CS269294B1

CS269294B1 - Connection of a stabilized pulse capacitor voltage doubler

Info

Publication number: CS269294B1
Application number: CS883979A
Authority: CS
Inventors: Jiri Kristen; Daniel Huraj
Original assignee: Jiri Kristen; Daniel Huraj
Priority date: 1985-10-11
Filing date: 1988-06-08
Publication date: 1990-04-11
Also published as: CS397988A1

Abstract

Řešení se týká převodu stejnosměrné napájecí hladiny na stejnosměrné napětí dvojnásobné velikosti; převod probíhá se stálým napětím ve stanovených proudových mezích. Zapojení je uspořádáno tak, že první vstupní napájecí svorka je připojena k emitoru vybíjecího tranzistoru a paralelně k anodě nabíjecí diody, jejíž katoda je připojena k anodě vybíjecí diody a paralelně k prvnímu přívodu přenosového kondenzátoru, jehož druhý přívod je připojen ke kolektoru vybíjecího tranzistoru a paralelně ke kolektoru nabíjecího tranzistoru, jehož emitor je připojen k druhé vstupní napájecí svorce, k druhému přívodu výstupního kondenzátorů, k druhé výstupní napájecí svorce a k druhému napěťovému vetupu řídicího impulsního generátoru, jehož první napětový vstup je připojen k první výstupní napájecí svorce, k prvnímu přívodu výstupního kondenzátorů a ke katodě vybíjecí diody, přičemž báze nabíjecího tranzistoru je připojena k prvnímu výstupu řídicího impulsního generátoru, jehož druhý výstup je připojen k bázi vybíjecího tranzistoru.The solution concerns the conversion of a DC supply level to a DC voltage of double the size; the conversion takes place with a constant voltage within the specified current limits. The connection is arranged so that the first input supply terminal is connected to the emitter of the discharge transistor and in parallel to the anode of the charging diode, the cathode of which is connected to the anode of the discharge diode and in parallel to the first lead of the transfer capacitor, the second lead of which is connected to the collector of the discharge transistor and in parallel to the collector of the charging transistor, the emitter of which is connected to the second input supply terminal, to the second lead of the output capacitors, to the second output supply terminal and to the second voltage input of the control pulse generator, the first voltage input of which is connected to the first output supply terminal, to the first lead of the output capacitors and to the cathode of the discharge diode, while the base of the charging transistor is connected to the first output of the control pulse generator, the second output of which is connected to the base of the discharge transistor.

Description

Vynález se týká zapojení stabilizovaného impulsního kapacitního zdvojovače napětí určeného pro malé odběry proudu. Stabilizovaný impulsní kapacitní zdvojovač převádí stejnosměrnou napájecí hladinu na stejnosměrné napětí odliSné velikosti s vysokou účinností převodu a stálým napětím ve stanovených proudových mezích.The invention relates to the connection of a stabilized impulse capacitive voltage doubler intended for small current consumption. The stabilized pulse capacitive doubler converts the DC supply level to a DC voltage of different magnitude with high conversion efficiency and constant voltage within specified current limits.

Impulsní zdvojovače jsou často realizovány obvody s· indukčnostmi ať již ve stabilizované. nebo nestabilizované podobě. Indukčnost v obvodu vede k užití nestandardně dodávané součástky, která musí být většinou realizována až u výrobce finálního zařízení. V případě požadavku malého odebíraného proudu tuto nevýhodu umožňují odstranit impulsní kapacitní zdvojovače. Dosud užívaná zapojení impulsních.kapacitních zdvojovačů umožňují převádět hladiny různých velikostí násobením vstupního napětí pomocí přepínaného přenosového kondenzátoru. Transformace napětí impulsním kapacitním zdvojovačem je prováděna přenosem náboje na výstupní kondenzátor, ze kterého je odebírán výstupní proud, proto se impulsní kapacitní zdvojovač chová jako napěťový zdroj s velkým vnitřním odporem. Snížení vnitřního odporu lze dosáhnout zvětšením kapacity kondensátorů nebo zvýšením frekvence zdvojovače. V prvém případě dochází k nadměrnému vzrůstu rozměrů impulsního kapacitního zdvojovače a v druhém případě jsou užité součástky zatěžovány častými změnami elektrických hodnot, což vede k snížení účinnosti zdvojovače.Impulse doublers are often realized by circuits with inductances, whether stabilized. or unstabilized form. Inductance in the circuit leads to the use of a non-standard supplied component, which usually has to be implemented at the manufacturer of the final device. If a small current consumption is required, this disadvantage can be eliminated by pulse capacitive doublers. Previously used pulse capacity doubler connections make it possible to convert levels of different sizes by multiplying the input voltage by means of a switched transfer capacitor. The voltage transformation by the pulse capacitive doubler is performed by transferring the charge to the output capacitor, from which the output current is taken, therefore the pulse capacitive doubler behaves as a voltage source with a large internal resistance. Reducing the internal resistance can be achieved by increasing the capacity of the capacitors or by increasing the frequency of the doubler. In the first case, the dimensions of the impulse capacitive doubler increase excessively, and in the second case, the components used are loaded by frequent changes in electrical values, which leads to a reduction in the efficiency of the doubler.

Tyto nedostatky odstraňuje zapojení stabilizovaného impulsního zdvojovače napětí podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že první vstupní napájecí svorka je připojena k emitoru vybíjecíhp tranzistoru a paralelně k anodě nabíjecí diody, jejíž katoda je připojena k anodě vybíjecí diody a paralelně k prvnímu přívodu přenosového kondenzátoru, jehož druhý přívod je připojen ke kolektoru vybíjecího tranzistoru a paralelně ke kolektoru nabíjecího tranzistoru, jehož emitor je připojen k druhému přívodu výstupního kondenzátoru, k druhé výstupní napájecí svorce, k druhému přívodu výstupního kondenzátoru, k druhé výstupní napájecí svorce a druhému napěťovému vstupu řídicího impulsního generátoru, jehož první napěťový vstup je připojen k první výstupní napájecí svorce, k prvnímu přívodu výstupního kondenzátoru a ke katodě vybíjecí diody. Báze nabíjecího tranzistoru je připojena k prvnímu výstupu řídicího impulsního generátoru, jehož druhý výstup je připojen k bázi vybíjecího tranzistoru.These shortcomings are eliminated by the connection of the stabilized pulse voltage doubler according to the invention, the essence of which consists in the first input supply terminal being connected to the emitter of the discharge transistor and parallel to the anode of the charging diode, the cathode of which is connected to the anode of the discharge diode and , the second lead of which is connected to the collector of the discharge transistor and in parallel to the collector of the charging transistor whose emitter is connected to the second lead of the output capacitor, the second output supply terminal, the second output capacitor, the second output supply terminal and the second voltage input of the control pulse. a generator, the first voltage input of which is connected to the first output supply terminal, to the first supply of the output capacitor and to the cathode of the discharge diode. The base of the charging transistor is connected to the first output of the control pulse generator, the second output of which is connected to the base of the discharge transistor.

Výhodou zapojení je skutečnost, že napěťově řízený generátor proměnné frekvence nebo proměnného poměru střídy impulsů ovládající impulsní kapacitní zdvojovač je zapojen do zpětné vazby tak, že umožňuje vyrovnávat poměry na zdvojovače ve smyslu udržení konstantního napětí pro širokou změnu odebíraného proudu až po mezní výstupní proud. Tím získá stabilizovaný impulsní kapacitní zdvojovač charakter napěťového zdroje, s malým vnitřním odporem. Možná zapojení nadto umožňují převádět napěťové hladiny v širokém rozsahu a zvyšovat napětí. Současně se zavedenou vazbou dochází k efektivnějšímu využívání součástek obvodu při zachované vysoké účinnosti převodu.The advantage of the connection is that the voltage-controlled variable frequency or variable pulse ratio ratio generator controlling the pulse capacitive doubler is connected to the feedback so as to allow equalizer ratios to maintain a constant voltage for a wide change in current consumption up to the limit output current. This gives the stabilized pulse capacitive doubler the character of a voltage source, with low internal resistance. In addition, the possible connections make it possible to convert voltage levels over a wide range and to increase the voltage. Simultaneously with the established coupling, there is a more efficient use of circuit components while maintaining high transmission efficiency.

Na připojeném výkresu je znázorněn příklad zapojení stabilizovaného impulsního kapacitního zdvojovače napětí. První vstupní napájecí svorka 011 je připojena k emitoru 611 vybíjecího tranzistoru 6 a paralelně k anodě 411 nabíjecí diody £, jejíž katoda 421 je připojena k anodě 511 vybíjecí diody 2 a paralelně k prvnímu přívodu 711 přenosového kondenzátoru 2, jehož druhý přívod 711 přenosového kondenzátoru 2» jehož druhý přívod 712 je připojen kfe kolektoru 621 vybíjecího tranzistoru 6 a paralelně ke kolektoru 321 nabíjecího tranzistoru 2, jehož emitor 311 je připojen k druhé vstupní napájecí svorce 012. k druhému přívodu 812 výstupního kondenzátoru 8, k druhé výstupní napájecí svorce 022 a k druhému napěťovému vstupu 212 řídicího impulsního generátoru 2, jehož první napěťový vstup 211 je připojen k první výstupní napájecí svorce 021 a k prvnímu přívodu 811 výstupního kondenzátoru 8 a k anodě 521 vybíjecí diody 2· Báze 312 nabíjecího tranzistoru 2 je připojena k prvnímu výstupu 221 řídicího impulsního generátoru 2, jehož druhý výstup 222 je připojen k bázi 612 vybíjecího tranzistoru 6.The attached drawing shows an example of the connection of a stabilized pulse capacitive voltage doubler. The first input supply terminal 011 is connected to the emitter 611 of the discharge transistor 6 and in parallel to the anode 411 of the charging diode 6, the cathode 421 of which is connected to the anode 511 of the discharge diode 2 and in parallel to the first lead 711 of the transfer capacitor 2, the second lead 711 of the transfer capacitor 2. The second lead 712 of which is connected to the collector 621 of the discharge transistor 6 and in parallel to the collector 321 of the charging transistor 2, the emitter 311 of which is connected to the second input power terminal 012, the second lead 812 of the output capacitor 8, the second output power terminal 022 and the second to the voltage input 212 of the control pulse generator 2, the first voltage input 211 of which is connected to the first output supply terminal 021 and to the first supply 811 of the output capacitor 8 and to the anode 521 of the discharge diode 2. , the second output 222 of which is connected to the base 612 of the discharge transistor 6.

Funkce zapojení podle vynálezu je následující:The connection function according to the invention is as follows:

Pracovní cyklus je rozložen do dvou fází. Jejich řízením se ovlivňuje velikost výsled2 CS 269 294 Bl něho napití. Po připojení napájecího napití k první vstupní napájecí svorce Oil a k dru» hé vstupní napájecí svorce 012 je přes nabíjecí diodu £ a vybíjecí diodu £ nabit výstupní kondensátor 8, a to na velikost vstupního napití. V první fázi pracovního cyklu se nabíjí přenosový kondensátor 2, který je elektronickým přepínačem připojen ke zdroji vstupního napití, a to paralelně přes otevřenou nabíjecí diodu £ a přes otevřený nabíjecí tranzistor J. Jakmile je přenosový kondensátor 2 nabit na určitou základní hodnotu, uzavře se nabíjecí tranzistor J. Tím se ukončí první fáze pracovního cyklu. Otevřením vybíjecího tranzistoru 6 začíná jeho druhá fáze. V jejím průběhu se přenosový kondensátor 2 připojí přes vybíjecí transistor 6 k první vstupní napájecí svorce 011. tím se opačný přívod přenosového kondensátoru 2 ocitne napěťově nad potenciálovou úrovní první vstupní napájecí svorky Oil a napitím se uzavře nabíjecí dioda £ a otevře se vybíjecí dioda 2· Vznikne sériové spojení napájecího zdroje, u přenosového kondensátoru 2 ^a výstupního kondensátoru 8; ten je nabíjen na vyšší napití. Jednotlivé fáze pracovního cyklu se střídají podle toho, jak je řídicím impulsním generátorem 2 ovládán nabíjecí tranzistor 2 a vybíjecí tranzistor 6. Řídicí impulsní generátoř 2 je nastaven tak, že stoupajícím napitím na výstupním kondensátoru 8 odpovídá zvyšující se počet impulsů pro jeho nabíjeníj tyto impulsy generuje řídicí impulsní generátor 2 na svém prvním výstupu 221 a druhém výstupu 222. Po dosažení nastaveného napětí je přenos z řídicího impulsního generátoru 2 omezován, a tím ae na první výstupní napájecí svorce 021 a druhé výstupní napájecí svorce .022 udržuje konstantní napětí.The work cycle is divided into two phases. Their control affects the magnitude of the result2 CS 269 294 B1. After connecting the supply voltage to the first input supply terminal Oil and to the second input supply terminal 012, the output capacitor 8 is charged to the magnitude of the input voltage via the charging diode £ and the discharge diode £. In the first phase of the operating cycle, the transfer capacitor 2, which is connected to the input power supply by an electronic switch, is charged in parallel via an open charging diode £ and via an open charging transistor J. Once the transfer capacitor 2 is charged to a certain basic value, the charging transistor J. This completes the first phase of the duty cycle. By opening the discharge transistor 6, its second phase begins. During this, the transfer capacitor 2 is connected via the discharge transistor 6 to the first input supply terminal 011. This causes the opposite supply of the transfer capacitor 2 to be above the potential level of the first input supply terminal Oil and the charging diode 6 is closed and the discharge diode 2 is opened. A serial connection of the power supply is established, at the transfer capacitor 2 ^{and the} output capacitor 8; it is charged to a higher voltage. The individual phases of the duty cycle alternate according to how the control pulse generator 2 controls the charging transistor 2 and the discharging transistor 6. The control pulse generator 2 is set so that the rising voltage on the output capacitor 8 corresponds to an increasing number of pulses to charge it. the control pulse generator 2 at its first output 221 and the second output 222. After reaching the set voltage, the transmission from the control pulse generator 2 is limited, thereby maintaining a constant voltage at the first output supply terminal 021 and the second output supply terminal .222.

Zapojení stabilizovaného impulsního kapacitního zdvojovače napětí je určeno pro napájení elektronických soustav požadujících malé napájecí proudy. S výhodou umožňuje vy*· tvářet větší počet napájecích hladin různých velikostí a polarit bez možnosti galvanického oddělení při vysoké účinnosti převodu. · -The connection of a stabilized impulse capacitive voltage doubler is intended for powering electronic systems requiring small supply currents. Advantageously, it makes it possible to generate a large number of supply levels of different sizes and polarities without the possibility of galvanic isolation with high transmission efficiency. · -

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Connection of a stabilized pulse capacitive voltage doubler, characterized in that the first input supply terminal (011) is connected to the emitter (611) of the discharge transistor (6) and in parallel to the anode (411) of the charging diode (4) whose cathode (421) is connected to the anode (511) of the discharge diode (5) and in parallel to the first lead (711) of the transfer capacitor (7), the second lead (712) of which is connected to the collector (621) of the discharge transistor (6) and parallel to the collector (321) ) of the charging transistor (3), the emitter (311) of which is connected to the second input supply terminal (012) to the second supply (812) of the output capacitor (8), to the second output supply terminal (022) and to the second voltage input (212) pulse generator C2), whose first voltage input (211) is connected. to the first output supply terminal (021), to the first lead (811) of the output capacitor (8) and to the cathode (521) of the discharge diode (5), the base (312) of the charging transistor (3) being connected to the first output (221) a control pulse generator (2), the second output (222) of which is connected to the base (612) of the discharge transistor (6).