KR20100107198A - 차지펌프 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일명 ‘플라잉 캐패시터’라 불리는 차지축적 캐패시터에 축적되는 전하량을 제어함으로써 집적회로 등의 내압을 보장하며 원하는 출력전압을 얻을 수 있는 차지펌프 회로에 관한 것이다.

휴대용전자 기기가 증가함에 따라 배터리 전원으로부터 기기구동에 필요한 다수의 전원을 생성하기 위해 차지펌프 회로의 채택이 증가되고 있는 추세이다. 그중 가장 간단한 차지펌프 회로는 1개의 차지축적 캐패시터를 사용하여 배터리 전압의 2배의 전압을 얻거나 -1배의 전압을 얻는 방법인데, 종종 집적회로의 공정내압을 벗어남으로써 별도의 전압 안정화 회로를 사용하거나, 여분의 차지축적 캐패시터를 추가하여 1.x배 또는 -0.x배의 전압을 얻기도 한다.

본 발명에서는 차지축적 캐패시터 및 전압 안정화 회로의 추가 없이 원하는 출력전압을 얻는 차지펌프회로를 제시한다.

Charge Pump, 차지 펌프

Description

차지펌프 회로{Charge pump circuit}

본 발명은 외부소자를 최소화하고 집적회로의 공정내압을 보장하며 원하는 출력전압을 얻기 위한 차지펌프 회로에 관한 것이다.

가장 간단한 차지펌프 회로는 1개의 차지축적 캐패시터를 사용하여 배터리 전압의 2배의 전압을 얻거나 -1배의 전압을 얻는 방법인데, 이는 종종 집적회로의 제한된 공정내압을 벗어남으로써 별도의 전압 안정화 회로를 사용하거나, 여분의 차지축적 캐패시터를 추가하여 1.x배 또는 -0.x배의 전압을 얻기도 한다. 본 발명에서는 차지축적 캐패시터 및 전압 안정화 회로의 추가 없이 원하는 출력전압을 얻을 수 있는 차지펌프회로를 제시한다.

본 발명은 1개의 차지축적 캐패시터를 사용하고, 차지펌프회로의 크기가 크게 증가되지 않게 하면서 입력전압의 1.x배 또는 -0.x배의 전압을 얻는 차지펌프회로에 관한 것이다.

간단한 비교기를 추가함으로써 차지축적 캐패시터에 축적되는 전하량을 임의의 전압으로 제어하여

집적회로의 공정내압을 초과하지 않는 범위 내에서 필요로 하는 출력전압을 얻고자 한다.

본 발명을 이용할 경우 차지펌프 회로의 크기증가가 기존의 방식보다 훨씬 적고, 더불어 외부 부품을 최소화하여 필요로 하는 전압을 얻을수 있어 기존의 방식보다 비용절감의 큰 효과가 있다.

도 1은 1개의 차지축적 캐패시터(CF)를 사용한 전압 더블러 및 인버터이다.

SW1 & SW3 가 ‘온’ 이고, SW2 & SW4가 ‘오프’ 일 때, CF 에 VIN 이 충전 되고,

SW1 & SW3 가 ‘오프’ 이고, SW2 & SW4가 ‘온’ 일 때, CF 에 충전된 전하가 VOUT 단자로 이동된다.

SW1~SW4 및 캐패시터의 특성이 이상적이라면 VOUT 전압은 아래와 같다.

V_OUT = 2 X V_IN --- doubler

V_OUT = - V_IN --- inverter

따라서 이때 사용되는 SW1~SW4 및 캐패시터는 2 * VIN 의 공정내압이 필요하다.

(인버터의 경우도 VIN - VOUT = 2 * VIN 의 공정내압이 필요하다.)

도 2 는 이러한 문제점을 보완하기 위하여 전압안정화 회로를 사용한 차지펌프회로이다.

연산증폭기(OPA1) 및 드라이버 트랜지스터(M1) 등을 추가하여 VOUT 전압이 공정내압을 초과할 경우 M1을 ‘오프’시켜 VOUT 전압을 충분히 공정내압 이하로 낮춘 후 다시 ‘온’시킴으로써 필요한 출력 전압을 얻을 수 있다.

단, 연산증폭기(OPA1) 및 드라이버 트랜지스터(M1) 등이 추가로 필요하게 된다. 특히 M1은 ‘온(ON)-저항’ 특성을 최소로 하여야 하므로 전체 크기 및 비용이 크게 증가하는 단점이 있다.

V_OUT = {(R1 + R2) / R1 } X V_IN

도 3은 여분의 차지축적 캐패시터(CF2)를 추가하여 차지축적 캐패시터(CF1)에 축적 되는 전하량을 낮춤으로써 공정내압을 초과하지 않는 범위 내에서 필요한 전압을 얻을 수 있다. 이러한 원리에서는 스위치(SW5) 및 캐패시터(CF2)의 추가가 불가피 하므로 전체 크기 및 비용이 크게 증가하는 단점이 있다.

V_OUT = {1 + CF1/(CF1+CF2) } X V_IN

도 4는 본 발명에서 제안하는 방식의 일례이다.

간단한 비교기를 이용하여 필요로 하는 출력 전압이 공정내압을 초과하지 않게 하기 위한 비교기의 입력 Va를 설정하고 차지펌프의 출력전압(VOUT)과 비교를 하여 발생되는 출력으로 SW1를 제어하는 방식이다. 이러한 방식은 출력 캐패시터(COUT)에 차지되는 전하량을 임의로 제한하여 공정내압을 초과하지 않는 범위 내에서 필요로 하는 전압을 얻을 수 있다. 비교기 COMP1은 간단한 비교기이며, 그 크기 및 비용의 증가가 미미하다.

V_OUT = Va --- 양전압 발생회로

V_OUT = - Va --- 부전압 발생회로

도 5는 본 발명에서 제안하는 방식의 또 다른 일례이다.

간단한 비교기를 이용하여 필요로 하는 출력 전압이 공정내압을 초과하지 않게 하 기 위한 비교기의 입력 Va를 설정하고 차지축적 캐패시터의 전압(VF)과 비교를 하여 발생되는 출력으로 SW1를 제어하는 방식이다. 이러한 방식은 출력 캐패시터(COUT)에 차지되는 전하량을 임의로 제한하여 공정내압을 초과하지 않는 범위 내에서 필요로 하는 전압을 얻을 수 있다. 비교기 COMP1은 크기 및 비용의 증가가 미미하다.

V_OUT = V_IN + Va --- 양전압 발생회로

V_OUT = - Va --- 부전압 발생회로

도 1 종래의 전압 더블러 및 인버터와 스위치 구동파형

도 2 전압안정화 회로를 사용한 양전압 발생회로 및 스위치 구동파형

도 3 여분의 차지축적 캐패시터를 사용한 양전압 발생회로 및 스위치 구동파형

도 4 본 발명에서 제안하는 양전압 발생회로 및 부전압 발생회로와 스위치 구동파형

도 5 본 발명에서 제안하는 또다른 양전압 발생회로 및 부전압 발생회로와 스위치 구동파형

Claims (3)

1. 출력 캐패시터(COUT)에 차지되는 전하량을 조절하여 제한된 공정내압을 초과하지 않는 임의의 원하는 전압을 얻는 차지펌프 회로
2. 제 1항에 있어서 차지펌프의 출력전압(VOUT)을 감지하여 공정내압을 초과하지 않게 설정된 전압(Va)과 비교함으로써 출력 캐패시터(COUT)에 차지되는 전하량을 제한하는 차지펌프 회로
3. 제 1항에 있어서 차지축적 캐패시터의 전압(VF)을 감지하여 공정내압을 초과하지 않게 설정된 전압(Va)과 비교함으로써 출력 캐패시터(COUT)에 차지되는 전하량을 제한하는 차지펌프 회로

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