DE4103673A1 - Voltage increasing circuit producing erasing or control pulse potential - Google Patents

Voltage increasing circuit producing erasing or control pulse potential

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Abstract

The circuit is supplied by an AC voltage input signal at two inputs. One component (1) consists of two capacitors (C1,C2) connected one behind the other, and a switch element (S1). The first connections (A11,A21) of the two capacitors are joined to one another via the switch component. The input signal is fed via two signal lines (SL1,SL2) to the second connections (A12,A22) of the two capacitors. Between the connections (A11,A21) of a capacitor connected to the switch element (S1) and the connections of the other capacitor connected to the signal lines an output voltage is applied, the amplitude of which is greater than that of the input signal.

Description

Für viele Anwendungszwecke ist es erforderlich, aus ei­ ner zur Verfügung stehenden Spannung - beispielsweise einer geringen Betriebsspannung oder Eingangssignal­ spannung - benötigte höhere Spannungswerte zu erzeugen; beispielsweise ist der Löschvorgang eines EE-PROMs nicht mit dem "normalen" TTL-Schaltungspegel von 5 V möglich.For many applications, it is necessary to use egg ner available voltage - for example a low operating voltage or input signal voltage - generate the required higher voltage values; for example, the deletion of an EE-PROM not with the "normal" TTL circuit level of 5V possible.

Es sind bereits Kaskadenschaltungen zur Spannungsver­ vielfachung bzw. Hochspannungserzeugung bekannt, die aus einer Kette von sternförmig geschalteten Dioden und Kondensatoren bestehen.There are already cascade circuits for voltage ver multiplication or high-voltage generation known from a chain of star diodes and Capacitors exist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und leicht zu realisierende Schaltung zur Spannungs­ überhöhung anzugeben, mit der sich - im Prinzip - be­ liebige Spannungswerte erzeugen lassen.The invention has for its object a simple and easy to implement circuit for voltage to indicate cant with which - in principle - be have any voltage values generated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features solved in the characterizing part of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments of the invention Circuit result from the subclaims.

Ein Schaltungsglied besteht lediglich aus zwei - über ein Schaltelement miteinander verbundenen - hinterein­ andergeschalteten Kondensatoren, so daß der Schaltungs­ aufbau sehr einfach ist. A circuit element consists of only two - over a switching element interconnected - behind each other other switched capacitors, so that the circuit construction is very simple.  

Durch Verknüpfung einzelner Schaltungsglieder - die über weitere Schaltelemente, die als Verbindungsele­ mente fungieren, hintereinandergeschaltet sind - läßt sich eine Schaltung realisieren, mit der sich beliebig hohe Maximalwerte der Ausgangsspannung und bei entspre­ chender Wahl bzw. Ansteuerung der Schaltelemente oder bei geeigneter Modulation des Eingangssignals auch kon­ tinuierlich abgestufte Spannungen erzeugen lassen - diese können an beliebigen Stellen der Schaltung stabil abgegriffen werden.By linking individual circuit elements - the about further switching elements, which as Verbindungsele elements act, are connected in series - lets realize a circuit with which any high maximum values of the output voltage and appropriate choice or control of the switching elements or with suitable modulation of the input signal also con Let the gradual tensions be generated - these can be stable anywhere in the circuit be tapped.

Da die Kondensatoren verschiedener Schaltungsglieder im Prinzip zueinander parallelgeschaltet sind, hat die Schaltung einen geringen Innenwiderstand; man kann da­ durch einerseits sehr hohe Energiewerte erreichen, an­ dererseits stehen die gewünschten Ausgangsspannungs­ werte sehr rasch an.Since the capacitors of various circuit elements in the Principle are connected in parallel to each other Circuit low internal resistance; you can there by achieving very high energy values on the one hand on the other hand, the desired output voltage evaluate very quickly.

Die Kondensatoren und die Schaltelemente können belie­ big ausgebildet sein: als Schaltelemente sind bei­ spielsweise mechanische, elektrische oder elektronische Schalter möglich; die Kondensatoren können unipolare oder bipolare Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapa­ zitätswerten sein, wobei der Kapazitätswert den Innenwiderstand und damit die Ausgangsleistung der Schaltung bestimmt. Die Schaltung läßt sich entweder diskret aus diskreten Bauelementen, integriert in einer integrierten Schaltung - wobei eine Integration auf­ grund der vorteilhaften Schaltungsanordnung sehr ein­ fach möglich ist - oder mit einer Kombination aus dis­ kreten und integrierten Bauelementen aufbauen.The capacitors and the switching elements can be big: as switching elements are at for example mechanical, electrical or electronic Switch possible; the capacitors can be unipolar or bipolar capacitors with different capacities be capacity values, the capacity value being the Internal resistance and thus the output power of the Circuit determined. The circuit can either discrete from discrete components, integrated in one integrated circuit - being an integration on very advantageous due to the advantageous circuit arrangement is possible - or with a combination of dis build crete and integrated components.

Die erfindungsgemäße Schaltung soll nachstehend anhand der Fig. 1 bis 4 näher beschrieben werden.The circuit according to the invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.

In der Fig. 1 ist ein einzelnes Schaltungsglied darge­ stellt, die Fig. 2 zeigt ein Schaltungsglied mit einer Diode als Schaltelement, die Fig. 3 beschreibt die Kaskadierung mehrerer Schaltungsglieder, und in der Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Fig. 3 mit Di­ oden als Schaltelemente dargestellt.In Fig. 1, a single circuit element is Darge, Fig. 2 shows a circuit element with a diode as a switching element, Fig. 3 describes the cascading of several circuit elements, and in Fig. 4 is an embodiment of Fig. 3 with Di oden shown as switching elements.

Gemäß Fig. 1 besteht ein Schaltungsglied 1 aus zwei Kondensatoren C1 und C2, deren erster Anschluß A11, A21 durch ein Schaltelement S1 und deren zweiter Anschluß A12, A22 mit einer der beiden Signalleitungen SL1, SL2 verbunden ist, die das an den beiden Eingängen IN1, IN2 anstehende Wechselspannungs-Eingangssignal UE weiter­ leiten.Referring to FIG. 1, a circuit section 1 consists of two capacitors C 1 and C 2, the first terminal A 11, A 21 through a switching element S 1 and the second terminal of A 12, A 22 with one of the two signal lines SL 1, SL 2 connected which forward the AC input signal U E present at the two inputs IN 1 , IN 2 .

Unter der Annahme, daß das Schaltelement S1 synchron zur Phase des Wechselspannungs-Eingangssignals UE gesteuert wird - dies ist beispielsweise automatisch beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 der Fall, wo das Schaltelement S₁ durch eine Diode D realisiert ist - werden - bei "geschlossenem" Schalter S1 - beide Kon­ densatoren C1, C2 in der ersten Halbwelle der Eingangs­ spannung UE auf die halbe Eingangsspannung (½ · UE) aufgeladen. In der nächsten Halbwelle der Ein­ gangsspannung wird der Schalter S1 "geöffnet" (die Di­ ode der Fig. 2 sperrt); am zweiten Kondensator 2 überlagert sich die Eingangsspannung UE zu der bereits vorhandenen Spannung (½ · UE), so daß man als maximale Ausgangsspannung UA das 1½fache der Eingangsspannung (³/₂ · UE) erhält, die zwischen dem Anschluß A22 und A11 bzw. zwischen dem Anschluß A21 und A12 abgegriffen werden kann. Assuming that the switching element S 1 is controlled synchronously with the phase of the AC input signal U E - this is automatically the case, for example, in the embodiment of FIG. 2, where the switching element S 1 is realized by a diode D - are - with "closed "Switch S 1 - both capacitors C 1 , C 2 in the first half-wave of the input voltage U E to half the input voltage (½ · U E ) charged. In the next half-wave of the input voltage, the switch S 1 is "opened" (the diode of FIG. 2 blocks); on the second capacitor 2, the input voltage U E is superimposed on the already existing voltage (½ · U E ), so that the maximum output voltage U A that is 1½ times the input voltage (³ / ₂ · U E ) obtained between the connection A 22nd and A 11 or between the terminals A 21 and A 12 can be tapped.

In der Fig. 3 ist eine Schaltung aus - über weitere Schaltelemente S2 verbundene - hintereinandergeschalte­ ten Schaltungsgliedern 1 . . . N dargestellt; die beiden Signalleitungen SL1, SL2 sind mit jeweils einem An­ schluß A12 bzw. A22 der beiden Kondensatoren jedes Schaltungsglieds 1 . . . N verbunden.In Fig. 3 is a circuit from - connected via further switching elements S 2 - connected in series th circuit elements 1st . . N shown; the two signal lines SL 1 , SL 2 are each with an on circuit A 12 and A 22 of the two capacitors of each circuit element 1 . . . N connected.

Die Spannungsüberhöhung ergibt sich dadurch, daß je­ weils die ersten oder die zweiten Kondensatoren der Schaltungsglieder in einer Phase des Wechselspannungs- Eingangssignals UE durch die Kondensatoren vorhergehen­ der Schaltungsglieder in Serie mit der Eingangsspannung auf immer höhere Spannungswerte aufgeladen werden, wo­ bei in jeder Phase der Eingangsspannung die Kondensato­ ren aller Schaltungsglieder nachgeladen werden. Durch jedes Schaltungsglied wird die Spannung um den Wert der Eingangsspannung erhöht; daher beträgt die maximale Ausgangsspannung Umax - diese steht zwischen dem An­ schluß A11 des ersten Kondensators C1 des ersten Schal­ tungsglieds 1 und dem Anschluß A21 des zweiten Konden­ sators C2 des letzten Schaltungsglieds N an - bei N- Schaltungsgliedern Umax=(N+½) · UE. Um eine etwas höhere Spannung zu erreichen, kann der erste Kondensa­ tor C1 des ersten Schaltungsglieds 1 entfallen.The voltage rise results from the fact that the first or the second capacitors of the circuit elements in a phase of the AC voltage input signal U E precede the circuit elements in series with the input voltage to higher and higher voltage values, where in each phase the Input voltage, the capacitors of all circuit elements can be recharged. Each circuit element increases the voltage by the value of the input voltage; therefore, the maximum output voltage U max - this is between the circuit A 11 of the first capacitor C 1 of the first circuit element 1 and the terminal A 21 of the second capacitor C 2 of the last circuit element N - at N circuit elements U max = (N + ½) · U E. In order to achieve a somewhat higher voltage, the first capacitor C 1 of the first circuit element 1 can be omitted.

Falls eine geringere Spannung als die maximale Ausgangsspannung Umax benötigt wird, können beliebige Vielfache der Eingangsspannung an der entsprechenden Stelle der Schaltung abgegriffen werden, wobei einer oder mehrere Kondensatoren der Schaltungsglieder aus Stabilitätsgründen - um Sperrstrom-Einflüsse zu vermei­ den und zur Sicherstellung einer Belastungsunabhängig­ keit - kurzgeschlossen werden.If a voltage lower than the maximum output voltage U max is required, any multiple of the input voltage can be tapped at the corresponding point in the circuit, with one or more capacitors of the circuit elements for reasons of stability - to avoid reverse current influences and to ensure load independence - be short-circuited.

Beliebige kontinuierliche Spannungswerte lassen sich erzeugen, wenn an einer (oder mehreren) geeigneten Stelle(n) einer oder mehrere der Kondensatoren durch andere Bauelemente, Netzwerke dieser Bauelemente oder durch Signalquellen ersetzt werden.Any continuous voltage values can be generate if on one (or more) suitable  Put one or more of the capacitors through other components, networks of these components or be replaced by signal sources.

Die Schaltelemente S1 und S2 sind über Verbindungslei­ tungen mit einem oder mehreren externen Taktgeneratoren verbunden.The switching elements S 1 and S 2 are connected via connecting lines to one or more external clock generators.

In der Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Schaltelemente S1 und S2 durch Dioden D realisiert sind, so daß alle Schaltelemente synchron zur Phase der Eingangsspannung UE schalten und das Wechselspannungs-Eingangssignal nur jeweils in einer Halbwelle durchlassen. Bei dieser Schaltungsvariante können - ohne Ersetzung bzw. Kurzschließen einzelner Kondensatoren - stabile Spannungswerte zwischen den An­ schlüssen der Dioden verschiedener Schaltungsglieder abgegriffen werden.In FIG. 4, an embodiment is shown, in which the switching elements S 1 and S are realized 2 by diodes D, so that all the switching elements synchronously switch to the phase of the input voltage U E and the AC input signal to pass through in one half-wave only, respectively. With this circuit variant, stable voltage values can be tapped between the connections of the diodes of different circuit elements without replacing or short-circuiting individual capacitors.

Werden die Schaltelemente S1 bzw. S2 nicht durch Dioden realisiert, kann mit Hilfe von Steuersignalen auf den Verbindungsleitungen, die zur Ansteuerung der Schalt­ elemente S1 bzw. S2 (EIN-AUS-Steuerung) dienen, die Ausgangsspannung beeinflußt werden; je nach Relation bzw. Phasenlage des Steuersignals bezüglich der Ein­ gangsspannung kann die Polarität und der Wert der Aus­ gangsspannung verändert werden.If the switching elements S 1 or S 2 are not realized by diodes, the output voltage can be influenced with the aid of control signals on the connecting lines which serve to control the switching elements S 1 or S 2 (ON-OFF control); depending on the relation or phase of the control signal with respect to the input voltage, the polarity and the value of the output voltage can be changed.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung lassen sich - bei geeigneter Rückführung des Ausgangs eines oder mehrerer der Schaltungsglieder auf die Logik zur Steuerung der Schaltelemente oder auf das Eingangssignal selbst - Rückkoppelschleifen bzw. Regelschleifen realisieren, mit denen Spannungen beliebiger Werte geregelt werden können. With the circuit according to the invention can be - at appropriate feedback of the output of one or more of the circuit elements on the logic for controlling the Switching elements or on the input signal itself - Realize feedback loops or control loops, with which voltages of any values are regulated can.  

Einsetzen läßt sich die erfindungsgemäße Schaltung überall dort, wo höhere Spannungen als die zur Verfü­ gung stehenden Spannungswerte benötigt werden. Als ex­ emplarische Anwendungsbeispiele seien die Löschspan­ nungserzeugung für EE-PROMs ( V bei einem TTL-Pegel von 5 V), die Ansteuerung von Lumineszenz-Displays (. . . V), die Bereitstellung der benötigten Spannung bei Schnittstellen-ICs (± 12 V) und die Erzeugung von Ab­ stimmspannungen für Kapazitätsdioden genannt.The circuit according to the invention can be used wherever higher voltages than available voltage values are required. As ex The extinguishing chips are exemplary application examples generation for EE-PROMs (V at a TTL level of 5 V), the control of luminescence displays (... V), providing the required voltage at Interface ICs (± 12 V) and the generation of Ab called tuning voltages for capacitance diodes.

Claims (14)

1. Schaltung zur Spannungsüberhöhung eines Wechselspan­ nungs-Eingangssignals, das an zwei Schaltungseingängen (IN1, IN2) ansteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung eine beliebige Anzahl von Schaltungsgliedern aufweist, daß ein Schaltungsglied (1) aus zwei hintereinandergeschalteten Kondensatoren (C1, C2) und einem Schaltelement (S1) besteht, wobei die ersten An­ schlüsse (A11, A21) der beiden Kondensatoren (C1, C2) über das Schaltelement (S1) miteinander verbunden sind und das Wechselspannungs-Eingangssignal (UE) über zwei Signalleitungen (SL1, SL2) an den zweiten Anschlüssen (A12, A22) der beiden Kondensatoren (C1, C2) anliegt, und daß zwischen dem mit dem Schaltelement (S1) verbun­ denen Anschluß (A11, A21) eines Kondensators (C1, C2) des Schaltungsglieds (1) und dem mit der Signalleitung (SL2, SL1) verbundenen Anschluß (A22 bzw. A12) des je­ weils anderen Kondensators (C2, C1) eine Ausgangsspan­ nung (UA) ansteht, deren Amplitude größer als die des Wechselspannungs-Eingangssignals (UE) ist.1. Circuit for increasing the voltage of an AC voltage input signal which is present at two circuit inputs (IN 1 , IN 2 ), characterized in that the circuit has any number of circuit elements, that a circuit element ( 1 ) from two series-connected capacitors (C 1 , C 2 ) and a switching element (S 1 ), the first connections (A 11 , A 21 ) of the two capacitors (C 1 , C 2 ) being connected to one another via the switching element (S 1 ) and the AC input signal (U E ) via two signal lines (SL 1 , SL 2 ) to the second connections (A 12 , A 22 ) of the two capacitors (C 1 , C 2 ), and that between the one and the switching element (S 1 ) Connection (A 11 , A 21 ) of a capacitor (C 1 , C 2 ) of the circuit element ( 1 ) and the connection (A 22 or A 12 ) connected to the signal line (SL 2 , SL 1 ) of the respective other capacitor ( C 2 , C 1 ) an output voltage (U A ) a n whose amplitude is greater than that of the AC input signal (U E ). 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schaltungsglieder (1, 2 . . . N) über weitere Schaltelemente (S2) hintereinandergeschaltet sind, wobei die weiteren Schaltelemente (S2) den ersten Anschluß (A21) des zweiten Kondensators (C2) eines Schaltungsglieds mit dem ersten Anschluß (A11) des er­ sten Kondensators (C1) des nachfolgenden Schaltungs­ glieds verbinden, und daß die zweiten Anschlüsse (A12 bzw. A22) der Kondensatoren (C1, C2) aller Schaltungs­ glieder (1 . . . H) jeweils über die beiden Signalleitun­ gen (SL1 bzw. SL2) miteinander verbunden sind.2. Circuit according to claim 1, characterized in that the individual circuit elements ( 1 , 2 ... N) are connected in series via further switching elements (S 2 ), the further switching elements (S 2 ) being the first connection (A 21 ) of the second Connect the capacitor (C 2 ) of a circuit element to the first terminal (A 11 ) of the first capacitor (C 1 ) of the subsequent circuit element, and that the second terminals (A 12 and A 22 ) of the capacitors (C 1 , C 2 ) of all circuit elements ( 1 ... H) are connected to each other via the two signal lines (SL 1 and SL 2 ). 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schaltungsglied die maximale Ausgangsspannung (Umax) um den Spannungswert des Eingangssignals (UE) erhöht, und daß die maximale Ausgangsspannung (Umax) zwischen den nicht mit der Signalleitung verbundenen Anschlüssen (A11, A21) des ersten Kondensators (C1) des ersten Schaltungsglieds (1) und des zweiten Kondensa­ tors (C2) des letzten Schaltungsglieds (N) ansteht.3. A circuit according to claim 2, characterized in that each circuit element increases the maximum output voltage (U max ) by the voltage value of the input signal (U E ), and that the maximum output voltage (U max ) between the connections (A.) Not connected to the signal line 11 , A 21 ) of the first capacitor (C 1 ) of the first circuit element ( 1 ) and the second capacitor (C 2 ) of the last circuit element (N). 4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einer oder mehrere der Kondensatoren (C1, C2) der Schaltungsglieder (1, 2 . . . H) durch Schaltungsmittel oder Signalquellen ersetzt werden, so daß beliebige kontinuierliche Werte der Ausgangsspan­ nung (UA) an verschiedenen Punkten der Schaltung stabil abgegriffen werden können.4. A circuit according to claim 2 or 3, characterized in that one or more of the capacitors (C 1 , C 2 ) of the circuit elements ( 1 , 2 ... H) are replaced by switching means or signal sources, so that any continuous values of Output voltage (U A ) can be tapped stably at various points in the circuit. 5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltungsmittel Brücken, Kondensatoren, Wider­ stände, Dioden, Spulen oder Kombinationen dieser Bau­ elemente vorgesehen sind.5. Circuit according to claim 4, characterized in that as switching means bridges, capacitors, opp stands, diodes, coils or combinations of these structures elements are provided. 6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalquellen Wechselspannungsquellen, Gleich­ spannungsquellen oder Kombinationen dieser Spannungs­ quellen vorgesehen sind. 6. Circuit according to claim 4, characterized in that as signal sources AC voltage sources, equal voltage sources or combinations of this voltage sources are provided.   7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerleitungen zu den Schalt­ elementen (S1, S2) der Schaltungsglieder (1, 2 . . . H) vorgesehen sind, über die die Schaltelemente S1, S2 durch Schaltsignale gesteuert werden, und daß der Wert und die Polarität der Ausgangsspannung (UA) in Abhän­ gigkeit der Schaltsignale veränderbar sind.7. Circuit according to one of claims 1 to 6, characterized in that control lines to the switching elements (S 1 , S 2 ) of the circuit elements ( 1 , 2 ... H) are provided, via which the switching elements S 1 , S 2 are controlled by switching signals, and that the value and the polarity of the output voltage (U A ) are changeable as a function of the switching signals. 8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines oder mehrerer der Schaltungsglieder mit dem Eingang eines vorhergehenden Schaltungsgliedes zur Bildung einer Rückkoppelschleife verbunden ist, und daß durch diese Rückkoppelschleife der Wert der abgegriffenen Ausgangsspannung stabili­ siert wird.8. Circuit according to one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the output of one or more of the Circuit elements with the input of a previous one Circuit element to form a feedback loop is connected, and that through this feedback loop the value of the tapped output voltage stabili is settled. 9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (S1, S2) elektronische Schalter sind.9. Circuit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the switching elements (S 1 , S 2 ) are electronic switches. 10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (S1, S2) Transistoren sind.10. A circuit according to claim 9, characterized in that the switching elements (S 1 , S 2 ) are transistors. 11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (S1, S2) Dioden sind.11. Circuit according to one of claims 1 to 6 and 8, characterized in that the switching elements (S 1 , S 2 ) are diodes. 12. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (S1, S2) mechanische Schalter sind. 12. Circuit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the switching elements (S 1 , S 2 ) are mechanical switches. 13. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß sie aus diskreten Bauelemen­ ten aufgebaut ist.13. Circuit according to one of claims 1 to 12, there characterized in that they are made of discrete building elements ten is built. 14. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß sie als integrierte Schaltung aufgebaut ist.14. Circuit according to one of claims 1 to 12, there characterized in that it is an integrated circuit is constructed.
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