ダイオード・チャージポンプ回路の出力電流の計算

質問

ダイオード・チャージポンプ回路の出力電流の計算の仕方がわかりません。

?2倍の正出力
?-1倍の負出力

について教えていただけないでしょうか。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

“出力電流”という言葉を使っていらっしゃいますが、どのような背景で
使っていらっしゃるのでしょうか？

ダイオード・チャージポンプ回路が与えられていて、その回路の出力に
負荷がつながったときに、どれだけの電流が流れるかという意味でしょう
か？
あるいは、ダイオード・チャージポンプ回路が負荷に供給しうる最大電流
というような意味でしょうか？

いずれの場合でも、簡単な関係式で示すことは難しいのが実態と思います。
簡単な関係式が示せないので、回路例は紹介されますが、具体的な電流容量
などは曖昧な情報が多いものと想像します。

出力電流を決める要素は多岐に亘ります。
　・チャージポンプ回路を駆動するドライバー回路の能力
　　　具体的には、出力インピーダンスや電流供給（ソース、シンク）能力など
　・チャージポンプ回路を駆動するドライバー回路の出力波形、周波数など
　・チャージポンプ回路の回路構成
　・チャージポンプ回路の回路定数
　・負荷抵抗の値
　・許容される出力電圧変動
　・許容される出力電圧のリップル　　などなど

上記のような項目を勘案しつつ、個々の設計で決まるものと思います。
ちっと手間は掛かりますが、回路をきちんとモデル化して、回路シミュレー
ションを行えば、回路の動作はそこそこ正確に把握できます。求めたい
事項が明確であれば、欲しい答えに到達することは可能と思います。

もう少し具体的な条件をご提示頂ければ、もう少し具体的に回答できる
かのしれませんが、あまり自信はありません。　

2倍の正出力が得られる回路構成も一種類ではありませんので、参照なさっ
ている情報をご提示頂けると助かります。

お示し頂いた回路（正出力単独）を、シミュレーションしたところ、
負荷抵抗6.8kΩで、出力電圧15.41V　リップル83.4mVp-p
負荷抵抗10kΩで、出力電圧15.78V　リップル58.7mVp-pといった計算結果でした。

リップルは、どちらの場合の100mV以下で仕様を満足していますので
出力電圧で判断すると、負荷抵抗6.8kΩでは15.5V以下となりＮＧ
10kΩでは15.5Vを上回るので合格ということになりそうです。

バラツキを無視した設計中心のような考え方ならば、
出力電流は、15.78V÷10kΩ＝1.57mAは確保できると言えそうです。
（15.41V÷6.8kΩ＝2.26mAの負荷電流を流すと、電圧を保てなくなります）

なお、上記のシミュレーションは、シリコンダイオード抵抗を想定し、温度
は常温と仮定ました。ショットキーダイオードであれば、もう少し出力電圧
が高くなります。　　（ダイオードの内部抵抗は3Ωと仮定しました）

上記の計算結果は、仮定に基づく試算値です。素子のモデリングの精度は
期待できませんので、あくまでも参考程度とお考え下さい。

＞なお、上記のシミュレーションは、シリコンダイオード抵抗を想定し、温度
は常温と仮定ました。

記載ミスがありましたので、訂正させて下さい。
（誤）シリコンダイオード抵抗　→　（正）シリコンダイオード

参考URL：

http://toragi.cqpub.co.jp/Portals/0/backnumber/2008/06/p151-152.pdf

お礼

・「出力電流」は「最大出力電流」という意味です。
・チャージポンプ回路を駆動するドライバー回路の能力
　・・・出力インピーダンス：100Ω
　　　　電流能力：制限なし
・ドライバー回路の出力・・・OFF:0V, ON:9V, 周波数,860KHz,ON-duty:68%
・出力電圧許容値：正出力min15.5V～typ16.5V～max17.5V、負出力min-8.4V～typ-7.5V～max-6.5V
・出力電圧許容リップル　max100mV

正出力の回路図
　　　　　　103
矩形波→---||-----------
on:9V/off:0V |
|
直流9V→------a→k-----------a→k----------→負荷
　　 | |
　 　 --------------||------------
　　　　　　　　　　　103

a→k　はダイオードです。a:アノード、k：カソードです。

シミュレーションにより最大出力電流の設計の仕方がわかりました。ありがとうございます。