利用可能なDC電源をより低い電圧または高い電圧に変換する必要があるというのは、回路において非常によくある課題です。 高から低への変換には、低ドロップアウト レギュレータ (LDO) を使用するという選択肢がありますが、低電圧を高電圧に簡単に変換するにはどうしたらよいのでしょうか。
交流電圧の場合、答えはよく知られています。 しかし、電気工学科の1年生でさえ知っているように、直流ではトランスを使うことはできません。 そこで、ある種の発振器を使って低電圧の直流を「チョップ」し、チョップされた交流に似た波形を昇圧トランスに通し、二次側出力で整流とフィルタリングを行うのが一般的な方法である。 このアプローチは非常に成功しやすく、その強化版がスイッチング電源の基礎となっており、DC電源と電源レール間の電圧を上昇（昇圧）および低下（降圧）させるために使用されます。 トランスが提供する固有のガルバニック絶縁のために、実際にトランスを好む、あるいは強制する電力変換器もありますが、低電圧回路や局所的なサブ回路ではその利点は必要ないことがよくあります。 トランス ベースの設計の性能とコストは、約 1 ～ 5 A 出力以上の DC/DC コンバータに適していますが、数百 mA 以下のローエンドでは一般に魅力的なソリューションではありません。 この電力変換技術の基本的な実行では、電流 (電荷) は、回路出力が入力の 2 倍になるように配置された 2 つのコンデンサー間で交互に切り替えられ、指示されます。 このため、チャージ・ポンプ・コンバータはスイッチド・キャパシタ設計としても知られています。
チャージ・ポンプ電圧ダブラの仕組み
この電圧ダブラはどのように達成されるのですか？ 閉回路を行ったり来たりする電荷は「失われる」のではなく、電荷蓄積素子間のスイッチングによって移動することができる、という物理学の基本原理からすべてが始まります。 チャージ・ポンプのコンセプトでは、電流の流れを制御するためにダイオードを使用できます。実際のところ、スイッチは通常スイッチトMOSFETであり、コンデンサは必要な容量に応じて外部のセラミックまたは電解デバイスを使用します
図1は、2段階の充放電サイクルで、コンデンサC1を充電し、C2へ放電させる動作となっています。
Next, clock drives the output of inverter 1 high, and the charge on C1 now in series with +Vdc from inverter 1.次に、クロックはインバータ1の出力を高くし、C1の電荷は、インバータ1の電圧と直列になります。 インバータ2の出力が低下すると、D2が順方向バイアスされ、C2が2倍のVdcに充電されます。 5387>
ディスクリート部品を用いた実用的な設計では、順方向電圧降下が小さいため、従来のダイオードの代わりにショットキーダイオードを使用するのが一般的である。 しかし、IC化されたチャージポンプでは、ダイオードを使用せず、オン抵抗RDS(ON)の小さいMOSFETスイッチを使用している。 チャージポンプの効率は90～95％とかなり高い。
パート2では、チャージポンプのコンデンサ、非ダブリングのバリエーション、内部クロックと外部クロック、フィルタリングとレギュレーション、組み込みチャージポンプなど、いくつかの追加の側面について見ていくことにする。
