」. Proc. 19th European Solid-State Circuits Conference (ESSCIRC) . Vol. 1. pp. 118–121.
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- 伊藤清雄;堀口雅史;田中仁（2007）。超低電圧ナノスケールメモリ。集積回路とシステムに関するシリーズ。スプリンガー。ISBN 978-0-387-68853-4。
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コンデンサの両端の電圧が2進数システムに従うチャージポンプ
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- Fang Lin Luo、Hong Ye (2004 年 6 月)。「正出力マルチリフト プッシュプル スイッチド キャパシタ Luo コンバータ」。IEEE Transactions on Industrial Electronics。51 ( 3): 594–602。doi : 10.1109 /TIE.2004.825344。S2CID 22202569。
- Ben-Yaakov, S.; Kushnerov , A. (2009). 「自己調整スイッチド キャパシタ コンバータの代数的基礎」。2009 IEEE エネルギー変換会議および展示会。pp. 1582–9。doi :10.1109/ ECCE.2009.5316143。ISBN 978-1-4244-2893-9. S2CID 12915415。
- Allasasmeh, Y .; Gregori, S. (2018 年 11 月)。「高性能スイッチド キャパシタ ブースト バック統合型電力コンバータ」。IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers。65 ( 11): 3970–3983。doi : 10.1109 / TCSI.2018.2863239。ISSN 1558-0806。S2CID 52932169 。
外部リンク
- チャージポンプ、インダクタレス、電圧レギュレータ
- オンチップ高電圧ジェネレータ設計
- チャージ ポンプ DC/DC コンバータ。インダクタレス (チャージ ポンプ) DC/DC コンバータを使用したアプリケーション、回路、およびソリューション。
- インダクタを使用しない DC/DC 変換。チャージ ポンプの動作の一般的な説明、Maxim コントローラを使用したアプリケーションの例。
- チャージポンプ回路の概要[永久リンク切れ ] .https://picture.iczhiku.com/resource/eetop/wYkRpwFlHrpHWnNB.pdf {新しいもの} G. Palumbo と D. Pappalardo によるチュートリアル