DE3435444A1

DE3435444A1 - Spannungsvervielfachender gleichrichter

Info

Publication number: DE3435444A1
Application number: DE19843435444
Authority: DE
Inventors: Akira Yokosuka Kanagawa Nakajima; Yoshio Yokohama Kanagawa Takamura
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-09-30
Filing date: 1984-09-27
Publication date: 1985-05-23
Also published as: GB2148620A; GB8423424D0; JPS6077678A

Description

Spannungsvervielfachender Gleichrichter

Die Erfindung bezieht sich auf einen spannungsvervielfachenden Gleichrichter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. Sie bezieht sich insbesondere auf einen solchen spannungsvervielfachenden Gleichrichter, der eine Ausgangsspannung erzeugt/ die ein Vielfaches der Eingangsspannung ist, indem eine Vielzahl von Wechselspannungsquellen, Dioden und Kondensatoren verwendet wird. Ein herkömmlicher und wohlbekannter spannungsvervielfachender Gleichrichter ist aus einer Kombination von Transformatoren, Kondensatoren und Dioden aufgebaut. Transformatoren haben jedoch bei der Verwendung in spannungsvervielfachenden Gleichrichtern Nachteile, da sie schwer und schwierig unter Verwendung von IC-Techniken (Integrierte Schaltkreise) aufzubauen sind. In den letzten Jahren ist es wünschenswert geworden, einen spannungsvervielfachenden Gleichrichter zu haben, der nicht nur nach IC-Techniken allein aufgebaut ist, jedoch wurde diese Forderung nicht durch den Versuch befriedigt, diese Techniken bei einem herkömmlichen Gleichrichter, der einen Transformator verwendet, anzuwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen spannungsvervielf achenden Gleichrichter zu schaffen, der nach den Techniken für integrierte Schaltkreise su fertigen ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.

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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.

Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Ausführungsfonn eines Spannungsvervielfachenden Gleichrichters gemäß der Erfindung, und Fig. 2 ist ein Schaltbild einer weiteren Ausführungs-

form der Erfindung.

Fig. 1 zeigt Wechselspannungsquellen V^ und \?2/ die beide durch Wechselspannungsinverter gebildet sind, die Rechteckwellen mit vorzugsweise identischer Ausgangsspannung und -frequenz erzeugen. Die Spannungsquellen V.. und V2 sind in Serie geschaltet. Erste Ausgangsklemmen jeder Spannungsquelle sind miteinander und mit Masse verbunden. Der sich ergebende Verbindungspunkt m zwischen den Wechsel-Spannungsquellen V.. und V- ist so geerdet. Eine gerade Zahl von Gleichrichterelementen, hier acht Dioden D₁ bis Dg, liegen in Reihe zwischen dem Verbindungspunkt m und einer Ausgangsklemme £, wobei sie gleiche Durchlaßrichtung haben. Im einzelnen ist die Anode der Diode D- mit dem Verbindungspunkt m und die Kathode der Diode D« mit der Ausgangsklemme j) verbunden. Kondensatoren C- und C, liegen in Reihe zwischen der anderen Ausgangsklemme a der Wechselspannungsquelle ν., und einem Verbindungspunkt i zwischen Dioden D^ und Dq. Der Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren C₁ und Cj ist mit einem Verbindungspunkt e zwischen den Dioden D₃ und D. verbunden.

Ausgangskondensatoren C-. bis Cg liegen in Reihe zwischen Verbindungspunkt m und der Ausgangsklemme oder dem Verbindungspunkt jO. Von diesen liegt Ausgangskondensator C₃ parallel zu den Dioden D₁ und D^ an den Verbindungspunkten m und d; Ausgangskondensator C. liegt parallel zu den Dioden D₃ und D^ an den Verbindungspunkten d und f; und in gleicher Weise liegen Ausgansskondensatoren C₅ und Cg parallel zu den Dioden D₅ und Dg an Verbindungspunkten f und h bzw. zu den Dioden D- und D_ß an den Verbindungspunkten h und (K

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Kondensatoren C₇ und Cg, die einen gemeinsamen Verbindungspunkt haben, der an einem Verbindungspunkt c zwischen Dioden D.. und D- angeschlossen ist, liegen in Reihe zwischen einer weiteren Ausgangsklemme b der Wechselspannungsquelle V und einem Verbindungspunkt g zwischen Dioden D₅ und Dg. Bei der zuvor beschriebenen Schaltung sind Verbindungspunkte c, e, g und i, an die keine Ausgangskondensatoren angeschlossen sind, abwechselnd über Kondensatoren jeweils an die Wechselspannungsquellen V- und V.. angeschlossen.

Die Schaltung gemäß Fig. 1 arbeitet wie folgt:

Zunächst möge die Ausgangsklemme b der Wechselspannungsquelle V₂ auf einer Spannung von -E (V) in bezug zur Masse liegen. In diesem Falle ist D- eingeschaltet, so daß Kondensator C₇ auf eine Spannung E (V) aufgeladen wird in solcher Polarität, daß der Verbindungspunkt c positiv wird durch einen Strom, der durch die Wechselspannungsquelle V₂, Verbindungspunkt m, Diode D-, Verbindungspunkt c, Kondensator C₇ und die Ausgangsklemme b fließt. Als nächstes befindet sich die Ausgangsklemme b der Wechselspannungsquelle V~ auf einer Spannung +E (V). In diesem Falle ist die Diode D„ eingeschaltet, so daß Kondensator C-, auf eine Spannung von 2E (V) aufgeladen wird, was die Summe der Ausgangsspannung E (V) der Wechselspannungsquelle V₂ und der Ladespannung E (V) von Kondensator C₇ ist, wobei die Aufladung eine solche Richtung hat, daß der Verbindungspunkt d positiv wird durch einen Strong der durch die Ausgangsklemme b, Kondensator C₇, Verbindungspunkt c, Diode D₂, Verbindungspunkt d, Kondensator Cg nand Verbindungspunkt m fließt.

Als nächstes befindet sich Äusgangsklensne a der Wechselspannungsquelle V- auf einer Spannung von —E CV). In diesem Falle ist Diode D3 eingeschaltet, so daß Kondensator C- auf eine Spannung von 3E (V) aufgeladen wird, ^ras die Summe von Ausgangsspannung E (V) der Wechselspannungsquelle V- und der Ladespannung 2E (V) von Kondensator C^ ist, wobei

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die Aufladung eine solche Richtung hat, daß Verbindungspunkt e positiv wird durch einen Strom, der durch Verbindungspunkt m, Kondensator C₃, Verbindungspunkt d, Diode D₃, Verbindungspunkt e, Kondensator C^ und die Ausgangsklemme a fließt. Die Ausgangskleitime der Wechselspannungsquelle hat als nächstes eine Spannung von +E (V). In diesem Falle ist Da eingeschaltet, so daß Kondensator C* auf eine Spannung von 2E (V) aufgeladen wird in einer solchen Richtung, daß der Verbindungspunkt f positiv in bezug zum Massepotential wird durch einen Strom, der durch die Ausgangsklemme a, Kondensator C* , Verbindungspunkt e, Diode D,, Verbindungspunkt f, Kondensator C₄, Kondensator C₃ und Verbindungspunkt m fließt.

Die darauffolgenden Schritte der Aufladung der Kondensatoren Cg, C₅, C₂ und Cg erfolgt genau so wie gerade vorher beschrieben. Die Ausgangsklemme b wechselt von -E (V) zu +E (V) und die Ausgangsklemme a wechselt von -E (V) zu +E (V), so daß Ausgangskondensatoren C₅ und C₆ auf zwei E (V) in solcher Richtung aufgeladen werden, daß Verbindungspunkte h und ο positiv in bezug zum Massepotential werden. Als Ergebnis werden Verbindungspunkte a und die Ausgangsklemme ο auf Spannungen von 6E (V) bzw. 8E (V) in bezug zum Massepotential angehoben.

Die zuvor beschriebene Arbeitsweise basiert auf der Annahme, daß die Wechselspannungsquellen V^ und V₂ unabhängig voneinander arbeiten. Bezüglich der Arbeitsweise der Schaltung gilt jedoch, daß Ausgangskondensatoren C₃ bis C_fi während jeder Periode durch die vervielfachten Ausgangsspannungen einer der Wechselspannungsquellen V- oder V₂ aufgeladen werden. Da jeder Ausgangskondensator von einer der Wechselspannungsquellen allein aufgeladen wird, brauchen diese Wechselspannungsquellen V- und V₂ nicht notwendigerweise in Synchronismus zueinander gehalten werden, vielmehr können sie unabhängig voneinander auf passende Frequenzen oder auf passende Phasenlagen eingestellt werden. Darüber hinaus brauchen die Wechselspannungs-

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quellen V₁ und Vj nicht die gleiche Ausgangsspannung zu haben.

Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der Fig. 2 beschrieben. Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist identisch mit der gemäß Fig. 1, abgesehen davon, daß Kondensatoren C₁ und C₂ parallel an Verbindungspunkte e und i und Kondensatoren C₇ und Cg parallel an Verbindungspunkte c und g von den jeweiligen Ausgangsklemmen der ersten und zweiten Wechsel-Spannungsquellen V₁ und V- angeschlossen sind. Eine weitere genauere Beschreibung des Schaltungsaufbaues erübrigt sich hier.

Die Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 2 wird nachfolgend beschrieben:

Zunächst befindet sich Verbindungspunkt b der Wechselspannungsquelle V₂ auf einer Spannung -E (V). Dies schaltet Diode D^ ein, so daß ein Strom durch eine Schleife fließt, die aus Verbindungspunkt m, Diode D₁, Verbindungspunkt c, Kondensator C₇ und Verbindungspunkt b besteht, so daß Kondensator C₇ aufgeladen wird^bis Verbindungspunkt c sich auf der Spannung +E (V) befindet.

Hat jetzt Verbindungspunkt b der Spannungsquelle V_ eine Spannung von +E (V), so ist Diode D„ eingeschaltet, so daß ein Strom durch eine Schleife fließt, die aus VSrbindungspunkt b. Kondensator C„„ Diode D₂ , Kondensator C₃ und Verbindingspunkt m besteht, so daß der Kondensator C2 aufgeladen wird, bis sich Verbindungspunkt d. auf einer Spannung von +2E (V) befindet. Hat darauffolgend Verbindungspunkt a der Wechselspannungsquelle V* eine Spannung von -E (V), so ist Diode D₃ eingeschaltet, so daß Strom durch einen Kreis fließt, der aus Verbindungspunkt m, Kondensator C3, Diode D3, Verbindungspunkt e und Kondensator C-j besteht, so daß Kondensator C-j aufgeladen wird, bis sich Verbindungspunkt e auf einer Spannung von +3E (V) befindet. Befindet sich Verbindungspunkt a der Spannungsquelle V₁ auf einer Spannung von +E (V), so ist Diode D^ eingeschaltet,

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so daß ein Strom durch einen Kreis fließt, der aus Verbindungspunkt a, Kondensator C^, Diode D., Kondensator C₄, Kondensator C₃ und Verbindungspunkt m besteht, so daß Kondensator C, aufgeladen wird, bis sich Verbindungspunkt f auf einer Spannung von 2E (V) befindet.

Darauffolgend wiederholt sich der Zyklus von Spannungen an den Verbindungspunkten b und a, d.h. die Spannung an Verbindungspunkt b ändert sich von -E (V) auf +E (V) und die an Verbindungspunkt a von -E (V) auf +E (V). Als Ergebnis werden Kondensatoren C₀, C₀ und C_c abwechselnd aufgeladen, bis sich Verbindungspunkte g, h und i und die Ausgangsklemme J3 auf Spannungen von 5E (V) , 2E (V) , 7E (V) und 2E (V) befinden.

Als Ergebnis wird eine Ausgangsspannung von 8E (V) zwischen Verbindungspunkt m und der Ausgangsklemme Q erreicht.

Bei dieser Konstruktion kann jeder der Kondensatoren C- bis Cg arbeiten, ohne daß sie durch irgendeine Phasenbeziehung zwischen den Wechselspannungsquellen V- und V₂ beeinträchtigt werden, da jeder von ihnen nur von einer der ersten oder zweiten Wechselspannungsquellen V- und V₂ aufgeladen wird.

Die Beschreibung dieser Ausführungsformen bezieht sich auf den Fall, wo zwei Wechselspannungsquellen vorhanden sind. Es ist natürlich im Rahmen der Erfindung auch ohne weiteres möglich, drei oder mehr Wechselspannungsquellen zu verwenden.

AU - Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Spannungsvervielfachender Gleichrichter, gekennzeichnet durch erste und zweite Wechselspannungsquellen, die beide eine erste Ausgangsklemme aufweisen, die miteinander und mit Masse verbunden sind, und eine zweite Eingangsklemme, durch mehrere Gleichrichterelemente, die in Reihe mit gleicher Durchlaßrichtung geschaltet sind und eine Klemme aufweisen, die mit den genannten ersten Ausgangsklemmen der ersten und zweiten Wechselspannungsquelle verbunden sind, und eine zweite Klemme, die eine Ausgangsklemme für den Gleichrichter ist, wobei zwischen den Gleichrichterelementen Knotenpunkte gebildet sind, durch eine Anzahl von Ausgangskondensatoren, die in Reihe zwischen den ersten Ausgangsklemmen und der genannten Ausgangsklemme des Gleichrichters und parallel zu den Gleichrichterelementen geschaltet sind, so daß jeder der genannten Ausgangskondensatoren an die ausgewählten Knotenpunkte angeschlossen sind, und durch mehrere zweite Kondensatoren, die an eine der genannten zweiten Ausgangsklemmen der genannten ersten und zweiten Wechselspannungsquelle und an die Knotenpunkte angeschlossen sind, an die die genannten Ausgangskondensatoren nicht angeschlossen sind.

2. Spannungsvervielfachender Gleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausgewählte Kondensatoren der zweiten Kondensatoren in Reihe geschaltet sind.

SL/N

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3. Spannungsvervielfachender Gleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten zweiten Kondensatoren parallel verbunden sind.

4. Spannungsvervielfachender Gleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten zweiten Kondensatoren abwechselnd mit den zweiten Ausgangsklemmen der ersten und zweiten Wechselspannungsquellen verbunden sind.

5. Spannungsvervielfachender Gleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Zahl von Gleichrichterelementen in Reihe geschaltet sind, daß die Klemmen der Ausgangskondensatoren an jeden zweiten der Knotenpunkte angeschlossen sind, und daß die zweiten Kondensatoren erste und zweite Gruppen von gleichen Zahlen von Kondensatoren aufweist, von denen die erste Gruppe in Reihe zwischen der zweiten Ausgangsklemme der ersten Wechselspannungsquelle und einem Knotenpunkt und jede Verbindung der Kondensatoren außerdem an einen Knotenpunkt angeschlossen ist, wobei die genannten Knotenpunkte solche sind, die nicht mit einer Klemme der Ausgangskondensatoren verbunden sind, und wobei die zweite Gruppe von Kondensatoren in Reihe geschaltet und die Reihe an die zweite Ausgangsklemme der zweiten Wechselspannungsquelle und einen Knotenpunkt angeschlossen und jede Verbindung der Kondensatoren außerdem mit einem Knotenpunkt verbunden ist, wobei diese Knotenpunkte solche sind, die nicht entweder mit einer Klemme der Ausgangskondensatoren oder der genannten ersten Gruppe von Kondensatoren verbunden sind.

6. Spannungsvervielfachender Gleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Zahl von Gleichrichterelementen in Reihe geschaltet ist, daß Anschlüsse der Ausgangskondensatoren an jeden zweiten der Verbindungsknoten angeschlossen sind und daß die

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zweiten Kondensatoren erste und zweite Gruppen von Kondensatoren aufweisen, von denen jeder Kondensator einen ersten und einen zweiten Anschluß hat, von denen der erste Anschluß der Kondensatoren der ersten Gruppe mit der zweiten Klemme der ersten Wechselspannungsquelle und jeder zweite Anschluß mit einem verschiedenen Verbindungsknoten verbunden ist, der nicht mit einem Anschluß der Ausgangskondensatoren verbunden ist, und daß jeder erste Anschluß der Kondensatoren der zweiten Gruppe mit der zweiten Klemme der zweiten Wechselspannungsguelle und jeder zweite Anschluß mit einem verschiedenen Verbindungsknoten verbunden ist, der nicht entweder mit einem Anschluß der genannten Ausgangskondensatoren oder der ersten Gruppe von Kondensatoren verbunden ist.