DE10231158A1 - Gleichspannungswandler - Google Patents

Gleichspannungswandler

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Bradley D Winick
Robert B Smith
David R Maciorowski
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Abstract

Ein Gleichspannungswandler weist eine Steuerung, zwei Schalter, einen Transformator und zwei Gleichrichterdioden auf. Der Transformator weist eine erste Wicklung, eine zweite Wicklung und einen mittigen Abgriff auf. Zwischen dem mittigen Abgriff und Masse ist eine Eingangsspannung angelegt. Eine Anode jeder Diode ist mit den äußeren Enden der beiden Wicklungen verbunden, und die Kathoden der beiden Dioden sind miteinander verbunden, um bezüglich der Masse einen positiven Ausgang bereitzustellen. Jeder Schalter ist zwischen ein äußeres Ende einer Wicklung und Masse geschaltet. Die Steuerung erzeugt Steuersignale, um die Schalter für begrenzte Zeiträume in Gegenphasigkeit ein- und auszuschalten, um die äußeren Enden der ersten und der zweiten Wicklung abwechselnd mit Masse zu verbinden, um zu bewirken, daß ein Strom abwechselnd in einer der Wicklungen fließt und in der anderen Wicklung eine Spannung induziert, die zusätzlich zu der Eingangsspannung vorliegt, wodurch eine Ausgangsspannung bereitgestellt wird, die größer ist als die Eingangsspannung. Der Wandler liefert einen stabilen Betrieb bei einer guten Spannungsregelung über eine breite Palette von Lastbedingungen ohne die Verwendung von Rückkopplung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gleichspannungswandler und insbesondere auf Gleichspannungswandler, die eine größere Ausgangsspannung als Eingangsspannung aufweisen.
  • In der Technik sind Gleichspannungswandler bekannt, die eine Ausgangsspannung erzeugen, die größer ist als die Eingangsspannung. Solche Wandler verwenden Eingangs- und Ausgangskondensatoren, einen Induktor, eine oder mehrere Dioden, einen Schalttransistor und einen Pulsbreitenmodulator, die allgemein durch eine integrierte Schaltung implementiert sind. Solche Wandler erfordern eine gewisse Spannungsrückkopplung, um die Ausgangsspannung zu regeln. Die Spannungsrückkopplungsschleife erfordert zusätzliche Widerstände und Kondensatoren und muß so ausgelegt sein, daß die Ausgangsspannung unter variierenden Lastbedingungen stabil bleibt. Diese bekannten Spannungswandler benötigen üblicherweise weitere externe Teile, um einen weichen Start und eine Stromgrenze bereitzustellen.
  • Beispiele von bekannten Gleichspannungswandlern umfassen eine Sperrschaltung (Flyback-Schaltung) (Fig. 1), eine Sperrschaltung mit einer Transformatorisolierung (Fig. 2) und eine Verstärkungsschaltung (Fig. 3). Sperrschaltungen weisen von Haus aus eine schlechte Spannungsregelung auf. Da keine Rückkopplung vorhanden ist, tendiert die Ausgangsspannung einer Sperrschaltung dazu, sich mit abnehmender Last zu erhöhen, und falls keine Last vorhanden ist, kann die Ausgangsspannung bis auf inakzeptable Pegel ansteigen. Die Sperrschaltung der Fig. 1 beinhaltet eine Rückkopplungsschaltung, um Schwankungen bei der Ausgangsspannung aufgrund von Schwankungen bei der Eingangsspannung und schwankende Lastbedingungen zu kompensieren, wobei ihre Ausgangsspannung bezüglich ihrer Eingangsspannung trotzdem negativ ist, was es erforderlich machen kann, daß der Wandler von Systemmasse isoliert wird.
  • Die Sperrschaltung der Fig. 2 beinhaltet einen Trenntransformator, der das Spannungspolaritätsproblem der Schaltung der Fig. 1 überwindet, sie weist jedoch immer noch im wesentlichen dieselben schlechten Spannungsregelungscharakteristika auf.
  • Die Verstärkungsschaltung der Fig. 3 verwendet eine Serieninduktivität, um zusätzlich zu der Eingangsspannung eine Spannung zu erzeugen. Diese Schaltung weist ebenfalls eine schlechte Spannungsregelung auf und hat überdies den zusätzlichen Nachteil, daß der Serieninduktor so bemessen sein muß, daß er einen Vollaststrom trägt.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gleichspannungswandler mit guter Spannungsregelung zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 1 und gemäß Anspruch 11 gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung ist ein Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler), der keine Rückkopplungsschleife verwendet und dennoch stabil ist, der von einer Nullast zu einer Vollast mit einer guten Spannungsregelung arbeitet und der einen "weichen" Start liefert, indem er an die Last anfänglich eine niedrige Spannung anlegt, die im wesentlichen gleich seiner Eingangsspannung ist, und daraufhin einen gesteuerten (rampenförmigen) Anstieg zu einer vollen Ausgangsspannung bzw. Nennausgangsspannung liefert. Obwohl es mehrere alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gibt, verwendet das bevorzugte Ausführungsbeispiel ein feldprogrammierbares Gatterarray (FPGA), um zwei Pulsbreitenmodulations-Steuersignale (PWM-Steuersignale (PWM = pulse width modulation)), die abwechselnd ein Paar von Halbleiterschaltern, vorzugsweise MOSFETs, zwischen einem leitenden und einem nicht-leitenden Zustand anzusteuern. Jeder der Halbleiterschalter ist zwischen Masse und ein Ende der Wicklung eines Autotransformators geschaltet. Zwischen einem mittigen Abgriff der Autotransformatorwicklung und Masse wird eine Eingangsspannung bereitgestellt. Zwei Gleichrichterdioden sind in einer Konfiguration mit verbundenen Kathoden (Gemeinsam-Kathoden-Konfiguration) vorgesehen, wobei eine Anode jeder Diode mit einem Ende. der Autotransformatorwicklung verbunden ist. Der positive Anschluß des Ausganges ist an der Gemeinsam-Kathoden- Verbindung der Dioden vorgesehen, und der negative Anschluß an Masse.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 ein Diagramm einer Sperrschaltung;
  • Fig. 2 ein Diagramm einer Sperrschaltung mit einem Trenntransformator;
  • Fig. 3 ein Diagramm einer Verstärkungsschaltung;
  • Fig. 4 ein Diagramm eines Spannungswandlers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • Fig. 5 eine Darstellung von Steuersignalen, die durch die Steuerung in dem Spannungswandler der Fig. 4 erzeugt werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist ein Gleichspannungswandler, der eine Ausgangsspannung liefert, die höher ist als seine Eingangsspannung. Nominal beträgt seine Ausgangsspannung das Doppelte seiner Eingangsspannung, so daß dieser Spannungswandler als Spannungsverdoppler bezeichnet werden kann. Der Wandler der vorliegenden Erfindung arbeitet zufriedenstellend bei einer Nullast oder bei einer schwankenden Last. Seine Ausgangsspannung ist inhärent stabil. Überdies arbeitet die vorliegende Erfindung ohne eine Rückkopplungsschleife. Komponenten, die ansonsten benötigt werden, um eine Rückkopplungsschleife bereitzustellen, sind nicht erforderlich, was zu Einsparungen bei den Kosten von Komponenten und damit in Zusammenhang stehenden Kosten führt.
  • Fig. 4 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel des Gleichspannungswandlers der vorliegenden Erfindung. Der Wandler 402 weist eine Steuerung 404, einen Autotransformator 406 und zwei Schalter 408 und 410 auf. Die Schalter 408 und 410 sind zwischen die äußeren Enden von Wicklungen 416 und 418 des Autotransformators 406 und Masse geschaltet, bei 428 und 430 angegeben.
  • Die Steuerung 404 kann eine beliebige Steuerung sein, die konfiguriert ist, um die entsprechenden Steuersignale zu erzeugen, um zu bewirken, daß die Schalter 408 und 410 zwischen leitfähigen und nicht-leitfähigen Zuständen kommutieren. Vorzugsweise ist die Steuerung 404 ein feldprogrammierbares Gatterarray (FPGA), das konfiguriert ist, um ein erstes Steuersignal (PWM1) zu erzeugen, um den Schalter 408 zu steuern, und ein zweites Steuersignal (PWM2), um den Schalter 410 zu steuern.
  • In seiner einfachsten Konfiguration kann der Transformator 406 ein Autotransformator mit einem mittigen Abgriff und einer einzigen Wicklung sein. Alternativ dazu kann ein Transformator mit zwei Wicklungen, der Wicklungen 416 und 418 aufweist, die ein Wicklungsverhältnis von 1 : 1 aufweisen, äquivalent als Autotransformator mit demselben Ergebnis verbunden sein. Komplexere Wicklungskombinationen können verwendet werden, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die beträchtlich größer ist als zweimal die Eingangsspannung. Ein beispielhafter Transformator zur Verwendung als Transformator 406 ist der von Coiltronics hergestellte Transformator der Marke Versa Pak, Modell VP4-0047. Dieser bestimmte Transformator weist sechs Wicklungen auf, die in einer Mehrzahl von Konfigurationen verbunden sein können, um ausgewählte Ausgangsspannungen bereitzustellen.
  • Vorzugsweise sind die Schalter 408 und 410 N-Kanal- Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren eines verbesserten Modus (enhanced mode) (MOSFETs) 420 bzw. 422. Jedoch können auch bipolare Transistoren, bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (IGBTs - insulated gate bipolar transistors), andere FETs und andere Schalter verwendet werden.
  • (Die) Gleichrichterdioden 402 und 404 ermöglichen, daß Strom in einer Richtung fließt, von dem Transformator 406 zu dem Ausgang V-OUT. Fachleuten wird einleuchten, daß durch ein Umkehren der Polarität der Dioden 402 und 404 die Polarität der Eingangs- und Ausgangsspannung umgekehrt wird. Bei jeder der beiden Polaritätskonfigurationen verhindern die Gleichrichterdioden 402 und 404 effektiv einen umgekehrten Stromfluß von V-OUT zurück zu dem Transformator 406.
  • Der Gleichspannungswandler 402 erzeugt eine Ausgangsspannung, die im wesentlichen das Doppelte seiner Eingangsspannung beträgt, und ist wie folgt aufgebaut.
  • Die Steuerung 404 liefert ein erstes Steuersignal (PWM1), das über einen ersten Treiber 424 mit dem Gate des MOSFET 420 verbunden ist, und ein zweites Steuersignal (PWM2), das über einen zweiten Treiber 426 mit dem Gate des MOSFET 422 verbunden ist. Die Source des MOSFET 420 ist bei 428 mit Masse verbunden, und die Source des MOSFET 422 ist bei 430 mit Masse verbunden. Der Drain des MOSFET 420 ist mit der Anode der Gleichrichterdiode 412 und dem äußeren Ende der Wicklung 416 des Transformators 406 verbunden. Der Drain des MOSFET 422 ist mit der Anode der zweiten Gleichrichterdiode 404 und mit dem äußeren Ende der Wicklung 418 des Transformators 406 verbunden.
  • Die inneren Enden der Wicklungen 416 und 418 sind miteinander verbunden, um effektiv einen Autotransformator zu bilden, der eine einzige Wicklung mit einem mittigen Abgriff aufweist. Die positive Anschlußleitung des Eingangs ist mit dem mittigen Abgriff verbunden, und die negative Anschlußleitung des Eingangs ist bei 434 mit Masse verbunden. Zwischen den mittigen Abgriff und Masse ist bei 438 ein Eingangsfilterkondensator 432 geschaltet.
  • Die Kathoden der Gleichrichterdioden 412 und 414 sind miteinander verbunden und stellen die positive Ausgangsanschlußleitung des Wandlers 402 bereit. Ein Ausgangsfilterkondensator 436 weist einen Anschluß auf, der mit der positiven Ausgangsanschlußleitung verbunden ist, und sein anderer Anschluß ist bei 438 mit Masse verbunden. V-OUT tritt über die positive Ausgangsanschlußleitung und Masse auf.
  • Der Ausgangskondensator 436 ist bemessen, um eine Welligkeit bei V-OUT zu verringern und um eine Verweilzeit zu liefern. Der Eingangskondensator 432 ist bemessen, um eine Welligkeit bei V-IN zu absorbieren und ein Rauschen zu verringern. Ein Trennschalter oder eine Sicherung (nicht gezeigt) kann zwischen V-IN und dem Eingangskondensator 432 vorhanden sein, um den Wandler 402 im Falle eines Kurzschlusses oder einer inakzeptablen Erhöhung des Stroms von V-IN zu schützen.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 arbeitet der Spannungswandler 402 wie folgt. Bei einem ersten Beispiel beträgt V- IN 12 Volt, die Wiederholungsfrequenz der Steuersignale PWM1 und PWM2 beträgt 200 Kilohertz, und es wird kein weicher Start eingeleitet. Die Steuerung 404 erzeugt 1,5 Mikrosekunden (µs) lang PWM1 bei 3,3 Volt. PWM1 wird durch den Treiber 424 zu einem 12-Volt-Signal verstärkt, das den MOSFET 420 1,5 µs lang einschaltet und daraufhin den MOSFET 420 ausschaltet. Wenn der MOSFET 420 eingeschaltet ist, werden +12 Volt an der Wicklung 416 angelegt, wobei der mittige Abgriff bezüglich des Drains des MOSFET 420 positiv ist. Der sich ergebende Stromfluß induziert eine Spannung V2 in der Wicklung 418 des Transformators 406. Bei einem Wicklungsverhältnis von 1 : 1 zwischen der Wicklung 418 und der Wicklung 416 beträgt die an der Wicklung 418 auftretende Spannung V2 +12 Volt und liegt zusätzlich zu V1 vor, wie durch die Punkte an den Wicklungen 416 und 418 angezeigt ist. Das Ergebnis besteht darin, daß die Spannung an dem Drain des MOSFET 422 in bezug auf den Drain des MOSFET 420 (der sich im wesentlichen bei Massepotential befindet, wenn der MOSFET 420 leitend ist) +24 Volt beträgt, was durch V3 angegeben ist.
  • Die Steuerung 404 wartet 1 µs, nachdem PWM1 zu null Volt zurückgekehrt ist, und erzeugt daraufhin 1,5 µs lang PWM2 bei 3,3 Volt. PWM2 wird durch den Treiber 426 zu einem 12- Volt-Signal verstärkt, das den MOSFET 422 1,5 µs lang einschaltet und daraufhin den MOSFET 422 ausschaltet. Wenn der MOSFET 422 eingeschaltet, oder leitend, ist, werden an der Wicklung 418 +12 Volt angelegt, wobei der mittige Abgriff in bezug auf den Drain des MOSFET 422 positiv ist. Der sich ergebende Stromfluß induziert eine Spannung V1 in der Wicklung 416 des Transformators 406. Bei einem Wicklungsverhältnis von 1 : 1 zwischen der Wicklung 416 und der Wicklung 418 beträgt die an der Wicklung 416 auftretende Spannung V1 +12 Volt und liegt zusätzlich zu V2 vor, was durch die Punkte an den Wicklungen 416 und 418 angezeigt ist. Das Ergebnis ist, daß die Spannung an dem Drain des MOSFET 420 in bezug auf den Drain des MOSFET 422 (der sich im wesentlichen bei Massepotential befindet, wenn der MOSFET 422 leitend ist) +24 Volt beträgt, durch V3 angegeben. Nach einer weiteren Verzögerung von 1 µs schaltet PWM1 den MOSFET 420 ein, und die vorstehende Sequenz wird wiederholt.
  • Man wird verstehen, daß die periodische Wiederholung des soeben beschriebenen Vorgangs dazu führt, daß +24 Volt bei einer Rate von 200 Kilohertz abwechselnd an die Anoden der Dioden 412 und 414 angelegt werden. Die Dioden 412 und 414arbeiten als Halbwellengleichrichter zusammen, um an ihrer gemeinsamen Kathodenverbindung und an dem Ausgangskondensator 436 bei einer Rate von 400 Kilohertz +24-Volt-Pulse bereitzustellen.
  • Man sollte beachten, daß die Ausgangsspannung bei dem vorstehenden Beispiel aufgrund der Widerstandseffekte in den Wicklungen 416 und 418 und aufgrund des Durchlaßspannungsabfalls der Dioden 412 und 414 keine volle 24 Volt beträgt. Man sollte ferner beachten, daß die Wiederholungsfrequenz und die Dauer der Ein- und Ausschaltzeiten so gewählt werden können, daß sie sich von dem obigen Beispiel unterscheiden. Eine Überlegung beim Auswählen dieser Parameter ist der Magnetkreis des Transformators 406. Die Parameter sollten so ausgewählt werden, daß der Kern des Transformators 406 nicht bis zur Sättigung getrieben wird. Die Effekte einer mit dem Transformator 406 zusammenhängenden parasitären Induktivität und Kapazität und einer mit den Dioden 412 und 414 zusammenhängenden parasitären Kapazität sollten ebenfalls in Betracht gezogen werden.
  • Bei einem weiteren Beispiel verzögert die Steuerung 404 unter Durchführung eines "weichen" Starts die Erzeugung von PWM1 und PWM2 bis einige Zeit nachdem V-IN an die Eingangsanschlüsse angelegt wurde. Ohne daß PWM1 und PWM2 erzeugt werden, bleiben sowohl der MOSFET 420 als auch der MOSFET 422 "ausgeschaltet", so daß keines der beiden äußeren Enden der Wicklungen 416, 418 mit Masse verbunden ist. Folglich wird durch die Reihenkombination der Wicklung 416 und der Diode 412, die parallel zu der Reihenkombination der Wicklung 418 und der Diode 414 arbeiten, V-IN an den Ausgang angelegt. Somit wird der anfängliche Einschaltstrom zu der Last zwischen den Wicklungen 416 und 418 und den Dioden 412 und 414 geteilt. Wiederum sollte man beachten, daß aufgrund des Gleichstromwiderstands der Wicklungen 416 und 418 und des Durchlaßspannungsabfalls der Dioden 412 und 414 die Ausgangsspannung V-OUT unter diesen Umständen etwas niedriger ist als die Eingangsspannung V-IN.
  • Nach einer kurzen zeitlichen Verzögerung wird der weiche Start durch die Steuerung 404 fortgesetzt, die PWM1 und PWM2 im Vergleich zu ihren "Ausschalt"-Zeiten mit minimalen "Einschalt"-Zeiten startet und anschließend Schritt für Schritt die "Einschalt"-Zeiten erhöht und die "Ausschalt"- Zeiten verringert. Unter Verwendung des früheren Beispiels einer Wiederholungsfrequenz von 200 Kilohertz für PWM1 und PWM2 beträgt die Wiederholungsperiode 5 µs. Somit können PWM1 und PWM2 beispielsweise mit einer "Einschalt"-Zeit von 0,5 µs und einer "Ausschalt"-Zeit von 4,5 µs eingeleitet werden. Da diese beiden Steuersignale um 180 Grad phasenverschoben eingeleitet werden, kann man sich PWM1 so vorstellen, daß es bei t = 0 von niedrig zu hoch übergeht, bis t = 0, 5 µs hoch bleibt und daraufhin zu niedrig übergeht. PWM2 wird bei t = 2,5 µs von niedrig zu hoch übergehen (eine halbe Periode, nachdem PWM1 von niedrig zu hoch überging), bis t = 3,0 µs hoch bleiben und daraufhin zu niedrig übergehen.
  • Als nächster Schritt bei dem weichen Start kann die Steuerung 404 die "Einschalt"- und "Ausschalt"-Zeiten von PWM1 und PWM2 auf 1,0 µs "ein"- und 1,5 µs "aus" einstellen und kann nach einer weiteren zeitlichen Verzögerung die "Einschalt"- und "Ausschalt"-Zeiten von PWM1 und PWM2 auf 1,5 µs bzw. 1,0 µs einstellen. Auf diese Weise kann die Ausgangsspannung auf "weiche" Weise von einem Wert, der im wesentlichen gleich der Eingangsspannung ist, zu der Nennspannung angehoben werden, die die zuvor erwähnten Entwurfsüberlegungen erlauben.
  • Der Spannungswandler der vorliegenden Erfindung ist besonders nützlich beim Betreiben einer Gruppe von Ventilatoren, die ungefähr 20 Volt oder mehr von einem 12-Volt-Bus benötigen. Durch ein anfängliches Anregen der Ventilatoren auf dem Niveau von 12 Volt wird der Einschaltstromstoß verringert, was wiederum den Abfall an dem 12-Volt-Bus minimiert. Durch ein Einleiten von PWM1 und PWM2 und ein Variieren des Verhältnisses ihrer "Einschalt"-Zeiten und ihrer "Ausschalt"-Zeiten, wie oben beschrieben, werden die Ventilatoren anschließend auf weiche Weise zu einer Nennbetriebsspannung gebracht, wobei Spannungsstöße, die während eines harten Starts auftreten würden, vermieden werden.
  • Fachleute werden anerkennen, daß die Spannungspolarität des Gleichspannungswandlers der vorliegenden Erfindung durch ein bloßes Umkehren der Polarität der Dioden 412 und 414 umgekehrt werden kann. Dies kehrt die Polarität der Eingangsspannung V-IN und die Polarität der Ausgangsspannung V-OUT ausgehend von dem beispielhaften Ausführungsbeispie l der Fig. 4 um.
  • Man wird ferner anerkennen, daß die bei dem vorstehenden Beispiel beschriebenen Pulsbreiten, Zeitperioden und Wiederholungsfrequenzen beispielhaft sind und daß auch andere Pulsbreiten, Zeitperioden und Frequenzen verwendet werden können, ohne von der hierin beschriebenen und beanspruchten Erfindung abzuweichen.

Claims (17)

1. Gleichspannungswandler (402), der folgende Merkmale aufweist:
einen Eingang (V-IN), der einen ersten Anschluß und
einen zweiten Anschluß aufweist;
einen Ausgang (V-OUT), der einen ersten Anschluß und
einen zweiten Anschluß aufweist;
einen Transformator (406), der eine erste Wicklung (416, 418) und eine zweite Wicklung (418, 416) aufweist, wobei jede Wicklung ein erstes und ein zweites Ende aufweist;
wobei das erste Ende jeder Wicklung mit dem ersten Anschluß des Eingangs (V-IN) verbunden ist;
eine erste und eine zweite Gleichrichterdiode (412, 414), wobei jede Diode einen ersten Anschluß und einen zweiten Anschluß aufweist;
wobei der erste Anschluß der ersten Diode (412, 414) mit dem zweiten Ende der ersten Wicklung (416, 418) verbunden ist;
wobei der erste Anschluß der zweiten Diode (414, 412) mit dem zweiten Ende der zweiten Wicklung (418, 416) verbunden ist;
wobei der zweite Anschluß jeder Diode mit dem ersten Anschluß des Ausgangs (V-OUT) verbunden ist;
einen ersten und einen zweiten Schalter (408, 410), die als Antwort auf Steuersignale ein- und ausgeschaltet werden, wobei ein jeweiliger Schalter zwischen das zweite Ende der ersten oder der zweiten Wicklung des Transformators (406) und den zweiten Anschluß des Ausgangs geschaltet ist; und
eine Steuerung (404) zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Steuersignals zum Steuern des ersten und des zweiten Schalters (408, 410), um mit einer ausgewählten Wiederholungsfrequenz abwechselnd ein- und auszuschalten.
2. Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 1, der ferner einen Kondensator (432) aufweist, der zwischen den ersten und den zweiten Anschluß des Eingangs geschaltet ist.
3. Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 1 oder 2, der ferner einen Kondensator (436) aufweist, der zwischen den ersten und den zweiten Anschluß des Ausgangs geschaltet ist.
4. Gleichspannungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der zweite Anschluß des Ausgangs und der zweite Anschluß des Eingangs gemeinsam sind.
5. Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 4, bei dem der erste Anschluß des Eingangs und der erste Anschluß des Ausgangs in bezug auf die gemeinsamen zweiten Anschlüsse positiv sind.
6. Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 4 oder 5, bei dem der erste Anschluß des Eingangs und der erste Anschluß des Ausgangs in bezug auf die gemeinsamen zweiten Anschlüsse negativ sind.
7. Gleichspannungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der erste und der zweite Schalter (408, 410) Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (420, 422) aufweisen.
8. Gleichspannungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Steuerung (404) ein feldprogrammierbares Gatterarray aufweist.
9. Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 8, der einen zwischen das feldprogrammierbare Gatterarray und den ersten Schalter (408, 410) geschalteten ersten Treiber (424, 426) und einen zwischen das feldprogrammierbare Gatterarray und den zweiten Schalter (410, 408) geschalteten zweiten Treiber (426, 424) aufweist.
10. Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 9, bei dem die Schalter (408, 410) Metalloxid-Halbleiter- Feldeffekttransistoren (420, 422) sind und das erste und das zweite Steuersignal mit den Gates (G) derselben verbunden sind.
11. Gleichspannungswandler (402), der einen Eingang und einen Ausgang mit einer gemeinsamen Masse aufweist und der folgende Merkmale aufweist:
einen Autotransformator, der eine Wicklung (416, 418) aufweist, wobei die Wicklung zwei Enden und einen mittigen Abgriff aufweist;
zwei Gleichrichterdioden (412, 414), die in einer gemeinsamen Kathodenkonfiguration verbunden sind, wobei die Anode jeder Diode (412, 414) mit einem der Enden der Wicklung (416, 418) verbunden ist;
zwei Schalter (408, 410), wobei jeder der Schalter zwischen eines der Enden der Wicklung (416, 418) und Masse geschaltet ist;
eine Steuerung (404) zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Steuersignals zum Steuern des ersten und des zweiten Schalters (408, 410), um mit einer vorausgewählten Wiederholungsfrequenz abwechselnd ein- und auszuschalten;
wodurch eine Eingangsspannung (V-IN), die zwischen dem mittigen Abgriff der Wicklung und Masse angelegt ist, an einem Ausgang zwischen den gemeinsamen Kathoden der Gleichrichterdioden (412, 414) und Masse im wesentlichen verdoppelt wird.
12. Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 11, der ferner einen zwischen den mittigen Abgriff und Masse geschalteten Kondensator (432) aufweist.
13. Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 11 oder 12, der ferner einen zwischen die gemeinsamen Kathoden der Gleichrichterdioden (412, 414) und Masse geschalteten Kondensator (436) aufweist.
14. Gleichspannungswandler gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, der ferner einen zwischen das feldprogrammierbare Gatterarray (404) und den ersten Schalter (408, 410) geschalteten ersten Treiber (424, 426) und einen zwischen das feldprogrammierbare Gatterarray (404) und den zweiten Schalter (410, 408) geschalteten zweiten Treiber (426, 424) aufweist.
15. Gleichspannungswandler gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem das erste und das zweite Steuersignal Pulsbreitenmodulationssignale sind und durch die Steuerung (404) bei einer vorbestimmten Wiederholungsfrequenz und in Gegenphasigkeit zueinander erzeugt werden.
16. Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 14 oder 15, bei dem die Einschalt- und Ausschaltzeiten der Pulsbreitenmodulationssignale durch die Steuerung (404) gesteuert werden.
17. Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 15 oder 16, bei dem die Steuerung, um einen weichen Start zu bewirken, die Phasenbreitenmodulationssignale anfänglich so erzeugt, daß sie in bezug auf die Ausschaltzeiten kurze Einschaltzeiten aufweisen, und die Einschaltzeiten inkremental erhöht und die Ausschaltzeiten vermindert.
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