DE69701125T2 - Spannungswandler - Google Patents

Spannungswandler

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DE69701125T2
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Spannungswandler mit einer ersten Speiseklemme, einer zweiten Speiseklemme, einer Ausgangsklemme; einer ersten Ladungspumpe mit einem ersten Kondensator mit einer ersten und einer zweiten Elektrode, ersten Mitteln, um abwechselnd entweder die erste Elektrode des ersten Kondensators mit der ersten Speiseklemme und die zweite Elektrode des ersten Kondensators mit der zweiten Speiseklemme zu koppeln oder die zweite Elektrode des ersten Kondensators mit der ersten Speiseklemme zu koppeln; einer zweiten Ladungspumpe mit einem zweiten Kondensator mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, zweiten Mitteln um abwechselnd, phasengleich mit den ersten Mitteln, entweder die erste Elektrode des zweiten Kondensators mit der ersten Speiseklemme und die zweite Elektrode des zweiten Kondensators mit der zweiten Speiseklemme zu koppeln oder die zweite Elektrode des zweiten Kondensators mit der ersten Speiseklemme zu koppeln; und einem ersten unidirektionalen Element, das zwischen die erste Elektrode des ersten Kondensators und die Ausgangsklemme geschaltet ist.
  • Ein derartiger Spannungswandler ist aus dem europäischen Patent 0.626.750 bekannt und dient zur Erzeugung einer Gleichspannung, die höher ist als die Speisespannung des Spannungswandlers. Der Spannungswandler kann beispielsweise in integrierten Schaltungen verwendet werden, bei denen ein Teil der integrierten Schaltung eine Gleichspannung benötigt, die größer ist als die Speisespannung. Die ersten Mittel umfassen einen ersten Transistor, der zwischen die erste Speiseklemme und die erste Elektrode des ersten Kondensators geschaltet ist, und einen ersten Inverter, dessen Ausgang mit der zweiten Elektrode des ersten Kondensators gekoppelt ist und dessen Eingang mit einem Ausgang eines Impulsgenerators gekoppelt ist. Die zweiten Mittel umfassen einen zweiten Transistor, der zwischen die erste Speiseklemme und die erste Elektrode des zweiten Kondensators geschaltet ist, und einen zweiten Inverter, dessen Ausgang mit der zweiten Elektrode des zweiten Kondensators und dessen Eingang mit dem Ausgang des Impulsgenerators gekoppelt ist. Der bekannte Spannungswandler umfasst auch eine dritte und eine vierte Ladungspumpe mit dritten und vierten Mitteln. Die dritte und die vierte Ladungspumpe und die dritten und die vierten Mittel sind jeweils identisch aufgebaut wie die erste und die zweite Ladungspumpe bzw. die ersten und die zweiten Mittel. Die dritten und die vierten Mittel arbeiten gegenphasig zu den ersten und den zweiten Mitteln. Während einer zweiten Phase liefert die zweite Ladungspumpe eine Gleichspannung an eine Steuerelektrode eines Transistors der vierten Ladungspumpe; während einer ersten Phase liefert die vierte Ladungspumpe eine Gleichspannung an eine Steuerelektrode des zweiten Transistors. Der erste Kondensator wird in der ersten Phase über den ersten Transistor mittels einer Kopplung der ersten Elektrode des ersten Kondensators mit der ersten Speiseklemme und über den Ausgang des ersten Inverters mittels einer Kopplung der zweiten Elektrode des ersten Kondensators mit der zweiten Speiseklemme geladen. Das Potential an der ersten Elektrode des ersten Kondensators erreicht einen Wert, der nahezu gleich dem Potential an der ersten Speiseklemme ist, weil in der ersten Phase das Potential an der Steuerelektrode des ersten Transistors ungefähr zweimal so hoch ist wie das Potential an der ersten Speiseklemme, so dass der erste Transistor auch im leitenden Zustand bleibt, wenn das Potential an der zweiten Elektrode des ersten Transistors sich dem Potential an der ersten Speiseklemme annähert. In der zweiten Phase ist das Potential an der ersten Elektrode des ersten Kondensators ungefähr zweimal so hoch wie das Potential an der ersten Speiseklemme infolge einer Kopplung, über den Ausgang des ersten Inverters, der zweiten Elektrode des ersten Kondensators mit der ersten Speiseklemme. Der erste Transistor ist in der zweiten Phase nichtleitend. Die Gleichrichterdiode überträgt eine Ladungsmenge aus dem ersten Kondensator auf eine Last, die mit der Ausgangsklemme gekoppelt ist. Das Potential an der ersten Elektrode des ersten Kondensators nimmt infolgedessen ab, so dass eine Spannungswelligkeit an der ersten Elektrode des ersten Kondensators auftritt. Da die Spannungsdifferenz an der Gleichrichterdiode in erster Näherung konstant ist, bewirkt die Spannungswelligkeit an der ersten Elektrode des ersten Kondensators eine Spannungswelligkeit an der Ausgangsklemme.
  • Ein Nachteil des bekannten Spannungswandlers ist, dass zum Erhalten einer Ausgangsspannung mit einem niedrigen Welligkeitswert ein Glättungskondensator mit einem verhältnismäßig hohen Kapazitätswert mit der Ausgangsklemme gekoppelt werden muss.
  • Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, einen Spannungswandler mit einer kleineren Spannungswelligkeit zu verschaffen, so dass mit der Ausgangsklemme kein Kondensator mit einem verhältnismäßig hohen Kapazitätswert gekoppelt zu werden braucht.
  • Erfindungsgemäß ist der Spannungswandler hierzu dadurch gekennzeichnet, dass das erste unidirektionale Element einen ersten Ausgangstransistor umfasst mit einer Steuerelektrode, die mit der ersten Elektrode des zweiten Kondensators gekoppelt ist, einer ersten Hauptelektrode, die mit der ersten Elektrode des ersten Kondensators gekoppelt ist und einer zweiten Hauptelektrode, die mit der Ausgangsklemme gekoppelt ist.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Spannungswelligkeit an der Ausgangsklemme dadurch verringert werden kann, dass die Gleichrichterdiode durch einen Ausgangstransistor ersetzt wird, der die Funktion der Gleichrichterdiode sowie die Funktion eines Spannungsstabilisators erfüllt. Die an der ersten Elektrode des ersten Kondensators auftretende Spannungswelligkeit bewirkt keine Spannungswelligkeit an der Ausgangsklemme, weil die Größe der Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme durch das Potential an der Steuerelektrode des Ausgangstransistors minus der Spannungsdifferenz zwischen der Steuerelektrode und der zweiten Hauptelektrode bestimmt wird.
  • Während der zweiten Phase ist die Spannungsdifferenz zwischen der Steuerelektrode und der zweiten Hauptelektrode des ersten Ausgangstransistors in erster Näherung konstant. Das Potential an der Steuerelektrode ist auch während der zweiten Phase konstant. Wenn der Kapazitätswert des ersten Kondensators genügend hoch ist, wird das Potential an der ersten Hauptelektrode des Ausgangstransistors immer höher sein als das Potential an der zweiten Hauptelektrode des Ausgangstransistors während der zweiten Phase. Der Ausgangstransistor wirkt während der zweiten Phase als Spannungsstabilisator, was verhindert, dass die Spannungswelligkeit an der ersten Elektrode des ersten Kondensators zur Ausgangsklemme weitergeleitet wird.
  • Der erste Ausgangstransistor ist während der ersten Phase nichtleitend, so dass zur Ausgangsklemme keine Ladung übertragen wird. Während der ersten Phase kann nämlich infolge einer Last, die mit der Ausgangsklemme gekoppelt sein kann, eine Spannungswelligkeit auftreten. Um auch während der ersten Phase eine Spannungswelligkeit an der Ausgangsklemme zu verhindern, kann der Spannungswandler zusätzlich eine dritte Ladungspumpe umfassen, die einen dritten Kondensator mit einer ersten und einer zweiten Elektrode umfasst, dritte Mittel, um abwechselnd, gegenphasig zu den ersten Mitteln, entweder die erste Elektrode des dritten Kondensators mit der ersten Speiseklemme und die zweite Elektrode des dritten Kondensators mit der zweiten Speiseklemme zu koppeln oder die zweite Elektrode des dritten Kondensators mit der ersten Speiseklemme zu koppeln; eine vierte Ladungspumpe, die einen vierten Kondensator mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode umfasst, vierte Mittel, um abwechselnd, gegenphasig zu den zweiten Mitteln, entweder die erste Elektrode des vierten Kondensators mit der ersten Speiseklemme und die zweite Elektrode des vierten Kondensators mit der zweiten Speiseklemme zu koppeln oder die zweite Elektrode des vierten Kondensators mit der ersten Speiseklemme zu koppeln; und einen zweiten Ausgangstransistor mit einer Steuerelektrode, die mit der ersten Elektrode des vierten Kondensators gekoppelt ist, einer ersten Hauptelektrode, die mit der ersten Elektrode des dritten Kondensators gekoppelt ist und einer zweiten Hauptelektrode, die mit der Ausgangsklemme gekoppelt ist. Der zweite Ausgangstransistor leitet während der ersten Phase und überträgt eine Ladungsmenge vom dritten Kondensator zur Ausgangsklemme. Der zweite Ausgangstransistor wirkt während der ersten Phase als Spannungsstabilisator, wobei verhindert wird, dass die Spannungswelligkeit an der ersten Elektrode des dritten Kondensators an die Ausgangsklemme weitergeleitet wird. Infolgedessen tritt an der Ausgangsklemme nahezu keine Spannungswelligkeit auf.
  • Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannungswandlers kann dadurch gekennzeichnet sein, dass der Spannungswandler eine erste Eingangsklemme umfasst, die mit der zweiten Elektrode des ersten Kondensators und mit der zweiten Elektrode des zweiten Kondensators gekoppelt ist, eine zweite Eingangsklemme, die mit der zweiten Elektrode des dritten Kondensators und mit der zweiten Elektrode des vierten Kondensators gekoppelt ist, einen ersten Transistor mit einer ersten Hauptelektrode, die mit der ersten Speiseklemme gekoppelt ist, einer zweiten Hauptelektrode, die mit der ersten Elektrode des ersten Kondensators gekoppelt ist und einer Steuerelektrode, die mit der ersten Elektrode des vierten Kondensators gekoppelt ist, einen zweiten Transistor mit einer ersten Hauptelektrode, die mit der ersten Speiseklemme gekoppelt ist, einer zweiten Hauptelektrode, die mit der ersten Elektrode des zweiten Kondensators gekoppelt ist und einer Steuerelektrode, die mit der ersten Elektrode des vierten Kondensators gekoppelt ist, einen dritten Transistor mit einer ersten Hauptelektrode, die mit der ersten Speiseklemme gekoppelt ist, einer zweiten Hauptelektrode, die mit der ersten Elektrode des dritten Kondensators gekoppelt ist und einer Steuerelektrode, die mit der ersten Elektrode des zweiten Kondensators gekoppelt ist, einen vierten Transistor mit einer ersten Hauptelektrode, die mit der ersten Speiseklemme gekoppelt ist, einer zweiten Hauptelektrode, die mit der ersten Elektrode des vierten Kondensators gekoppelt ist und einer Steuerelektrode, die mit der ersten Elektrode des zweiten Kondensators gekoppelt ist; ein erstes Schaltelement mit einer ersten Elektrode, die mit der ersten Speiseklemme gekoppelt ist, einer zweiten Elektrode, die mit der zweiten Speise klemme gekoppelt ist und einer dritten Elektrode, die mit der ersten Eingangsklemme gekoppelt ist, um abwechselnd entweder die erste Eingangsklemme mit der zweiten Speiseklemme oder die erste Eingangsklemme mit der ersten Speiseklemme zu koppeln; und ein zweites Schaltelement mit einer ersten Elektrode, die mit der ersten Speiseklemme gekoppelt ist, einer zweiten Elektrode, die mit der zweiten Speiseklemme gekoppelt ist und einer dritten Elektrode, die mit der zweiten Eingangsklemme gekoppelt ist, um abwechselnd, gegenphasig zum ersten Schaltelement, entweder die zweite Eingangsklemme mit der zweiten Speiseklemme oder die zweite Eingangsklemme mit der ersten Speiseklemme zu koppeln.
  • Die ersten Mittel umfassen das erste Schaltelement und den ersten Transistor; die zweiten Mittel umfassen das erste Schaltelement und den zweiten Transistor; die dritten Mittel umfassen das zweite Schaltelement und den dritten Transistor; und die vierten Mittel umfassen das zweite Schaltelement und den vierten Transistor. Der erste und der zweite Kondensator werden in der ersten Phase geladen, indem der erste und der zweite Kondensator mit Hilfe des ersten Transistors und des ersten Schaltelements bzw. mit Hilfe des zweiten Transistors und des ersten Schaltelements zwischen die erste und die zweite Speiseklemme geschaltet werden; die zweiten Elektroden des dritten und des vierten Kondensators sind mit der ersten Speiseklemme mittels des dritten Transistors und des zweiten Schaltelements bzw. mittels des vierten Transistors und des zweiten Schaltelements gekoppelt. Da der dritte und der vierte Kondensator in einer vorhergehenden zweiten Phase aufgeladen worden sind, sind die Potentiale an den ersten Elektroden des dritten und des vierten Kondensators ungefähr gleich zweimal dem Potential an der ersten Speiseklemme unmittelbar nach dem Beginn der ersten Phase. Das Potential an der ersten Elektrode des vierten Kondensators wird während der zweiten Phase nicht wesentlich abfallen. Das Potential an der ersten Elektrode des dritten Kondensators wird während der zweiten Phase abfallen, weil eine Ladungsmenge vom dritten Kondensator durch den Ausgangstransistor zur Ausgangsklemme übertragen wird.
  • Der Spannungswandler ist aus zwei vollständig identischen Teilen aufgebaut, die gegenphasig arbeiten. Der erste Transistor, zweite Transistor, erste Ausgangstransistor, erste Kondensator, zweite Kondensator und das erste Schaltelement entsprechen dem dritten Transistor, vierten Transistor, zweiten Ausgangstransistor, dritten Kondensator, vierten Kondensator bzw. dem zweiten Schaltelement. Während der ersten Phase wird so mit eine Ladungsmenge vom ersten Kondensator durch den ersten Ausgangstransistor zur Ausgangsklemme übertragen.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Spannungswandlers;
  • Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannungswandlers und
  • Fig. 3 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannungswandlers.
  • Gleiche Komponenten oder Elemente haben in der Zeichnung gleiche Bezugszeichen.
  • Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Spannungswandlers. Der Spannungswandler umfasst eine erste Speiseklemme 1, eine zweite Speiseklemme 2, eine Ausgangsklemme 3, eine erste Ladungspumpe, die einen ersten Kondensator C1 mit einer ersten und einer zweiten Elektrode 4, 5 umfasst, erste Mittel, die mit einem ersten, zweiten und dritten Schalter SW1, SW2, SW3 ausgeführt sind, um abwechselnd entweder die erste Elektrode 4 des ersten Kondensators C1 mit der ersten Speiseklemme 1 und die zweite Elektrode 5 des ersten Kondensators C1 mit der zweiten Speiseklemme 2, oder die zweite Elektrode 5 des ersten Kondensators C1 mit der ersten Speiseklemme 1 zu koppeln; eine zweite Ladungspumpe, die einen zweiten Kondensator C2 mit einer ersten Elektrode 6 und einer zweiten Elektrode 7 umfasst, zweite Mittel, die mit einem vierten, fünften, und sechsten Schalter SW4, SW5, SW6 ausgeführt sind, um abwechselnd, gegenphasig zu den ersten Mitteln, entweder die erste Elektrode 6 des zweiten Kondensators C2 mit der ersten Speiseklemme 1 und die zweite Elektrode 7 des zweiten Kondensators C2 mit der zweiten Speiseklemme 2, oder die zweite Elektrode 7 des zweiten Kondensators C2 mit der ersten Speiseklemme 1 zu koppeln, und einen ersten Ausgangstransistor TU1 mit einer Steuerelektrode GU1, der mit der ersten Elektrode 6 des zweiten Kondensators C2 gekoppelt ist, eine erste Hauptelektrode DU1, die der ersten Elektrode 4 des ersten Kondensators C1 gekoppelt ist, und eine zweite Hauptelektrode DU2, die mit der Ausgangsklemme 3 gekoppelt ist. Die ersten, zweiten, vierten und fünften Schalter SW1, SW2, SW4, SW5 sind während einer ersten Phase PHI1 geschlossen und während einer zweiten Phase PHI2 geöffnet. Die dritten und sechsten Schalter SW3, SW6 sind während der zweiten Phase PHI2 geschlossen und während der ersten Phase PHI1 geöffnet. Die erste und die zweite Phase PHI1, PHI2 wechseln sich zeitlich kontinuierlich ab. Der erste und der zweite Kondensator C1, C2 werden während der ersten Phase PHI1 aufgeladen, so dass die Spannungsdifferenzen zwischen den ersten und den zweiten Elektroden 4,6; 5,7 des ersten bzw. des zweiten Kondensators C1, C2 gleich der Spannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Speiseklemme 1, 2 werden. Das Potential an der Steuerelektrode GU1 und der ersten Hauptelektrode DU1 ist gleich dem Potential an der ersten Speiseklemme während der ersten Phase PHI1; das Potential an der zweiten Hauptelektrode DU2 ist höher als das Potential an der ersten Hauptelektrode DU1. Daher ist der erste Ausgangstransistor TU1 nichtleitend, so dass von der Ausgangsklemme 3 zum ersten Kondensator C1 keine Ladung fließen kann. Während der zweiten Phase PHI2 sind die Potentiale an den zweiten Elektroden 5, 7 des ersten und des zweiten Kondensators C1, C2 gleich dem Potential an der ersten Speiseklemme 1. Die Potentiale an den ersten Elektroden 4,6 des ersten und des zweiten Kondensators C1, C2 sind daher zweimal so hoch wie das Potential an der ersten Speiseklemme 1. Die Potentiale an der ersten Hauptelektrode DU1 und der ersten Steuerelektrode GU1 sind höher als das Potential an der zweiten Hauptelektrode DU2. Daher ist der erste Ausgangstransistor TU1 leitend und überträgt eine Ladungsmenge vom ersten Kondensator C1 zur Ausgangsklemme 3. Das Potential an der ersten Elektrode 4 des ersten Kondensators C1 wird dabei abfallen. Wenn der Kapazitätswert des ersten Kondensators C1 genügend hoch ist, bleibt das Potential an der ersten Elektrode 4 des ersten Kondensators C1 immer höher als das Potential an der Ausgangsklemme 3. Die Steuerelektrode des ersten Ausgangstransistors TU1 hat während der zweiten Phase PHI2 ein konstantes Potential. Da die Potentialdifferenz zwischen der Steuerelektrode GU1 und der zweiten Hauptelektrode DU2 in erster Näherung unabhängig von dem durch den ersten Ausgangstransistor TU1 fließenden Strom ist, wird das Potential an der Ausgangsklemme 3 in erster Näherung auch unabhängig vom Potential an der ersten Elektrode 4 des ersten Kondensators C1 sein. Der erste Ausgangstransistor TU1 wirkt so während der zweiten Phase als Spannungsstabilisator.
  • Fig. 2 ist ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannungswandlers. Der Spannungswandler ist aus zwei identischen Teilen aufgebaut, deren entsprechende Anschlusspunkte mit der ersten Speiseklemme 1, der zweiten Speiseklemme 2 bzw. der Ausgangsklemme 3 gekoppelt sind. Die zwei identischen Teile sind Spannungswandlers gemäß dem Schaltbild von Fig. 1. Der erste Schalter SW1, der zweite Schalter SW2, der dritte Schalter SW3, der vierte Schalter SW4, der fünfte Schalter SW5, der sechste Schalter SW6, der erste Kondensator C1, der zweite Kondensator C2, und der erste Ausgangstransistor TU1 entsprechen dem siebten Schalter SW7, dem achten Schalter SW8, dem neunten Schalter SW9, dem zehnten Schalter SW 10, dem elften Schalter SW11, dem zwölften Schalter SW12, dem dritten Kondensator C3, dem vierten Kondensator C4 bzw. dem zweiten Ausgangstransistor TU2. Die ersten bis sechsten Schalter SW1-SW6 arbeiten gegenphasig zu den siebten bis zwölften Schaltern SW7-SW12. Während der ersten Phase PHI1 werden der erste und der zweite Kondensator C1, C2 geladen, ist der erste Ausgangstransistor TU1 nichtleitend und überträgt der zweite Ausgangstransistor TU2 eine Ladungsmenge vom dritten Kondensator C3 zur Ausgangsklemme 31 Während der zweiten Phase PHI2 werden der dritte und der vierte Kondensator C3, C4 geladen, ist der zweite Ausgangstransistor TU2 nichtleitend und überträgt der erste Ausgangstransistor TU1 eine Ladungsmenge vom ersten Kondensator C1 zur Ausgangsklemme 3. Die effektive Spannungswelligkeit an der Ausgangsklemme 3 wird hierdurch verringert.
  • Das Schaltbild von Fig. 3 zeigt eine Implementierung des erfindungsgemäßen Spannungswandlers, nach dem Prinzip von Fig. 2. In dieser Implementierung sind die zweiten Elektroden 5, 7 des ersten und des zweiten Kondensators C1, C2 mit einer ersten Eingangsklemme 12 gekoppelt. Die zweiten Elektroden 9, 11 des dritten und des vierten Kondensators C3, C4 sind mit einer zweiten Eingangsklemme 13 gekoppelt. Der Spannungswandler umfasst weiterhin eine erste Startdiode DI1, die zwischen die erste Speiseklemme 1 und die erste Elektrode 6 des zweiten Kondensators C2 geschaltet ist, und eine zweite Startdiode DI2, die zwischen die erste Speiseklemme 1 und die erste Elektrode 10 des vierten Kondensators C4 geschaltet ist. Der erste Transistor T1, der zweite Transistor T2, der dritte Transistor T3, und der vierte Transistor T4 ersetzen den ersten Schalter SW 1, den vierten Schalter SW4, den siebten Schalter SW7 bzw. den zehnten Schalter SW10. Ein erstes Schaltelement 5E1 ersetzt den zweiten Schalter SW2, den dritten Schalter SW3, den fünften Schalter SW5 und den sechsten Schalter SW6. Ein zweites Schaltelement 5E2 ersetzt den achten Schalter SW8, den neunten Schalter SW9, den elften Schalter SW11 und den zwölften Schalter SW12. Unmittelbar, nachdem eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Speiseklemme 1, 2 angelegt worden ist, sind die erste und die zweite Startdiode DI1, DI2 leitend, so dass der zweite und der vierte Kondensator C2, C4 geladen werden, bis die Potentiale an den ersten Elektroden 6, 10 des zweiten und des vierten Kondensators C2, C4 so hoch sind, dass die jeweils ersten und zweiten Dioden DI1, DI2 wieder nichtleitend werden. Das erste und das zweite Schaltelement SE1, SE2 können beispielsweise mit einem Impulsgenerator ausgeführt werden, der zwei Ausgänge hat, die mit der ersten bzw. mit der zweiten Eingangsklemme 12, 13 gekoppelt sind. Die beiden Ausgänge des Impulsgenerators liefern hintereinander hohe Pegel und niedrige Pegel, die zueinander gegenphasig sind. Die hohen Pegel und die niedrigen Pegel sind gleich den Potentialen an der ersten bzw. an der zweiten Speiseklemme.
  • Der erste, zweite, dritte, und vierte Transistor T1, T2, T3, T4 sowie die ersten und zweiten Ausgangstransistoren TU1, TU2 können als Feldeffekttransistoren oder als Bipolartransistoren ausgeführt werden. Anstelle des angegebenen Leitungstyps können auch Transistoren mit entgegengesetztem Leitungstyp verwendet werden. Die Polaritäten der Potentiale des Spannungswandlers kehren sich dann um. Eine Kombination aus Bipolartransistoren und Feldeffekttransistoren ist auch möglich, beispielsweise Feldeffekttransistoren für die ersten, zweiten, dritten und vierten Transistoren T1, T2, T3, T4, und Bipolartransistoren für die ersten und zweiten Ausgangstransistoren TU1, TU2. Der Spannungswandler kann sowohl in einer integrierten Schaltung als auch mit diskreten Bauelementen ausgeführt sein.

Claims (7)

1. Spannungswandler mit einer ersten Speiseklemme (1), einer zweiten Speiseklemme (2), einer Ausgangsklemme (3); einer ersten Ladungspumpe mit einem ersten Kondensator (C1) mit einer ersten (4) und einer zweiten Elektrode (5), ersten Schaltmitteln (SW1, SW2), um abwechselnd entweder die erste Elektrode (4) des ersten Kondensators (C1) mit der ersten Speiseklemme (1) und die zweite Elektrode (5) des ersten Kondensators (C1) mit der zweiten Speiseklemme (2) zu koppeln oder die zweite Elektrode (5) des ersten Kondensators (C1) mit der ersten Speiseklemme (1) zu koppeln; einer zweiten Ladungspumpe mit einem zweiten Kondensator (C2) mit einer ersten Elektrode (6) und einer zweiten Elektrode (7), zweiten Schaltmitteln (SW4, SW5) um abwechselnd, phasengleich mit den ersten Mitteln, entweder die erste Elektrode (6) des zweiten Kondensators (C2) mit der ersten Speiseklemme (1) und die zweite Elektrode (7) des zweiten Kondensators (C2) mit der zweiten Speiseklemme (2) zu koppeln oder die zweite Elektrode (7) des zweiten Kondensators (C2) mit der ersten Speiseklemme (1) zu koppeln; und einem ersten unidirektionalen Element, das zwischen die erste Elektrode (4) des ersten Kondensators (C1) und die Ausgangsklemme (3) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste unidirektionale Element einen ersten Ausgangstransistor (TU1) umfasst mit einer Steuerelektrode (GU1), die mit der ersten Elektrode (6) des zweiten Kondensators (C2) gekoppelt ist, einer ersten Hauptelektrode (DU1), die mit der ersten Elektrode (4) des ersten Kondensators (C1) gekoppelt ist und einer zweiten Hauptelektrode (DU2), die mit der Ausgangsklemme (3) gekoppelt ist.
2. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler zudem eine dritte Ladungspumpe umfasst, die einen dritten Kondensator (C3) mit einer ersten (8) und einer zweiten Elektrode (9) umfasst; dritte Mittel, um abwechselnd, gegenphasig zu den ersten Mitteln, entweder die erste Elektrode (8) des dritten Kondensators (C3) mit der ersten Speiseklemme (1) und die zweite Elektrode (9) des dritten Kondensators (C3) mit der zweiten Speiseklemme (2) zu koppeln oder die zweite Elektrode (9) des dritten Kondensators (C3) mit der ersten Speiseklemme (1) zu koppeln; eine vierte Ladungspumpe, die einen vierten Kondensator (C4) mit einer ersten Elektrode (IO) und einer zweiten Elektrode (11) umfasst, vierte Mittel, um abwechselnd, gegenphasig zu den zweiten Mitteln, entweder die erste Elektrode (10) des vierten Kondensators (C4) mit der ersten Speiseklemme (1) und die zweite Elektrode (11) des vierten Kondensators (C4) mit der zweiten Speiseklemme (2) zu koppeln oder die zweite Elektrode (11) des vierten Kondensators (C4) mit der ersten Speiseklemme (1) zu koppeln; und einen zweiten Ausgangstransistor (TU2) mit einer Steuerelektrode (GU2), die mit der ersten Elektrode (10) des vierten Kondensators (C4) gekoppelt ist, einer ersten Hauptelektrode (DU3), die mit der ersten Elektrode (8) des dritten Kondensators (C3) gekoppelt ist und einer zweiten Hauptelektrode (DU4), die mit der Ausgangsklemme (3) gekoppelt ist.
3. Spannungswandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler eine erste Eingangsklemme (12) umfasst, die mit der zweiten Elektrode (5) des ersten Kondensators (C1) und mit der zweiten Elektrode (7) des zweiten Kondensators (C2) gekoppelt ist, eine zweite Eingangsklemme (13), die mit der zweiten Elektrode (9) des dritten Kondensators (C3) und mit der zweiten Elektrode (11) des vierten Kondensators(C4) gekoppelt ist, einen ersten Transistor (T1) mit einer ersten Hauptelektrode (D1), die mit der ersten Speiseklemme (1) gekoppelt ist, einer zweiten Hauptelektrode (S1), die mit der ersten Elektrode (4) des ersten Kondensators (C1) gekoppelt ist und einer Steuerelektrode (G1), die mit der ersten Elektrode (10) des vierten Kondensators (C4) gekoppelt ist, einen zweiten Transistor (T2) mit einer ersten Hauptelektrode (D2), die mit der ersten Speiseklemme (1) gekoppelt ist, einer zweiten Hauptelektrode (S2), die mit der ersten Elektrode (6) des zweiten Kondensators (C2) gekoppelt ist und einer Steuerelektrode (G2), die mit der ersten Elektrode (10) des vierten Kondensators (C4) gekoppelt ist, einen dritten Transistor (T3) mit einer ersten Hauptelektrode (D3), die mit der ersten Speiseklemme (1) gekoppelt ist, einer zweiten Hauptelektrode (S3), die mit der ersten Elektrode (8) des dritten Kondensators (C3) gekoppelt ist und einer Steuerelektrode (G3), die mit der ersten Elektrode (6) des zweiten Kondensators (C2) gekoppelt ist, einen vierten Transistor (T4) mit einer ersten Hauptelektrode (D4), die mit der ersten Speiseklemme (1) gekoppelt ist, einer zweiten Hauptelektrode (S4), die mit der ersten Elektrode (10) des vierten Kondensators (C4) gekoppelt ist und einer Steuerelektrode (G4), die mit der ersten Elektrode (6) des zweiten Kondensators (C2) gekoppelt ist; ein erstes Schaltelement (5E1) mit einer ersten Elektrode (14), die mit der ersten Speiseklemme (1) gekoppelt ist, einer zweiten Elektrode (15), die mit der zweiten Speiseklemme (2) gekoppelt ist und einer dritten Elektrode (16), die mit der ersten Eingangsklemme (12) gekoppelt ist, um abwechselnd entweder die erste Eingangs klemme (12) mit der zweiten Speiseklemme (2) oder die erste Eingangsklemme (12) mit der ersten Speiseklemme (1) zu koppeln; und ein zweites Schaltelement (SE2) mit einer ersten Elektrode (17), die mit der ersten Speiseklemme (1) gekoppelt ist, einer zweiten Elektrode (18), die mit der zweiten Speiseklemme (2) gekoppelt ist und einer dritten Elektrode (19), die mit der zweiten Eingangsklemme (13) gekoppelt ist, um abwechselnd, gegenphasig zum ersten Schaltelement (SE1), entweder die zweite Eingangsklemme (13) mit der zweiten Speiseklemme (2) oder die zweite Eingangsklemme (13) mit der ersten Speiseklemme (1) zu koppeln.
4. Spannungswandler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler weiterhin eine erste Startdiode (DI1) zum anfänglichen Starten des Spannungswandlers umfasst, die zwischen die erste Speiseklemme (1) und die erste Elektrode (6) des zweiten Kondensators (C2) geschaltet ist.
5. Spannungswandler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler weiterhin eine erste Startdiode (DI1) und eine zweite Startdiode (DI2) umfasst, die zum anfänglichen Starten des Spannungswandlers zwischen die erste Speiseklemme (1) und die erste Elektrode (6) des zweiten Kondensators (C2) bzw. zwischen die erste Speiseklemme (1) und die erste Elektrode (10) des vierten Kondensators (C4) geschaltet sind.
6. Spannungswandler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Startdioden (DI1, DI2) mit einem als Diode geschalteten Transistor ausgeführt ist.
7. Spannungswandler nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Kondensatoren (C1, C2, C3, C4) mit einem als Kondensator geschalteten Feldeffekttransistor ausgeführt ist.
DE69701125T 1996-06-26 1997-06-02 Spannungswandler Expired - Fee Related DE69701125T2 (de)

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EP96201776 1996-06-26
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