DE19817498B4 - Spannungswandler - Google Patents

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    • 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
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Abstract

Gleichspannungswandler mit einem getakteten Hochsetzsteller zum Erzeugen einer geregelten hohen Ausgangsspannung aus einer niedrigen Gleichspannung, bei dem eine Induktivität (L1) und eine Diode (D2b) in Reihe zwischen eine Gleichspannungsquelle (10) und einen Ladekondensator (C3), zu dem eine Last (12) parallel liegt, geschaltet sind, und in einem Querzweig eine steuerbare Schalteinrichtung (T1) zwischen die Induktivität (L1) und die Diode (D2b) angeschlossen ist, wobei ein den Istwert der Ausgangsspannung repräsentierender Spannungswert am Abgriff (Ausgang) eines Spannungsteilers (R4, R5) erfaßt und einer Spannungserfassungseinrichtung (IC2) zugeführt wird, und wobei die Spannungsquelle (10), die Schalteinrichtung (T1), der Spannungsteiler (R4, R5) und der Ladekondensator (C3) jeweils mit einem Anschluß an Bezugspotential (Masse) liegen, wobei der Spannungsteiler (R4, R5) mit dem der Schalteinrichtung (T1) zugewandten Anschluß der Diode (D2b) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verbindungspunkt der Induktivität (L1) mit der Schalteinrichtung (T1) und den Verbindungspunkt des Spannungsteilers (R4, R5) mit der Diode (D2b) mindestens eine...

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Spannungswandler zum Umwandeln einer geringen Eingangsspannung in eine verglichen dazu hohe Ausgangsspannung, und insbesondere auf einen derartigen Sperrwandler, der zur Ansteuerung von Aktoren mittels Batterien, beispielsweise Knopfzellen, geeignet ist.
  • Mikromechanische Aktoren, beispielsweise piezoelektrische Aktoren, werden in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, bei denen mechanische Verstellungen mit geringen Hüben erforderlich sind. Derartige Aktoren erlauben eine effektive Energieumsetzung und aufgrund ihrer kapazitiven Charakteristik eine leistungsfreie Positionsfixierung. Zur Ansteuerung derartige Aktoren, beispielsweise piezoelektrischer Aktoren oder kapazitiver Aktoren, wird eine hohe Spannung benötigt. Eine solche hohe Spannung kann entweder durch Netztransformatoren oder konventionelle Spannungswandler bereitgestellt werden.
  • Sollen die oben genannten hohen Spannungen zur Betätigung der Aktoren durch eine Batterie bereitgestellt werden, werden vorzugsweise Sperrwandler eingesetzt. Diese bauen während der Leitphase eines elektronischen Schalters, der üblicherweise durch einen Transistor realisiert ist, einen Strom in einer Induktivität auf, der während der Sperrphase dann über einen Ausgangsladekondensator abgebaut wird. Um eine Limitierung der Ausgangsspannung zu erreichen, muß die Ausgangsspannung gemessen und mit einer Referenzspannung verglichen werden. Diese Referenzspannung wird üblicherweise mittels einer Zenerdiode erzeugt. Bei Erreichen des Sollwerts der Ausgangsspannung, die sich über dem Ausgangsladekondensator aufgebaut hat, wird der Wandler abgeschaltet.
  • Zur Messung der Ausgangsspannung wird diese durch einen Spannungsteiler abgegriffen, dessen Innenwiderstand aus technischen Gründen meist nicht über 10 MOhm gesteigert werden kann. Somit wird der Leerlaufstrom eines solchen herkömmlichen Sperrwandlers bei kapazitiver Belastung und einer hohen Ausgangsspannung, die am Ausgangsladekondensator anliegt, maßgeblich durch diesen Spannungsteiler bestimmt. Die Leerlaufströme sind bei herkömmlichen Spannungswandlern so hoch, daß sie für die Batterielebensdauer maßgeblich sind. Die obige Problematik liegt sowohl bei piezoelektrischen Aktoren als auch bei in mikrotechnischen Anwendungen zunehmend eingesetzten kapazitiven Aktoren vor.
  • Neben den Grundschaltungen von Sperrwandlern, wie sie in zahlreichen Lehrbüchern beschrieben sind, ist eine Anzahl weiterer Ausführungsformen bekannt. So ist in der JP 59/ 123461 AA eine Schaltung beschrieben, bei der im Ruhezustand der Wandlerschaltung ein Spannungsteiler, der zur Messung der Ausgangsspannung dient, über einen Schalter abgeschaltet wird. Dieses aktive Schaltelement, das beispielsweise mit einem Relais oder einem High-Side-Transistor realisiert werden kann, muss aktiv durch eine Signalverarbeitungsschaltung angesteuert werden.
  • In der JP 8275511 AA ist eine Schaltung beschrieben, die bei Trennung der Batterieversorgung von einer Prozessorschaltung die Spannung von mehreren, über Dioden entkoppelten Pufferkondensatoren mittels der in einer Spule gespeicherten Energie für eine gewisse Zeit für den Betrieb aufrechterhält. Desweiteren ist in der JP 1/259753 AA eine Schaltung eines Präzisionsspannungswandlers beschrieben, dessen Ausgangsspannung von der Eingangsspannung über einen Transformator getrennt ist. Zusätzlich zur Regelung der gleichgerichteten und geglätteten Ausgangsspannung wird der durch den Ausgangsstrom verursachte Spannungsabfall über einer, einen Rückstrom verhindernden, Diode mittels einer primärstromabhängigen Kompensation ausgeglichen.
  • Aus der nachveröffentlichten DE 19732766 A1 ist ein Gleichspannungswandler bekannt, bei dem zwei Dioden zwischen einen Spannungsteiler, der aus zwei Widerständen gebildet ist, und einen Ladekondensator geschaltet sind. Der Verbindungspunkt einer Induktivität mit einer Schalteinrichtung fällt gemäß dieser Schrift mit dem Verbindungspunkt des Spannungsteilers mit der Diode zusammen.
  • Aus ELECTRONIQUE, Nr. 75, Nov. 1997, Seite 84, ist eine doppelte Ladungspumpe unter Verwendung des ICs "MAX761" der Firma MAXIM bekannt, mit dem besonderen Merkmal, daß die Messung der generierten Spannung offensichtlich zwischen einer Ladespule und einer einem Ladekondensator vorgeschalteten Diode D2 stattfindet, wobei zu diesem Zweck zwei Anschlußpins des ICs kurzgeschlossen sind. Zieht man das Datenblatt des IC "MAX761" heran, stellt man fest, daß die in dem genannten Artikel offenbarte Schaltung nicht funktionsfähig ist.
  • Schließlich sind bei F. Schmeißer, Kräftig und schnell, in Elektronik 8/1984, S. 92–96, piezoelektrische Aktoren beschrieben, zu deren Betätigung Gleichspannungswandler mit einer Energierückspeisung verwendet sind.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Spannungswandler mit einem einfachen Aufbau zum Umwandeln einer geringen Eingangsspannung in eine verglichen dazu hohe Ausgangsspannung insbesondere zur Betätigung eines piezoelektrischen oder kapazitiven Aktors zu schaffen, der bei einem Batteriebetrieb eine verlängerte Lebensdauer der Batterie ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Spannungswandler gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Durch die zwischen den Abgriffpunkt und den Ausgangsladekondensator geschaltete Diode ist ein Abgreifen der am Aus gangsladekondensator vorliegenden Spannung immer nur während Ladephasen des Kondensators möglich, da die Diode eine solche Erfassung während anderer Zeitpunkte verhindert. Somit kann ein Leerlaufstrom über den Spannungsteiler, über den die Spannung abgegriffen wird, immer nur während Ladephasen des Ausgangsladekondensators abfließen, so daß der Energieverbrauch durch den Leerlaufstrom stark reduziert sein kann.
  • Die Schalteinrichtung ist vorzugsweise ein Schalttransistor, über den der Ausgang der Induktivität auf Masse schaltbar ist. Der Transistor wird vorzugsweise mittels einer digitalen Ablaufsteuerung zum Aufladen des Ausgangsladekondensators mittels eines Pulszugs mit konstanter Frequenz angesteuert. Die am Ausgangsladekondensator anliegende Spannung, die über den Spannungsteiler abgegriffen wird, wird vorzugsweise dadurch erfaßt, daß dieselbe mit einer Referenzspannung verglichen wird. Die Referenzspannung wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ebenfalls durch die digitale Ablaufsteuerung über einer Zenerdiode erzeugt. Um eine weitere Energieeinsparung zu liefern, wird die Referenzspannung jeweils nur nach einer vorbestimmten Anzahl von Pulsen des Treibersignals für den Schalttransistor bereitgestellt.
  • Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Entladungseinrichtung vorgesehen, über die der Ausgangsladekondensator mit der Versorgungsspannungsquelle, die die geringe Eingangsspannung zur Verfügung stellt, verbindbar ist, um die im Ausgangsladekondensator gespeicherten Ladungen zur Spannungsversorgungsquelle zurückzuführen. Diese Entladungseinrichtung weist vorzugsweise ebenfalls einen Schalttransistor auf, der über die digitale Ablaufsteuerung gesteuert werden kann, um den Ausgangsladekondensator zu entladen, wenn die digitale Ablaufsteuerung einen Befehl erhält, daß keine Ausgangsspannung mehr erforderlich ist.
  • Wurde durch die Spannungserfassungseinrichtung eine ausreichende Spannung am Ausgangsladekondensator erfaßt, kann die digitale Ablaufsteuerung ferner bewirken, daß zu bestimmten Zeitabständen überprüft wird, ob diese ausreichende Spannung beibehalten wird, indem er zu dem gewünschten Zeitpunkt die Referenzspannung erzeugt und den Schalttransistor geeignet ansteuert.
  • Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist die digitale Ablaufsteuerung durch einen Mikroprozessor gebildet, da mittels einer solchen eine preisgünstige Realisierung kostengünstiger digitaler Baugruppen möglich ist. Ferner kann eine Veränderung des Verhaltens bei einem Mikroprozessor durch Änderungen des Programms ohne weiteres bewerkstelligt werden. Somit ist eine Anpassung der Schaltung je nach Problemstellung möglich.
  • Alternativ kann die digitale Ablaufsteuerung auch durch logische Baugruppen in einer integrierten Schaltung (ASIC) realisiert sein. Dabei wird der Funktionsablauf mit logischen Verknüpfungsnetzen, d. h. Gattern, und Registern, z. B. Flip-Flops, festgelegt. Eine solche Realisierung kann bei großen Fertigungsstückzahlen von Schaltungen mit geringer bis mittlerer Komplexität der Funktion sinnvoll sein.
  • Die vorliegende Erfindung schafft somit einen Spannungswandler, der insbesondere zur Verwendung mit piezoelektrischen Aktoren geeignet ist. Speziell beim Einsatz piezoelektrischer Aktoren im statischen Betrieb, wie er beispielsweise beim Antrieb von Mikroventilen gegeben ist, wird die Stromaufnahme des Spannungswandlers durch Hilfs- und Leck-Ströme bestimmt. Die vorliegende Erfindung ist diesbezüglich vorteilhaft dahingehend, daß die notwendigen Hilfsströme für die Signalverarbeitung, zu der die Kontrolle der Ausgangsspannungen gezählt werden kann, sowie auftretende Leerlaufspannungen stark reduziert sind. Durch den erfindungsgemäßen Abbau läßt sich die Energieaufnahme für piezoelektrische Aktoren derart reduzieren, daß ein Betrieb über Knopfzellen, wie er zunehmend bei tragbaren Geräten gefordert wird, möglich ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine deutliche Leerlaufstromreduktion möglich, indem die Ausgangsspannung des Wandlers nur während der Ladephase gemessen wird, da auch nur dann einer Erhöhung der Spannung auftreten kann. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem bei einer kaskadierten Gleichrichterschaltung, die die Ausgangsspannung vom Rückfluß zurückhält, die Spannung vor der letzten Diode abgegriffen wird. Bei einer einfachen Gleichrichterschaltung kann man auch die Pulsspitzen, deren Amplitude der Ausgangsspannung entspricht, direkt am Schalttransistor auswerten. Bei einer Ansteuerung des Schalttransistors mit einer konstanten Frequenz repräsentiert die gemittelte Teilerausgangsspannung, die man beispielsweise durch eine Glättung der Spannungsteilerausgangsspannung mit einem Kondensator erhält, die Ausgangsspannung. Allein durch diese Maßnahme kann die Stromaufnahme auf ca. 1,5 mA reduziert werden, so daß durch den erfindungsgemäßen Spannungswandler eine Ansteuerung von Piezoaktoren mit zwei Knopfzellen möglich ist.
  • Eine weitere Energieoptimierung ist möglich, indem als Steuereinrichtung zur Steuerung der Energieverwaltung eine Logik, beispielsweise ein Mikroprozessor, vorgesehen ist. Mittels dieses Mikroprozessors kann die Stromaufnahme durch die Referenzdiode, die zur Erzeugung der Referenzspannung verwendet ist, deren Strom typischerweise im Bereich von 0,2 mA liegt, auf den Zeitpunkt der Meßphase reduziert werden. Überdies kann die Meßphase so definiert sein, daß sie nur nach N Ladezyklen stattfindet, da bei einer hohen Kondensatorspannung der maximale Spannungsanstieg pro Ladezyklus relativ gering ist und ungefähr abgeschätzt werden kann, wobei die Stellung des Aktors, der mittels des erfindungsgemäßen Spannungswandlers betrieben wird, meist geringen Toleranzen unterliegen darf.
  • Die Entladungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht, daß bei schnell wechselnden Aktorstellungen, wie sie beispielsweise bei Pumpenanwendungen benötigt werden, ein Teil der gespeicherten Energie rückgewonnen wird, indem die Ladespannung beispielsweise über einen weiteren Schalttransistor in die Energiequelle zurückgespeist wird.
  • Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Schaltdiagramm des erfindungsgemäßen Spannungswandlers; und
  • 2 Signalverläufe zur Erläuterung der Funktionsweise der in 1 dargestellten Schaltung.
  • Bezugnehmend auf 1 wird nachfolgend zunächst der Schaltungsaufbau des erfindungsgemäßen Spannungswandlers erläutert. Der Spannungswandler dient dazu, die durch eine Batterie 10 gelieferte geringe Eingangsspannung in eine zum Betreiben eines mikromechanischen Aktors 12, beispielsweise eine Piezoaktors, benötigte Spannung umzusetzen. Der erfindungsgemäße Spannungswandler arbeitet dabei nach dem Sperrwandlerprinzip, bei dem während der Leitphase eines elektronischen Schalters ein Strom in einer Induktivität aufgebaut wird, wobei derselbe nachfolgend während der Sperrphase über einen Ausgangsladekondensator abgebaut wird.
  • Diese Induktivität ist in 1 bei L1 gezeigt. Der Eingangsanschluß der Induktivität L1 ist mit der Leistungsversorgungsquelle 10 verbunden, während der Ausgangsanschluß derselben zum einen mit einem Schalttransistor T1 und zum anderen mit der Anode einer Diode D1a verbunden ist. Die Diode Dia ist der Teil einer kaskadierten Gleichrichterschaltung, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei weitere Dioden D1b, D2a und D2b aufweist. Diese vier Dioden sind in Serie geschaltet, wobei die Kathode der letz ten Diode D2b mit einem Ausgangsladekondensator C3 verbunden ist, der parallel zu dem Aktor 12 geschaltet ist.
  • Wie in 1 dargestellt ist, ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Mikroprozessor IC1 vorgesehen. Ein Ausgangsanschluß 20 des Mikroprozessors IC1 ist über einen Widerstand R2 mit der Steuerelektrode des Schalttransistors T1 verbunden. Der Transistor T1 kann somit mittels des Mikroprozessors IC1 durchgeschaltet oder gesperrt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die am Ausgangsladekondensator C3 vorliegenden Spannung vor der Diode D2b abgegriffen. Zu diesem Zweck ist eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen R4 und R5 mit dem Verbindungspunkt der Dioden D2a und D2b verbunden. Die zu erfassende Spannung wird zwischen den Widerständen R4 und R5 abgegriffen. Parallel zu dem Widerstand R5 ist zur Glättung ein Kondensator C2 geschaltet. Der Spannungsteilerausgang ist mit einem ersten Eingang eines Komparators verbunden. An den zweiten Eingang des Komparators ist eine Referenzspannung angelegt. Diese Referenzspannung wird durch den Mikroprozessor IC1 erzeugt, indem über einen Widerstand R3 ein Spannungabfall über einer Zenerdiode D3 bewirkt wird. Dieser Spannungsabfall an der Zenerdiode liegt an dem zweiten Eingang des Komparators IC2 an.
  • Der Spannungswandler gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ferner eine Entladungseinrichtung auf. Diese Entladungseinrichtung ist durch einen Schalttransistor T2 gebildet. Der Eingangsanschluß des Transistors T2 ist mit der Verbindung zwischen der Spannungsversorgungsquelle 10 und der Induktivität L1 verbunden. Der Ausgang des Transistors T2 ist mit einem Anschluß eines Widerstands R6 verbunden, wobei der andere Anschluß des Widerstands R6 mit der Verbindung zwischen der Diode D2b und dem Ausgangsladekondensator C3 verbunden ist. Der Steueranschluß des Transistors T2 ist über einen Kondensator C4 mit einem Ausgangsanschluß des Mikroprozessors IC1 verbunden. Ferner ist der Steueranschluß des Transistors T2 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Kathode einer Diode D4 verbunden, deren Anode mit der Verbindung zwischen der Spannungsversorgungsquelle 10 und der Induktivität L1 verbunden ist.
  • Die in 1 dargestellten Elemente R1 und C1 sind beispielhaft für eine Beschaltung des Mikroprozessors IC1, um die Arbeitsfrequenz desselben einzustellen. Wie ferner in 1 dargestellt ist, ist der Mikroprozessor IC1 mit der Leistungsversorgungsquelle 10 verbunden. Schließlich empfängt der Mikroprozessor IC1 ein Steuersignal, wobei der Betrieb des Spannungswandlers auf der Grundlage des Steuersignals durch den Mikroprozessor gesteuert wird.
  • Der Betrieb bzw. die Funktionsweise des Spannungswandlers wird nachfolgend bezugnehmend auf die Signalverläufe in 2 beschrieben.
  • Die Ausgangslage ist ein Zustand, in dem der Aktor, d. h. beispielsweise der Piezoaktor 12, in einem nicht betätigten Zustand ist. Ausgehend von dieser Ausgangslage empfängt der Mikroprozessor ein Steuersignal 50, dessen Dauer die Dauer der Betätigung des Piezoaktors 12 festlegt.
  • Sobald der Mikroprozessor IC1 dieses Steuersignal 50 empfängt, veranlaßt derselbe die Aufladung des Kondensators C3 durch das taktweise Schalten des Schalttransistors T1. Dieses Schalten wird durch ein Taktsignal 60 bewirkt, wie es in 2 dargestellt ist. Dadurch wird, wie bei 70 in 2 gezeigt ist, eine Ausgangsspannung bewirkt, die der zunehmenden Aufladung des Ausgangsladekondensators C3 entspricht. Jede Periode des Taktsignals 60 stellt dabei einen Ladezyklus dar. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranlaßt nun der Mikroprozessor IC1 bei jedem N-ten Ladezyklus eine Erfassung der Ausgangsspannung 70. Dazu beaufschlagt der Mikroprozessor die Zener-Diode D3 mit einem geeigneten Strom, um die Referenzspannung 80 zu erzeugen. Wie in 2 dargestellt ist, erfolgt dies beispielsweise bei jedem sechsten Ladezyklus.
  • Bei der ersten Erfassung der Ausgangsspannung 70 durch das Anlegen der Referenzspannung 80 an den Komparator gleichzeitig mit einem Ladepuls des Taktsignals 60 zum Zeitpunkt t1 hat die Ausgangsspannung noch nicht die Referenzspannung erreicht, so daß der Komparator keine diesbezügliche Anzeige ausgibt. Jedoch ist nach sechs weiteren Ladezyklen zum Zeitpunkt t2 eine ausreichende Aufladung des Ausgangsladekondensators C3 erfolgt, um die gewünschte Ausgangsspannung zu erzeugen. Der Komparator gibt einen entsprechenden Puls 90 zu dem Mikroprozessor IC1 aus.
  • Da die Ausgangsspannung nun den gewünschten Wert erreicht hat, beendet der Mikroprozessor IC1 die Ausgabe des Taktsignals 60.
  • Um das Beibehalten der Ausgangsspannung 70 zu überprüfen, kann der Mikroprozessor IC1 nach einer Ruhepause einen einzigen Taktpuls sowie einen gleichzeitigen Referenzspannungspuls zu einem Zeitpunkt t3 erzeugen. Weist die Ausgangsspannung eine ausreichende Höhe auf, wird wiederum ein Puls des Komparatorsignals durch den Komparator IC2 erzeugt und an den Mikroprozessor IC1 ausgegeben.
  • Somit wurde der Betrieb zur Betätigung eines Aktors 12 beschrieben. Durch das Steuersignal 50 wird nun zu einem Zeitpunkt t4 das Ende der Betätigung des Aktors 12 definiert. Zu diesem Zeitpunkt wird der Transistor T2 durch den Mikroprozessor IC1 über den Kondensator C4 durchgeschaltet, so daß der Ausgangsladekondensator C3 direkt mit der Spannungsversorgungsquelle 10 verbunden wird. Dieses Durchschalten des Transistors T2 wird durch ein Entladesignal 100 bewirkt. Nach dem Durchschalten des Transistors T2 entlädt sich der Ausgangsladekondensator C3 über den Widerstand R6. Nachdem der Ausgangsladekondensator C3 entladen ist, kann das Ent ladesignal 100 wieder deaktiviert werden. Im Anschluß kann eine erneute Aktivierung des Aktors erfolgen.
  • Wie oben erläutert wurde, liefert der erfindungsgemäße Aufbau des Spannungswandlers insbesondere eine große Einsparung bezüglich des Ruhestroms, da sich der Ausgangsladekondensator C3 außerhalb einer Ladephase desselben nicht über die Widerstände R4 und R5 des Spannungsteilers, der zur Erfassung der Ausgangsspannung verwendet wird, entladen kann. Dieser Effekt wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Diode D2b zwischen den Ausgangsladekondensator C3 und den Spannungsteiler geschaltet wird. Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Energieeinsparung möglich, indem jeweils nur während der Ladephase Referenzspannungspulse zum Anlegen an den Komparator IC2 erzeugt werden. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird dieser Energiespareffekt noch verstärkt, indem ein Referenzspannungspuls jeweils nur bei jedem N-ten Ladezyklus erzeugt wird.
  • Durch die oben beschriebenen Energieeinsparungen, die durch die vorliegende Erfindung möglich sind, können Knopfzellen verwendet werden, um insbesondere in tragbaren Systemen, die Energieversorgung zur Betätigung von mikromechanischen Aktoren zu realisieren.

Claims (16)

  1. Gleichspannungswandler mit einem getakteten Hochsetzsteller zum Erzeugen einer geregelten hohen Ausgangsspannung aus einer niedrigen Gleichspannung, bei dem eine Induktivität (L1) und eine Diode (D2b) in Reihe zwischen eine Gleichspannungsquelle (10) und einen Ladekondensator (C3), zu dem eine Last (12) parallel liegt, geschaltet sind, und in einem Querzweig eine steuerbare Schalteinrichtung (T1) zwischen die Induktivität (L1) und die Diode (D2b) angeschlossen ist, wobei ein den Istwert der Ausgangsspannung repräsentierender Spannungswert am Abgriff (Ausgang) eines Spannungsteilers (R4, R5) erfaßt und einer Spannungserfassungseinrichtung (IC2) zugeführt wird, und wobei die Spannungsquelle (10), die Schalteinrichtung (T1), der Spannungsteiler (R4, R5) und der Ladekondensator (C3) jeweils mit einem Anschluß an Bezugspotential (Masse) liegen, wobei der Spannungsteiler (R4, R5) mit dem der Schalteinrichtung (T1) zugewandten Anschluß der Diode (D2b) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verbindungspunkt der Induktivität (L1) mit der Schalteinrichtung (T1) und den Verbindungspunkt des Spannungsteilers (R4, R5) mit der Diode (D2b) mindestens eine weitere Diode (Dia, D1b, D2a) geschaltet ist.
  2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Glättungskondensator (C2), der zwischen den Abgriff des Spannungsteilers (R4, R5) und Masse geschaltet ist.
  3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung durch einen Schalttransistor (T1) gebildet ist.
  4. Gleichspannungswandler nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine digitale Ablaufsteuerung (IC1) zum Treiben eines Steueranschlusses des Schalttransistors (T1).
  5. Gleichspannungswandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Ablaufsteuerung (IC1) den Schalttransistor (T1) mittels eines Pulszugs konstanter Frequenz treibt.
  6. Gleichspannungswandler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserfassungseinrichtung einen Komparator (IC2) zum Vergleichen der abgegriffenen Spannung mit einer Referenzspannung aufweist, wobei der Ausgang des Komparators (IC2) mit der digitalen Ablaufsteuerung verbunden ist.
  7. Gleichspannungswandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang der digitalen Ablaufsteuerung (IC1) mit einem Eingang des Komparators verbunden ist, um periodisch jeweils nach einer vorbestimmten Anzahl von Pulsen des Pulszugs gleichzeitig mit einem Puls desselben die Referenzspannung an den Eingang des Komparators (IC2) anzulegen, um die am Ausgangsladekondensator (C3) anliegende Spannung (70) zu erfassen.
  8. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entladungsvorrichtung (R6, T2) vorgesehen ist, über die die Ladung des Ausgangsladekondensators (C3) zu der Gleichspannungsquelle (10) rückführbar ist.
  9. Gleichspannungswandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungseinrichtung einen Entladungsschalttransistor (T2) aufweist, über den der Ausgangsladekondensator (C3) mit der Gleichspannungsquelle (10) verbindbar ist, wobei ein Steueranschluß des Ent ladungsschalttransistors (T2) mit der digitalen Ablaufsteuerung (IC1) verbunden ist.
  10. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Ablaufsteuerung (IC1) einen Eingangsanschluß aufweist, über den derselbe ein Steuersignal empfängt, das den gewünschten Zustand des Ausgangssignalsspannungspegels des Ausgangsladekondensators (C3) definiert.
  11. Gleichspannungswandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Ablaufsteuerung (IC1) abhängig von dem Steuersignal den Schalttransistor (T1) und den Entladungsschalttransistor (T2) treibt, um den Ausgangsladenkondensator (C3) zu laden oder zu entladen.
  12. Gleichspannungswandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Ablaufsteuerung (IC1) in vorbestimmten Abständen eine Erfassung der an dem Ausgangsladekondensator (C3) anliegenden Spannung bewirkt, nachdem die Spannungserfassungseinrichtung das Vorliegen der hohen Ausgangsspannung an dem Ausgangsladekondensator (C3) erfaßt hat.
  13. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Ablaufsteuerung ein Mikroprozessor ist.
  14. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Ablaufsteuerung mittels einer integrierten Schaltung realisiert ist.
  15. Gleichspannungswandler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (IC2) und eine Einrichtung zum Liefern der Referenzspannung in die integrierte Schaltung integriert sind.
  16. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zum Betreiben eines piezoelektrischen Aktors, wobei die Eingangsspannung durch eine Knopfzelle geliefert wird.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59123461A (ja) * 1982-12-28 1984-07-17 Nichicon Capacitor Ltd スイツチングレギユレ−タ
JPH01259753A (ja) * 1988-04-08 1989-10-17 Sanyo Denki Co Ltd コンバータ装置
JPH08275511A (ja) * 1995-03-31 1996-10-18 Nec Home Electron Ltd 昇圧装置
DE19732766A1 (de) * 1997-07-30 1999-02-04 Mirow Georg Dieter Spannungsversorgung für einen Sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59123461A (ja) * 1982-12-28 1984-07-17 Nichicon Capacitor Ltd スイツチングレギユレ−タ
JPH01259753A (ja) * 1988-04-08 1989-10-17 Sanyo Denki Co Ltd コンバータ装置
JPH08275511A (ja) * 1995-03-31 1996-10-18 Nec Home Electron Ltd 昇圧装置
DE19732766A1 (de) * 1997-07-30 1999-02-04 Mirow Georg Dieter Spannungsversorgung für einen Sensor

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Datenblatt MAX761 der Fa. Maxim, 19-0201, Rev0, 11/93 *
Electronique, Nr.75, Nov.1997, S.84 *
F.Schmeißer, Kräftig und schnell, In: Elektronic 8/1984, S.92-96 *
JP 01259753 A, In: Patents Abstr. of Japan Sect. E, 1990, Vol.14, No.16 (E-872) *
JP 1-259753 (A), In: Patents Abstr. of Japan Sect. E, 1990, Vol.14, No.16 (E-872)
JP 59-123461 (A), In: Patents Abstr. of Japan, Sect. E, 1984, Vol.8, No.247 (E-278)
JP 59123461 A, In: Patents Abstr. of Japan, Sect. E, 1984, Vol.8, No.247 (E-278) *

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DE19817498A1 (de) 1999-10-21

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