DE2810635A1

DE2810635A1 - DC voltage doubling circuit - has two capacitors connected in series, with switch connecting centre point alternately to two battery terminals

Info

Publication number: DE2810635A1
Application number: DE19782810635
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing Grad Borst
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-03-11
Filing date: 1978-03-11
Publication date: 1979-09-20

Abstract

The voltage doubling circuit is connected to a motor vehicle storage battery and has two capacitors (2, 3) from which the increased voltage can be collected. Two capacitors are connected in series, with one electrode of one capacitor connected to the other capacitor electrode carrying opposite potential. Two switching paths are connected to these electrodes, which are alternately conducting and connected to the two terminals of the battery (1). The lines connecting the batteries with the capacitors each pass through a diode (26, 27) with a change-over switch in the central line (16).

Description

GleichspannungsverdopplerschaltungDC voltage doubler circuit

Die Erfindung betrifft eine Gleichspannungsverdopplerschaltung nach dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a DC voltage doubler circuit according to the generic term of the main claim.

Bei einem aus dem Buch "Schaltungen mit Halbleiterbauelementen 1" von Gelder/Hirschmar,n, Seite 124, Bild 3.10 bekannten Sperrwandler wird auf der Sekundärseite eines Transformators über einen Gleichrichter ein Kondensator verhältnismäßig kleiner Kapazität während einer Halbwelle der auf dieser Sekundärseite entstehenden, durch Zerhaken einer Primärgleichstromes niedriger Spannung induzierten Wechselspannung geladen. Diese bekannten Anordnungen erfordern einen Transformator und sind daher teuer in der Herstellung, zumal die sekundärseitig abnehmbare Leistung vom Volumen des Eisenkerns des Transformators abhängt.For one from the book "Circuits with Semiconductor Components 1" von Gelder / Hirschmar, n, page 124, Figure 3.10 known flyback converter is on the Secondary side of a transformer via a rectifier to a capacitor proportionally small capacitance during a half-wave of the resulting on this secondary side, AC voltage induced by hooking a primary direct current of low voltage loaded. These known arrangements require a transformer and are therefore expensive to manufacture, especially since the volume can be removed on the secondary side the iron core of the transformer depends.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ohne einen Transformator arbeitende Gleichspannungsverdopplerschaltung zu schaffen. Hierzu sind erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.The invention has for its object to be one without a transformer to create working DC voltage doubler circuit. For this purpose are according to the invention the features specified in the characterizing part of claim 1 are provided.

Zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit den nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.Appropriate configuration of the invention emerges from the subclaims in conjunction with those described below and illustrated in the drawing Embodiments.

Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel, eine Gleichspannungsverdopplerschaltung, ist zum Anschluß an eine Gleichstromqelle, eine Starterbatterie 1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs bestimmt und enthält als wesentliche Bauteile zwei Kondensatoren 2 und 3 von jeweils 100 uF.The embodiment shown in Figure 1, a DC voltage doubler circuit, is for connection to a DC source, a starter battery 1 of a not shown Motor vehicle determined and contains two capacitors as essential components 2 and 3 of 100 uF each.

Vom Pluspol 4 der Batterie 1, welche eine Eingangsspannung Ue für die Schaltung liefert, führt eine Verbindungsleitung 5 zum feststehenden Kontakt 6 eines Schalters 7, der über eine Leitung 8 mit der Ausgangsklemme 9 der Schaltung verbunden ist. In gleicher Weise führt vom Minuspol 10 der Batterie 1 eine Verbindungsleitung 11 an den Festkontakt 12 eines Schalters 13, welcher über eine Leitung 14 mit der zweiten Ausgangsklemme 15 der Schaltungsanordnung verbunden ist. Mit den beiden Ausgangsklemmen 9 bzw. 15 ist jeweils eine der beiden Elektroden des Kondensators 2 bzw. des Kondensators 3 verbunden, während die anderen beiden Elektroden dieser Kondensatoren über eine gemeinsame Verblndungsleitung 16 an einem Umschalter 17 angeschlossen sind, welcher mit zwei Festkontakten 18 und 19 zusammenarbeitet und mit den beiden Schaltern 7 und 13 durch ein Gestänge 20 so verbunden ist, daß in der dargestellten Stellung der Umschalter 17 auf dem Festkontakt 18 steht und der Schalter 13 mit dem Festkontakt 12 Verbindung hat, während gleichzeitig der Schalter 7 sich in seiner Offenstellung befindet. Der Festkontakt 18 ist über eine Leitung 21 mit dem Pluspol 4, der Festkontakt 19 über eine Leitung 22 mit dem Minuspol 10 der Batterie 1 verbunden.From the positive terminal 4 of the battery 1, which has an input voltage Ue for supplies the circuit, a connecting line 5 leads to the fixed contact 6 of a switch 7, which via a line 8 to the output terminal 9 of the circuit connected is. In the same way, a connecting line leads from the negative pole 10 of the battery 1 11 to the fixed contact 12 of a switch 13, which via a line 14 with the second output terminal 15 of the circuit arrangement is connected. With both of them Output terminals 9 and 15 are each one of the two electrodes of the capacitor 2 or the capacitor 3, while the other two electrodes of this Capacitors via a common connecting line 16 to a changeover switch 17 are connected, which cooperates with two fixed contacts 18 and 19 and is connected to the two switches 7 and 13 by a linkage 20 that in the position shown, the switch 17 is on the fixed contact 18 and the Switch 13 with the fixed contact 12 has connection, while at the same time the switch 7 is in its open position. The fixed contact 18 is via a line 21 with the positive pole 4, the fixed contact 19 via a line 22 with connected to the negative terminal 10 of the battery 1.

In der dargestellten Stellung des Umschalters 17 verbindet dieser die bei 23 angedeu;,eT,e Elektrode des Kondensators 3 mit den Pluspol der Batterie 4, so daß diese Elektrode das gleiche Potential wie der Pluspol 4 annimmt. Nach kurzer Ladezeit wechselt der Umschalter 17 vom Festkontakt 18 auf den Festkontakt 19, wobei der Schalter 7 in seine Schließstellung gelangt und der Schalter 13 geöffnet wird. Dies hat zur Folge, daß die mit der Ausgangsklemme 9 verbundene Elektrode 24 des Kondensators 2 das Potential der Plusklemme 4 und die andere Elektrode 25 des Kondensators 2 über den Umschalter 17 und den Festkontakt 19 das Potential des Minuspols 10 annimmt.In the illustrated position of the switch 17 this connects the indicated at 23;, eT, e electrode of the capacitor 3 with the positive pole of the battery 4, so that this electrode assumes the same potential as the positive pole 4. To short charging time, the changeover switch 17 changes from the fixed contact 18 to the fixed contact 19, the switch 7 being in its closed position and the switch 13 being opened will. As a result, the electrode connected to the output terminal 9 24 of the capacitor 2 the potential of the positive terminal 4 and the other electrode 25 of the capacitor 2 via the switch 17 and the fixed contact 19, the potential of the Negative pole 10 assumes.

Jeder der beiden Kondensatoren weist dann die gleiche Spar.-nung Ue wie die Batterie 1 auf. Infolge der Hintereinanderschaltung der beiden Kondensatoren 2 und 3 steht dann eine Ausgangsspannung Ua = 2Ue zur Verfügung. enn mit dieser auf den doppelten Wert der Eingangsspannung Ue erhöhten Ausgangsspannung Ua Stromverbraucher mit nicht zu hohem Betriebsstrom gespeist werden und die Umschaltung der Schalter 7, 13, 17 in genügend rascher Folge periodisch erfolgt, geht der zeitliche Mittelwert der Ausgangsspannung Ua nur wenig unter den doppelten Wert der Eingangsspannung Ue zurück.Each of the two capacitors then has the same savings Ue like battery 1. As a result of the series connection of the two capacitors An output voltage Ua = 2Ue is then available for 2 and 3. hen with this output voltage Ua power consumers increased to twice the value of the input voltage Ue are fed with an operating current that is not too high and the switching of the switches 7, 13, 17 occurs periodically in sufficiently rapid succession, the time average goes the output voltage Ua is only slightly below twice the value of the input voltage Ue back.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind die mit dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel übereinstimmenden Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 versehen. Eine wesentliche Vereinfachung gegenüber Figur 1 ist jedoch dadurch erzielt, daß der Schalter 7 und sein Festkontakt 6 durch eine Diode 26 und der in der Minusleitung 11 bzw. 14 liegende Schalter 13 durch eine Diode 27 ersetzt wird. In der gezeichneten Stellung des Umschalters 17 wird der Kondensator 3 über die Diode 27 aufgeladen.In the embodiment of Figure 2 are those with the previously described Embodiment matching components with the same reference numerals as provided in Figure 1. A significant simplification compared to Figure 1 is, however achieved in that the switch 7 and its fixed contact 6 by a diode 26 and the switch 13 located in the negative line 11 or 14 is replaced by a diode 27 will. In the illustrated position of the switch 17, the capacitor 3 is over the diode 27 is charged.

Nach dem Schwenken des Umschalters 17 auf den Festkontakt 19 wird die Diode 26 stromleitend und erlaubt eine Ladung des Kondensators 2.After pivoting the switch 17 on the fixed contact 19 is the diode 26 conducts current and allows the capacitor 2 to be charged.

Die in Figur 3 gezeichnete Spannungsverdopplerschaltung stellt eine Weiterbildung derjenigen nach Figur 2 dar. Anstelle des Umschalters 17, 18, 19 sind in Figur 3 zwei zueinander komplementäre Transistoren 30 und 31 vorgesehen, von denen der Transistor 30 mit seinem Emitter an die zum Pluspol führende Verbindungsleitung 5 und der Transistor 31 mit seinem Emitter an die Verbindungsleitung 11 und über aiese an den Minuspol 10 der Batterie 1 angeschlossen ist. Die beiden Kollektoren der Transistoren 30, 31 sind über die Leitung 16 mit den beiden Kondensatoren 2 und 3 verbunden.The voltage doubler shown in Figure 3 represents a Further development of that of Figure 2. Instead of the switch 17, 18, 19 are in Figure 3 two mutually complementary transistors 30 and 31 are provided from those of the transistor 30 with its emitter on the connecting line leading to the positive pole 5 and the transistor 31 with its emitter to the connecting line 11 and over this is connected to the negative terminal 10 of the battery 1. The two collectors of the transistors 30, 31 are connected to the two capacitors 2 via the line 16 and 3 connected.

Die Basen der Transistoren sind über je einen Entkopplungswiderstand 32 bzw. 33 an eine gemeinsame Steuerspannung 34 angeschlossen, die jeweils rechteckförmige Halbwellen aufweist. Die positiven Halbwellen machen den Transistor 31 leitend, der dann die Ladung des Kondensators 2 über die Diode 26 bewirkt, während gleichzeitig die positiven Halbwellen den Transistor 30 gesperrt halten. Während der negativen Halbwellen ist der Transistor 31 gesperrt, der Transistor 30 leitend, so daß der Kondensator 3 Ladung über den Transistor 30 und die Diode 27 erhält. Das beschriebene Spiel wiederholt sich bei jeder Halbwelle erneut.The bases of the transistors are each via a decoupling resistor 32 and 33 are connected to a common control voltage 34, each of which is rectangular Has half waves. The positive half-waves make the transistor 31 conductive, which then causes the charging of the capacitor 2 via the diode 26, while at the same time the positive half-waves keep the transistor 30 blocked. During the negative Half-waves, the transistor 31 is blocked, the transistor 30 conductive, so that the Capacitor 3 receives charge through transistor 30 and diode 27. The described The game repeats itself again with every half-wave.

Die Schaltung nach Figur 4 ist durch Verwendung eines komplementären Feldeffekt-Transistorpaares in Form eines CMOS-Inverters 36 stark vereinfacht, dem eine rechteckförmige Steuerspannung 34 wie bei der Anordnung nach Figur 3 zugeführt ist. Die beiden Dioden 26 und 27 sollen eine möglichst kleine Flußspannung besitzen. Der Inverter 36 muß nur für die Höhe der Eingangs spannung Ue bemessen sein. Die Ausgangsspannung Ua darf höher sein als die Grenzspannung des Inverters.The circuit of Figure 4 is by using a complementary Field effect transistor pair in the form of a CMOS inverter 36 greatly simplified, the a square-wave control voltage 34 is supplied as in the arrangement according to FIG is. The two diodes 26 and 27 should have the smallest possible forward voltage. The inverter 36 need only be dimensioned for the level of the input voltage Ue. the Output voltage Ua may be higher than the limit voltage of the inverter.

Die rechteckförmige Steuerspannung 34 kann erforderlichenfalls mit Hilfe eines weiteren Inverters, eines Kondensators und eines Widerstandes erzeugt werden.The square-wave control voltage 34 can, if necessary, with Generated with the help of another inverter, a capacitor and a resistor will.

Wenn den beiden Kondensatoren 2 und 3 große Ströme entnommen werden sollen, ist es zweckmäßig die Aufladung der Kondensatoren über zwei bipolare push-puil-StuSen oder über eine Stufe mit V-MOS-Leistungstransistoren zu bewirken.When large currents are drawn from the two capacitors 2 and 3 it is advisable to charge the capacitors via two bipolar push-pump steps or via a stage with V-MOS power transistors.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können auch größere Vervielfachungsfaktoren erzielt werden, wenn eine größere Anzahl von Kondensatoren nacheinander mit der BetriebsstUromquelle 1 verbunden oder wenn mehrere Vervielfacher-Stufen kaskadenförmig hintereinander geschaltet werden. LeerseiteIn a further embodiment of the invention, larger multiplication factors can also be used can be achieved if a larger number of capacitors are consecutively connected to the Operating current source 1 connected or if several multiplier stages are cascaded can be connected in series. Blank page

Claims

Claims 4 l.) DC voltage doubler circuit for connection to a direct current source, in particular to a motor vehicle Sa: nmler battery two capacitors from which the increased output voltage can be tapped, characterized5 that two capacitors (2, 3) connected in series are provided, one of which with one of its electrodes to an opposite one Potential leading electrode of the other capacitor is connected, and that with these electrodes two switching paths are connected, which alternate a conductive connection to one of the two poles of the direct current source (1) produce.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the not interconnected electrodes of the capacitors (2, 3) each via one of two oppositely polarized diodes (26, 27) each with one of the two poles (4, 10) of the direct current source (1) are connected.

3. A circuit according to claim 1, characterized in that one of the Switching paths (17, 18 or 19) formed by a first transistor (30, 31) with its emitter-collector path between one of the two poles (4, 10) the direct current source (1) and the two interconnected electrodes the capacitors (2, 3) is arranged.

4. A circuit according to claim 3, characterized in that the second Switching path (17, 18 or 19) is formed by a second transistor which with its emitter-collector path between the other pole of the direct current source (1) and the interconnected electrodes of the capacitors (2, 3) is.

5. Circuit according to claim 4, characterized in that one (30) of the transistors of the pnp type, the other (31) of the npn type.

6. A circuit according to claim 5, characterized in that both transistors (30, 31) with their bases - preferably via a protective resistor (32, 33) a common square-wave control voltage (34) are connected.

7. A circuit according to claim 5 or 6, characterized in that the Transistors as a complementary field effect transistor pair - preferably in shape a CMOS inverter (36) are formed.

8. A circuit according to claim 5 or 6, characterized in that the Transistors are designed as a bipolar push-pull stage.

9. A circuit according to claim 5 or 6, characterized in that the Transistors are designed as V-MOS power transistors.