CH618836A - - Google Patents

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    • G04G19/00Electric power supply circuits specially adapted for use in electronic time-pieces
    • G04G19/02Conversion or regulation of current or voltage
    • G04G19/04Capacitive voltage division or multiplication
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps

Description

La présente invention a pour but de fournir un circuit quadrupleur de tension nécessitant moins d'éléments difficilement inté-grables tels que les condensateurs, et donc moins de connexions.

La solution selon l'invention repose sur un principe de commutation différent et permettant de réaliser un quadrupleur de tension avec un condensateur de moins que selon la demande citée, à savoir deux condensateurs seulement pour le quadrupleur proprement dit, plus éventuellement un troisième condensateur de stockage.

Il n'était nullement évident d'obtenir un tel résultat au vu de l'art antérieur, notamment de la demande française citée, et ce résultat présente un intérêt considérable dans un domaine où l'on cherche intensivement à réaliser des dispositifs miniatures, comme c'est le cas notoire dans l'électronique horlogère.

Il est donc souhaitable de réduire le nombre de condensateurs à connecter extérieurement au circuit intégré. Cette réduction permet à la fois de réduire le coût du dispositif et de simplifier les connexions du circuit intégré.

La présente invention a pour objet un circuit élévateur de potentiel continu capable d'alimenter l'affichage lumineux d'un dispositif électronique, tel qu'une montre, et pouvant être implanté dans un circuit intégré. Un tel circuit se caractérise par une faible chute de potentiel interne et par un nombre réduit de connexions extérieures au circuit intégré.

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Le circuit élévateur de potentiel continu de l'invention est défini dans la revendication 1.

Le circuit de l'invention peut comporter d'autres moyens de commutation destinés à transférer le potentiel de sortie du second circuit multiplicateur à un troisième condensateur qui le conserve pendant la séquence de charge en cascade des deux autres condensateurs. Les moyens de commutation sont de préférence des portes électroniques réalisées en circuit intégré. Les seules connexions extérieures à réaliser sont celles des condensateurs, de la source de potentiel et du circuit d'utilisation du potentiel de sortie. La technologie actuelle des circuits intégrés permet de réaliser des portes n'ayant qu'une chute de potentiel maximale de 0,1 à 0,2 V et l'on peut atteindre un potentiel de sortie proche de quatre fois celui de la source.

Le dessin annexé représente à titre d'exemple non limitatif un circuit élévateur de potentiel réalisé selon les principes de la présente invention.

Sur la figure unique, les cinq portes 10,12,14, 16 et 18 et la diode 20 font partie d'un circuit intégré. Ces portes constituent des commutateurs modifiant séquentiellement la configuration du circuit de l'invention. On peut utiliser des transistors à effet de champ type MOS, des portes de transmission ou des portes logiques classiques n'ayant dans tous les cas qu'une chute maximale de potentiel de l'ordre de 0,1 à 0,2 V. Chaque porte est sélectivement validée ou inhibée par des signaux de commutation appliqués à une borne associée 10', 12', 14', 16' et 18'. Les signaux de commutation sont fournis par d'autres circuits (non représentés) faisant généralement partie du même circuit intégré.

Trois condensateurs 22, 24 et 26 sont interconnectés avec les portes du circuit intégré selon le montage représenté sur la figure. Une source de potentiel 28 dont la borne positive est à la masse fournit une tension E, par exemple 1,5 V dans le cas d'un élément unique de pile sèche, entre des bornes 30 et 32 du circuit intégré. Le potentiel de sortie du circuit élévateur de la présente invention apparaît entre la masse et une borne 34 du circuit intégré. En résumé, les seules connexions extérieures nécessaires sont celles des condensateurs et des bornes 30, 32 et 34. Le circuit intégré étant généralement associé à d'autres dispositifs, les bornes 30 et 32 peuvent généralement être combinées avec les bornes d'alimentation de ces dispositifs.

On va maintenant décrire en détail le fonctionnement du circuit de l'invention.

En début de cycle, les portes 10 et 12 sont validées par des signaux appliqués à leurs bornes de commande 10' et 12', les trois autres portes 14, 16 et 18 étant bloquées. Le condensateur 22 est alors connecté aux bornes de la source 28 et se charge à un potentiel voisin de E. Le condensateur 26 est également chargé au potentiel de la source 28 à travers la diode 20.

En pratique, le potentiel auquel est chargé le condensateur 22 est inférieur à celui de la source 28 de la valeur des chutes de potentiel dans les portes 10 et 12. Cependant, même pour le courant maximal de charge, ces chutes ohmiques sont faibles comparées au potentiel de la source et la diminution du courant au fur et à mesure de la charge du condensateur 22 entraîne une réduction correspondante des chutes de potentiel dans les portes. En conséquence, le potentiel du condensateur 22 en fin de charge est très voisin de celui de la source 28. Pour les mêmes raisons, les chutes ohmiques associées à la conduction des portes 14,16 et 18 peuvent être considérées comme négligeables.

Dans la seconde phase du cycle, les signaux de commutation appliqués aux bornes 10' et 12' changent et inhibent les portes correspondantes 10 et 12, alors que simultanément les portes 14 et 16 sont validées, la porte 18 restant inhibée. La conduction de la porte 14 met en série additive les potentiels de la source 28 et du condensateur 22 et la conduction de la porte 16 applique ce potentiel combiné au condensateur 24 qui se charge vers 2E, le potentiel réel dépendant du rapport des capacités 22 et 24. Ainsi, au cours des deux premières phases du cycle, les portes 10, 12, 14

et 16 et le condensateur 22 ont constitué un premier circuit multiplicateur permettant de charger le condensateur 24 à un potentiel voisin du double de celui de la source 28.

Dans de nombreux appareils électroniques numériques, les circuits intégrés fournissent des impulsions d'horloge à relativement haute fréquence à d'autres circuits fonctionnels. Les montres électroniques utilisent par exemple souvent des impulsions d'horloge dont la fréquence est 1024 Hz environ. On peut facilement diviser cette fréquence par huit ou par seize pour obtenir des impulsions à 128 ou 64 Hz qui conviennent pour la commande des portes 10', 12', 14' et 16': Ces portes travaillant par paires, on peut réaliser une commutation à 64 ou 32 Hz.

Pour une montre électronique, ces fréquences sont encore nettement plus élevées que celle qui est nécessaire à la sortie haute tension 34 du circuit élévateur de potentiel. En conséquence, le rapport des capacités 22, 24 qui détermine l'augmentation de la charge du condensateur 24 à partir de la combinaison en série et du condensateur 22 et de la source 28, peut être choisi de façon à réaliser une élévation de potentiel partielle aux bornes du condensateur 24, le cycle du premier circuit multiplicateur étant répété plusieurs fois de suite, par exemple dix fois, pour amener progressivement le potentiel du condensateur 24 à la valeur combinée des potentiels du condensateur 22 de la source 28. A la fin de cette succession de cycles, le condensateur 24 est chargé au voisinage du double du potentiel de la source, soit 2E. Bien que ce mode de fonctionnement répétitif permette d'obtenir le potentiel de sortie le plus élevé possible, on comprend qu'en chargeant le condensateur 24 en un seul cycle, on obtient un potentiel de sortie légèrement inférieur.

Après ce ou ces cycles opératoires du premier circuit multiplicateur, les signaux de commutation appliqués aux entrées de commande 10' et 14' changent pour valider la porte 10 et inhiber la porte 14, les signaux appliqués aux entrées de commande 12', 16' et 18' restant inchangés pour maintenir la porte 16 validée et les portes 12, 18 inhibées. Les portes validées 10 et 16 connectent les plaques de même polarité des condensateurs 22 et 24, ce dernier venant d'être chargé au double du potentiel de la source 28. Dans cette configuration, le condensateur 24 charge le condensateur 22 au potentiel 2E, le rapport des capacités qui,

dans le premier circuit multiplicateur, limitait la charge du condensateur 24, étant cette fois en faveur du condensateur 22. On notera toutefois que dans le cas où le rapport des capacités est l'inverse de celui qui a été mentionné précédemment, le fonctionnement du second circuit multiplicateur nécessite plusieurs cycles successifs pour charger complètement le condensateur 22 à partir du condensateur 24. Ce mode opératoire est le corollaire de celui qui a été décrit pour le premier circuit multiplicateur.

Les condensateurs 22 et 24 étant tous deux chargés au potentiel 2E et le condensateur 26 étant à un potentiel quelque peu inférieur, les signaux de commutation appliqués aux bornes de commande 10', 16' changent pour inhiber les portes 10, 16, les autres portes 12, 14 restant inhibées. Simultanément, un signal de commutation appliqué à la borne de commande 18' valide la porte 18 pour connecter en combinaison additive des potentiels les condensateurs 22, 24 entre les bornes 36 et 38. Les deux condensateurs étant chargés au double du potentiel de la source 28, le potentiel de sortie entre les bornes 36 et 38 vaut environ quatre fois celui de la source. On voit donc que le condensateur 22 a été utilisé dans un second circuit multiplicateur qui fournit un potentiel d'environ 4E aux bornes 36 et 38. Le condensateur 22 travaille en temps partagé, tantôt dans le premier circuit multiplicateur, tantôt dans le second.

Tant que seule la porte 18 reste validée, le potentiel de sortie de 4E peut être prélevé aux bornes 36, 38. Cependant, une fois que la charge des condensateurs 22, 24 a diminué, le potentiel de sortie de 4E n'est plus disponible avant que les portes n'aient à nouveau parcouru la séquence des commutations décrite ci-dessus. Pour cette raison, on préfère connecter un condensa5

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teur 26 de stockage du potentiel et une diode 20 en série entre les bornes 36, 38 et prélever le potentiel de sortie de 4E à la borne de sortie 34 située dans l'intermédiaire.

Le condensateur de stockage 26 est ainsi chargé de même à un 5 potentiel d'environ 4E avec une petite chute de tension à travers la diode 20. La diode 20, qui est connectée entre la borne de sortie 34, d'une part, et la porte 16 et le condensateur 22, d'autre part, évite que le condensateur 26 ne se décharge dans les deux circuits élévateurs au cours de la séquence suivante du fonctionne- io ment. Etant donné que, dans l'exemple illustré, la masse est positive, le potentiel élevé du condensateur 26 est en fait négatif.

La description précédente montre que les portes 10, 12, 14, 16 et 18 fonctionnent simplement comme des interrupteurs pour commuter séquentiellement les condensateurs 22, 24 dans les configurations successives des premier et second circuits élévateurs. Ces portes doivent être remplacées par n'importe quel dispositif remplissant une fonction équivalente. On peut par exemple utiliser de simples interrupteurs monopolaires à une seule direction commandés à la main mais, dans ce cas, il n'est pas question de circuit intégré.

Dans d'autres- variantes, on peut inverser la polarité du potentiel de sortie en inversant la polarité de la masse et en retournant la diode 20.

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Claims (7)

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    REVENDICATIONS
    1. Circuit élévateur de potentiel continu, caractérisé en ce qu'il comprend un premier circuit multiplicateur relié à une source électrique (28) dont on veut élever la tension (E), ledit circuit comportant un unique premier condensateur (22); un second circuit multiplicateur à fonctionnement séquentiel relié au premier circuit multiplicateur pour élever le potentiel qu'il produit et pour fournir un potentiel de sortie, le second circuit multiplicateur comportant le premier condensateur (22) et un unique second condensateur (24), et des moyens de commutation (10,12,14,16) connectant le premier condensateur (22) tour à tour dans les premier et second circuits multiplicateurs pour produire un potentiel sensiblement égal au quadruple de celui (E) de la source (28).
  2. 2. Circuit élévateur de potentiel continu selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier circuit multiplicateur comprend un premier moyen de commutation comprenant un premier et un second élément (10,12) pour connecter le premier condensateur (22) aux bornes de la source (28) de façon à le charger au potentiel (E) de ladite source (28), et un troisième élément (14) pour connecter le premier condensateur (22) en série additive avec la source (28), et en ce que le second circuit multiplicateur comprend un second moyen de commutation comportant un quatrième élément (16) pour connecter le second condensateur (24) au premier (22) et à la source (28) connectés en série de façon à le charger aux potentiels combinés à l'aide du troisième élément (14), de la source (28) et du premier condensateur (22), ce quatrième élément (16) permettant, avec le premier élément (10), de connecter le premier condensateur (22) aux bornes du second (24) de façon à le charger au potentiel du second condensateur, et un cinquième élément (18) pour connecter en série les deux condensateurs (22, 24) de façon à produire un potentiel de sortie égal à la somme de leurs potentiels individuels.
  3. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un troisième condensateur (26) sélectivement relié aux deux premiers (22, 24) mis en série pour être chargé à leurs potentiels combinés.
  4. 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une diode (26) reliée au troisième condensateur (26) pour éviter la décharge ultérieure du troisième condensateur dans le reste du circuit élévateur de potentiel.
  5. 5. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque moyen de commutation comprend au moins deux portes formées dans un circuit intégré.
  6. 6. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second moyen de commutation relie le second condensateur (24) au premier condensateur (22) et à la source (28) mis en série pendant plusieurs cycles de fonctionnement successifs du premier circuit multiplicateurpour que le second condensateur (24) soit progressivement chargé à un potentiel sensiblement égal aux potentiels combinés de la source et du premier condensateur.
  7. 7. Utilisation du circuit élévateur de potentiel continu selon la revendication 1 dans un dispositif électronique comportant un circuit intégré, caractérisé en ce que les moyens de commutation sont formés dans le circuit intégré.
    Les progrès de la connaissance de l'état solide et des propriétés des semi-conducteurs ont permis une fantastique miniaturisation des dispositifs électroniques. Grâce à la technologie des circuits intégrés, on peut actuellement loger des circuits fonctionnels complets dans une plaquette de la taille d'un ongle et des systèmes d'une grande complexité peuvent être incorporés dans une rondelle de quelques centimètres de diamètre. Cette microminiaturisation des circuits leur ouvre de nouvelles perspectives, en particulier dans le domaine des montres électroniques.
    Les montres électroniques, comme de nombreux autres dispositifs électroniques, nécessitent une fonction de visualisation de l'information de temps qui est élaborée par leurs circuits électroniques. Les dispositifs d'affichage actuellement au point ont une consommation électrique très supérieure à celle des circuits intégrés.
    Les premiers dispositifs d'affichage employés devaient être alimentés sous 20 V continus et consommaient plus de 1 jiA. Une source électrique classique d'une telle tension est beaucoup plus volumineuse que le Gircuit intégré et le dispositif d'affichage qu'elle alimente et elle encombre exagérément le boîtier du dispositif; par ailleurs, les sources électriques miniaturisées sont en général d'un coût prohibitif. Ce problème est généralement résolu par l'emploi d'une source électrique dont la tension est insuffisante pour alimenter le dispositif d'affichage, mais suffisante pour assurer le fonctionnement du circuit intégré, et un circuit électronique élevant le potentiel de la source à la valeur nécessaire pour l'affichage. Les circuits élévateurs de potentiel connus sont soit des convertisseurs à transformateur, soit des convertisseurs à réactance. En raison de la taille de l'inductance et du nombre de condensateurs auxiliaires et de transistors bipolaires extérieurs au circuit intégré, ces deux types de convertisseur sont à la fois encombrants et coûteux.
    Un autre type de circuit élévateur de potentiel utilisé dans les petits dispositifs électroniques, comme les montres, est le réseau à diodes-capacités. Ces circuits sont peu pratiques, car la chute de potentiel dans chaque diode est de l'ordre de 0,5 à 0,7 V, ce qui est considérable comparé à la tension de l'ordre de 1,5 V que fournit un élément de pile sèche. Bien que l'emploi d'une pile de tension plus élevée permette de compenser partiellement l'inconvénient des chutes de tension dans les diodes, on retombe dans l'inconvénient d'un coût élevé. De plus, ces circuits utilisent un nombre important de condensateurs et de nombreuses connexions doivent être établies avec le circuit intégré.
    On connaît, par la demande de brevet FR N° 2165159, un circuit multiplicateur de tension dont le principe consiste à charger à l'aide d'une tension E une pluralité de N condensateurs en parallèle, puis à les décharger en série, et en série avec la source E, ce qui fournit un potentiel valant (N+ 1)-E. Avec trois condensateurs, on réalise ainsi un quadrupleur de tension fournissant un potentiel de sortie de 4E, lequel charge progressivement un quatrième condensateur ou condensateur de stockage.
CH259376A 1975-03-03 1976-03-02 CH618836A (fr)

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