차지 펌프

섬네일|다이오드가 있는 딕슨 차지 펌프
섬네일|MOSFET가 있는 딕슨 차지 펌프
섬네일|PLL 차지 펌프

차지 펌프(charge pump)는 축전기를 사용하여 에너지를 저장하여 전압을 높이거나 낮추는 디시디시컨버터의 일종이다. 차지 펌프 회로는 전기적으로 간단한 회로임에도 불구하고 때로는 90~95%에 달하는 높은 효율을 낼 수 있다.

설명
차지 펌프는 어떤 형태의 스위칭 장치를 사용하여 2단계 주기로 축전기를 통해 부하에 전원 전압의 연결을 제어한다. 첫 번째 단계에서 축전기는 전원에 연결되어 동일한 전압으로 충전된다. 두 번째 단계에서 회로는 축전기가 전원 및 부하와 직렬로 연결되도록 재구성된다. 이로 인해 부하 전체의 전압이 두 배로 증가한다. 즉, 원래 전원과 축전기 전압의 합이 된다. 더 높은 전압의 스위칭 출력의 펄스 특성은 종종 출력 축전기를 사용하여 평활화된다.

외부 또는 보조 회로가 스위칭을 구동하며, 일반적으로 수십 킬로헤르츠에서 수 메가헤르츠까지 작동한다. 높은 주파수는 더 짧은 주기 내에 더 적은 전하를 저장하고 방출해야 하므로 필요한 정전 용량을 최소화한다.

차지 펌프는 전압을 두 배로 늘리거나, 세 배로 늘리거나, 절반으로 줄이거나, 전압을 반전시키거나, 전압을 부분적으로 곱하거나 스케일링(예: ×, ×, × 등)하고, 컨트롤러 및 회로 토폴로지에 따라 모드를 빠르게 전환하여 임의의 전압을 생성할 수 있다.

이는 일반적으로 저전력 전자제품(예: 휴대폰)에서 회로의 다른 부분에 대한 전압을 높이거나 낮추는 데 사용되며, 전원 전압을 신중하게 제어하여 전력 소비를 최소화한다.

 PLL 용어 

차지 펌프라는 용어는 위에 설명된 회로와 달리 펌핑 동작이 포함되지 않음에도 불구하고 위상동기회로(PLL) 회로에서도 일반적으로 사용된다. PLL 차지 펌프는 단순히 양극 스위칭 전류원이다. 이는 PLL의 루프 필터에 양극 및 음극 전류 펄스를 출력할 수 있음을 의미한다. 이는 전력 및 접지 공급 수준보다 높거나 낮은 전압을 생성할 수 없다.

응용 분야
 차지 펌프 회로의 일반적인 응용 분야는 RS-232 논리 레벨 시프터이며, 단일 5 V 또는 3 V 전원 공급 레일에서 양극 및 음극 전압(종종 +10 V 및 -10 V)을 생성하는 데 사용된다.
 차지 펌프는 LCD 또는 백색 LED 드라이버로도 사용될 수 있으며, 배터리와 같은 단일 저전압 공급 장치에서 높은 바이어스 전압을 생성한다.
 차지 펌프는 NMOS 메모리 및 마이크로프로세서에서 기판에 연결되는 음극 전압 "VBB"(약 -3 V)를 생성하는 데 광범위하게 사용된다. 이는 모든 N+-대-기판 접합이 3 V 이상으로 역방향 바이어스되어 접합 커패시턴스를 줄이고 회로 속도를 높인다.Jenne, F. "Substrate Bias Circuit", US Patent 3794862A, Feb 26, 1974.
 전압 스파이크를 제공하는 차지 펌프는 닌텐도 엔터테인먼트 시스템 잠금 칩을 무력화하기 위해 닌텐도가 라이선스하지 않은 NES 호환 게임에 사용되었다.Kevin Horton. Colordreams Revision C. Last modified 2007-09-30. Accessed 2011-09-15.
 2007년 기준으로, 차지 펌프는 거의 모든 EEPROM 및 플래시 메모리 집적 회로에 통합되어 있다. 이러한 장치는 특정 메모리 셀에 새 값을 쓰기 전에 기존 데이터를 "지우기" 위해 고전압 펄스를 필요로 한다. 초기 EEPROM 및 플래시 메모리 장치는 두 개의 전원 공급 장치(+5 V(읽기용) 및 +12 V(지우기용))를 필요로 했다. , 상업적으로 이용 가능한 플래시 메모리 및 EEPROM 메모리는 일반적으로 1.8 V 또는 3.3 V의 단일 외부 전원 공급 장치만 필요하다. 셀을 지우는 데 사용되는 더 높은 전압은 온칩 차지 펌프에 의해 내부적으로 생성된다.
 차지 펌프는 하이 사이드 n-채널 전력 MOSFET 및 IGBT의 게이트 구동을 위한 하이 사이드 드라이버의 H 브리지에 사용된다. 하프 브리지의 중앙이 로우가 될 때, 축전기는 다이오드를 통해 충전되며, 이 전하는 나중에 하이 사이드 FET의 게이트를 소스 전압보다 몇 볼트 높게 구동하여 켜는 데 사용된다. 이 전략은 브리지가 정기적으로 스위칭되고 별도의 전원 공급 장치를 실행해야 하는 복잡성을 피하며 두 스위치에 더 효율적인 n-채널 장치를 사용할 수 있도록 한다. 이 회로(하이 사이드 FET의 주기적인 스위칭을 요구함)는 "부트스트랩" 회로라고도 불릴 수 있으며, 일부는 이를 차지 펌프(스위칭이 필요하지 않음)와 구별하기도 한다.
 브라운관(CRT) 모니터용 고전압 수직 편향 신호 생성은 예를 들어 TDA1670A 집적 회로를 사용하여 수행된다. 최대 편향을 달성하려면 CRT 코일에 약 50 V가 필요하다. 기존 24 V 공급 장치에서 차지 펌프 전압 배가기를 사용하면 다른 공급 전압이 필요 없어지는 이점이 있다.
 모바일 장치용 고전력 고속 충전 솔루션은 전압을 낮추기 위해 벅 변환기 대신 차지 펌프에 의존하는데, 이는 효율이 높아 열 발생이 줄어들기 때문이다. A 3 의 입력 전류를 받는 삼성 A23은 2:1 전류 펌프 덕분에 내부 배터리 팩을 6 A로 충전할 수 있다. 오포의 240 W SUPERVOOC는 더 나아가 세 개의 차지 펌프를 병렬로 사용하여(주장된 효율 98%) 24V/10A를 10V/24A로 변환하며, 이는 다시 두 개의 병렬 배터리 팩으로 공급된다.

 같이 보기 
 콕크로프트-월턴 발생기
 전압 증배기
 스위치드 커패시터
 전압 배가기

 각주 

차지 펌프의 전력 손실 계산에 등가 저항 개념 적용

축전기 전압이 이진수 체계를 따르는 차지 펌프

 외부 링크 
 차지 펌프, 무유도 전압 조정기
 온칩 고전압 발생기 설계
 차지 펌프 DC/DC 컨버터. 무유도(차지 펌프) DC/DC 컨버터를 사용한 응용, 회로 및 솔루션.
 인덕터 없는 DC/DC 변환. 차지 펌프 작동에 대한 일반적인 설명; Maxim 컨트롤러를 사용한 예시 응용 프로그램.
 차지 펌프 회로: 설계 전략 및 토폴로지 개요 G. Palumbo와 D. Pappalardo의 튜토리얼

분류:전압 조정