DE4312766C2

DE4312766C2 - Schaltung zur Spannungsüberhöhung

Info

Publication number: DE4312766C2
Application number: DE19934312766
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Rauter
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Microchip Technology Munich GmbH
Priority date: 1993-04-20
Filing date: 1993-04-20
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2013-04-21
Also published as: DE4312766A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.

Eine derartige Schaltung ist beispielsweise aus der DE 41 10 878 A1 bekannt. Die dort beschriebene Schaltung weist eine Reihenschaltung aus einem ersten Kondensator, einem dem ersten Kondensator nachgeschalteten ersten Schaltelement, einem dem ersten Schaltelement nachgeschalteten zweiten Kondensator, einem den zweiten Kondensator nachgeschalteten zweiten Schaltelement und einem dem zweiten Schaltelement nachgeschal teten dritten Kondensator auf, über die zwei Schaltungseingänge, an denen ein Wechselspannungs-Eingangssignal an liegt, miteinander verbunden sind. Die Schaltung weist des weiteren ein zum ersten Schaltelement, zweiten Kondensator und zweiten Schaltelement parallel geschaltetes drittes Schaltelement auf, das bei offenem ersten und offenem zweiten Schaltele ment geschlossen ist und bei geschlossenem ersten und geschlossenem zweiten Schaltelement offen ist. Die überhöhte Ausgangsspannung wird an den Kondensatoranschlüssen des zweiten Kondensators bereitgestellt.

Der wesentliche Nachteil dieser Schaltung besteht darin, daß der zweite Kondensator über zwei Schaltelemente aufgeladen wird, was sich aufgrund des Spannungsabfalls an den Schaltelementen, insbesondere bei einer geringen Amplitude des Wechselspannungs-Eingangssignals, ungünstig auf die erzielbare Ausgangsspannung auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, die mit wenigen Bauelemen ten einfach und leicht realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungs gemäßen Schaltung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Schaltung vereinigt mehrere Vorteile in sich:

- Sie besteht lediglich aus drei Kondensatoren und zwei Schaltelemen ten, so daß der Schaltungsaufbau sehr einfach ist.
- Bei entsprechender Wahl bzw. Ansteuerung der Schaltelemente können auch kontinuierlich abgestufte Spannungswerte gewonnen werden; diese Spannungen können an der Schaltung stabil abgegriffen werden.
- Die Kondensatoren und die Schaltelemente können beliebig ausgebildet sein: als Schaltelemente sind beispielsweise mechanische, elektrische oder elektronische Schalter möglich; die ersten und zweiten Kondensatoren können beliebige unipolare Kondensatoren, die dritten Kondensatoren beliebige polare oder unipolare Kondensatoren sein.
- Die Schaltung läßt sich entweder diskret aus diskreten Bauelementen, integriert in einer integrierten Schaltung - wobei eine Integration aufgrund der Schaltungsanordnung sehr einfach möglich ist - oder mit einer Kombination aus diskreten und integrierten Bauelementen aufbauen.

Die erfindungsgemäße Schaltung soll nachstehend anhand der Figuren näher beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Schaltung und

Fig. 2 die Schaltung aus Fig. 1 mit Dioden als Schaltelemente.

Gemäß Fig. 1 besteht die erfindungsgemäße Schaltung aus drei Kondensatoren C₁, C₂, C₃ und zwei Schaltelementen S₁, S₂. Das erste Schaltelement S₁ verbindet die ersten An schlüsse A₁₁, A₂₁ des ersten und zweiten Kondensators C₁, C₂; das zweite Schaltelement S₂ verbindet den er sten Anschluß A₂₁ des zweiten Kondensators C₂ mit dem zweiten Anschluß A₃₂ des dritten Kondensators C₃. Die beiden ersten Anschlüsse A₁₁, A₃₁ des ersten und drit ten Kondensators C₁, C₃ sind direkt miteinander verbun den. Der zweite Anschluß A₁₂ des ersten Kondensators C₁ ist mit der ersten Signalleitung SL₁, der zweite An schluß A₂₂ des zweiten Kondensators C₂ mit der zweiten Signalleitung SL₂ verbunden; die beiden Signalleitungen SL₁, SL₂ leiten das an den beiden Schaltungseingängen IN₁, IN₂ anstehende Wechselspannungs-Eingangssignal U_E weiter. Die Schaltelemente S₁, S₂ können über Taktlei tungen mit externen Taktgeneratoren verbunden werden, die das Öffnen und Schließen der Schaltelemente S₁, S₂ synchronisieren. Die beiden Schaltelemente S₁ und S₂ werden asynchron angesteuert, wobei bei "geschlossenem" Schaltelement S₁ das Schaltelement S₂ geöffnet ist und umgekehrt beim Schließen des Schaltelements S₂ das Schaltelement S₁ geöffnet wird.

Unter der Annahme, daß die Schaltelemente S₁, S₂ mit der Phase des Wechselspannungs-Eingangssignals U_E ge schaltet werden - dies ist beispielsweise automatisch beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 der Fall, wo die Schaltelemente S₁, S₂ durch Dioden D₁, D₂ realisiert sind -, werden (bei "geschlossenem" Schaltelement S₁ und geöffnetem Schaltelement S₂, die beiden Kondensato ren C₁ und C₂ in der ersten Halbwelle des Wechselspan nungs-Eingangssignals UE aufgeladen; die Eingangsspan nung UE wird dabei abhängig von den Kapazitätswerten der Kondensatoren C₁ und C₂ auf diese Kondensatoren aufgeteilt. In der zweiten Halbwelle des Wechselspan nungs-Eingangssignals U_E wird das Schaltelement S₁ "ge öffnet" (die Diode D₁ der Fig. 2 sperrt) und das Schaltelement S₂ wird geschlossen (die Diode D₂ der Fig. 2 ist leitend); hierdurch wird der dritte Kondensa tor C₃ von der Eingangsspannung U_E und der Spannung auf dem ersten Kondensator C₁ und dem zweiten Kondensator C₂ aufgeladen. Als Ausgangsspannung U_A, die zwischen den beiden Anschlüssen A₃₁ und A₃₂ des dritten Konden sators C₃ abgegriffen werden kann, erhält man den dop pelten Wert (2 · U_E) der Eingangsspannung U_E. Die Auf ladegeschwindigkeit und damit die Zeit, nach der der Maximalwert der Spannung bzw. die gesamte Energie zur Verfügung steht, hängt einerseits vom Verhältnis der Kapazitätswerte des ersten und zweiten Kondensators C₁, C₂ zum dritten Kondensator C₃ und andererseits von der Frequenz des Wechselspannungs-Eingangssignals U_E ab.

Bei einer Integration der Schaltung müssen die Konden satoren C₁, C₂, C₃ relativ kleinflächig ausgebildet werden. Zur Speicherung der hohen Energiewerte kann da her ein externer Puffer-Kondensator vorgesehen wer den, der mit denjenigen Kondensatoran schlüssen verbunden ist, zwischen denen die Ausgangsspannung U_A ansteht.

Die Schaltelemente S₁, S₂ können beliebig ausgebil det sein und sind über Taktleitungen mit einem oder mehreren externen Taktgeneratoren verbunden. Mit Hilfe der Schaltphase des Steuersignals zur Ansteuerung der Schaltelemente (EIN-AUS-Steuerung) kann die Ausgangs spannung U_A beeinflußt werden; je nach Relation bzw. Phasenlage des Steuersignals zur Phase der Eingangs spannung kann die Polarität und der Wert der Ausgangs spannung verändert werden. Werden die Schaltelemente S₁, S₂ allerdings durch Dioden realisiert - wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 mit den Dioden D₁, D₂ dargestellt - schalten sie bereits synchron zur Phase der Eingangsspannung U_E; eine externe Taktansteuerung der Schaltelemente ist bei dieser Ausführungsform nicht erforderlich.

Die Ausgangsspannung kann optional auch auf die Schal tungseingänge zurückgeführt werden, so daß Spannungsre gelschleifen entstehen; damit ist eine Spannungsrege lung zur Konstanthaltung der Spannung über die Regelung der Impulsbreite bzw. Impulsfrequenz der Schaltimpulse möglich.

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 (ca. 12 V bei einem TTL-Pe gel von 5 V), die Ansteuerung von Lumineszenz-Displays (ca. 70 V), die Bereitstellung der benötigten Spannung bei Schnittstellen-ICs (± 12 V), die Erzeugung von Ab stimmspannungen für Kapazitätsdioden, und die Erzeugung von Gasentladungs-Spannungen oder die Ansteuerung von Glimmlampen genannt.

Claims

1. Schaltung zur Spannungsüberhöhung eines an zwei Schaltungseingängen (IN₁, IN₂) anstehenden Wechselspan nungs-Eingangssignals (U_E), mit drei Kondensatoren (C₁, C₂, C₃) und Schaltelementen (S₁, S₂), wobei

a) ein erstes Schaltelement (S₁) die ersten Anschlüs se (A₁₁, A₂₁) des ersten Kondensators (C₁) und des zweiten Kondensators (C₂) verbindet,
b) ein zweites Schaltelement (S₂) den ersten Anschluß (A₂₁) des zweiten Kondensators (C₂) mit dem zwei ten Anschluß (A₃₂) des dritten Kondensators (C₃) verbindet,
c) das Wechselspannungs-Eingangssignal (U_E) über eine erste Signalleitung (SL₁) am zweiten Anschluß (A₁₂) des ersten Kondensators (C₁) und über eine zweite Signalleitung (SL₂) am zweiten Anschluß (A₂₂) des zweiten Kondensators (C₂) anliegt,
d) zwischen den beiden Anschlüssen (A₃₁, A₃₂) des dritten Kondensators (C₃) eine Ausgangsspannung (U_A) ansteht, die im unbelasteten Zustand dem doppelten Wechselspannungs-Eingangssignal (U_E) entspricht und im belasteten Zustand eine größere Amplitude als das Wechselspannungs-Eingangssignal (U_E) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß
e) die ersten Anschlüsse (A₁₁, A₃₁) des ersten Kon densators (C₁) und des dritten Kondensators (C₃) direkt miteinander verbunden sind, und daß
f) die Schaltung außer dem ersten und zweiten Schalt element (S₁ und S₂) keine weiteren Schaltelemente aufweist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die beiden Schaltelemente (S₁, S₂) derart entgegengesetzt angesteuert werden, daß in der ersten Halbwelle des Wechselspannungs-Eingangssignals (U_E) das erste Schaltelement (S₁) geschlossen und das zweite Schaltelement (S₂) geöffnet sind und die beiden mit dem ersten Schaltelement (S₁) verbundenen Kondensatoren (C₁, C₂) aufgeladen werden, und daß in der zweiten Halbwelle des Wechselspannungs-Eingangssignals (U_E) das erste Schalt element (S₁) geöffnet und das zweite Schaltelement (S₂) geschlossen sind und der dritte Kondensator (C₃) aufge laden wird.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (S₁, S₂) mit Steuerleitungen verbunden sind, und daß die Schaltelemente (S₁, S₂) durch auf den Steuerleitungen anstehende Schaltsignale steuerbar sind.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert und die Polarität der Ausgangsspannung (U_A) in Abhängigkeit der Phasenlage der Schaltsignale bezüglich der Phase des Wechselspannungs-Eingangssi gnals (U_E) veränderbar sind.

5. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (S₁, S₂) als Dioden (D₁, D₂) realisiert sind und in Abhängigkeit der Polarität des Wechselspannungs-Eingangssignals (U_E) schalten.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (S₁, S₂) als elektronische Schalter realisiert sind.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (S₁, S₂) als Transistoren ausgebildet sind.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (S₁, S₂) als mechanische Schalter realisiert sind.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß sie diskrete Bauelemente auf weist.

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß sie als integrierte Schaltung ausgebildet ist.