JPH07163138A - 電圧増倍器 - Google Patents
電圧増倍器Info
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- JPH07163138A JPH07163138A JP6244101A JP24410194A JPH07163138A JP H07163138 A JPH07163138 A JP H07163138A JP 6244101 A JP6244101 A JP 6244101A JP 24410194 A JP24410194 A JP 24410194A JP H07163138 A JPH07163138 A JP H07163138A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS 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
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
- H02M3/07—Conversion 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
- H02M3/073—Charge pumps of the Schenkel-type
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- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
有しており、第一及び第二ダイオードが、夫々、第一及
び第二ダイオードの第一プレートの間及び第二及び第三
ダイオードの第一プレートの間に接続されている。供給
電圧と第一コンデンサの第一プレートとの間にスイッチ
が接続されている。第一インバータが供給電圧へ接続さ
れており、該インバータの入力へ低状態が印加されると
第一インバータの出力として供給電圧を発生する。第二
インバータが第一コンデンサの第一プレートへ接続して
おり、第二インバータの入力へ低状態が印加される場合
に第二インバータの出力として第一コンデンサからの電
圧を発生させる。制御信号発生器からの出力信号によっ
て該スイッチが開放状態とされ第一及び第二インバータ
の入力へ低状態を印加し、次いで該スイッチを閉成し且
つ高状態を第一及び第二インバータの入力へ印加する。
Description
関するものであって、更に詳細には、電圧増倍器回路等
における改良に関するものである。
から増倍された電圧源を発生させることが所望されてい
る。ますます低い供給電圧とするための需要が増加する
にしたがい、このような電圧増倍器に対する需要も同様
に増加している。広く使用されている1つの解決方法
は、例えば、5V入力供給電圧レベルから10V出力供
給電圧レベルを発生することの可能な電荷ポンプを使用
することである。
のコンデンサを使用し、且つ該コンデンサの低電圧側即
ちプレートへより高い電圧を印加するためのインバータ
を使用し、その際に該コンデンサの高電圧側即ちプレー
ト上の電圧をブースト即ち上昇させる回路が提案されて
いる。次いで、その上昇された電圧は整流器等を介して
上昇された電圧が維持されている出力コンデンサへ転送
される。然しながら、このような回路は、通常、単一段
であるか、又は、複数個の段が使用される場合には、そ
れらの段は、通常、単にカスケード接続されるものに過
ぎない。そのようなカスケード接続した回路の結果は、
各付加的な段に対して、先行する段の出力電圧に対し開
始電圧が単に付加されるに過ぎない。
カスケード接続した電圧増倍回路と基本的に同一の数及
びタイプの部品を使用して、入力電圧よりも3倍以上大
きな増倍電圧を発生することの可能な電圧増倍器回路を
提供することである。
圧増倍器回路を提供することを目的とする。本発明の別
の目的とするところは、従来のカスケード型電圧増倍器
よりも著しく多数の部品を必要とすることなしに、入力
電圧から3倍以上増倍させた出力電圧を発生することの
可能な改良した電圧増倍器回路を提供することである。
れば、供給電圧から増倍させた出力電圧を発生する電圧
増倍器が提供される。この電圧増倍器は第一及び第二電
圧増倍段を有している。第一電圧増倍段は電力入力とし
て供給電圧を受取り、且つ供給電圧からの第一増倍電圧
である出力を発生すべく接続されている。第二電圧増倍
段は、電力入力として第一増倍電圧を受取り、且つ第二
増倍電圧である出力を発生すべく接続されている。第一
及び第二電圧増倍段の各々は、コンデンサ上の基準電圧
を制御すべく接続されたコンデンサとインバータとを有
している。各段のコンデンサ上の電圧を維持するため
に、整流器等の手段が第一及び第二電圧増倍段を相互接
続している。
第一プレートと第二プレートとを具備する第一、第二、
第三コンデンサを有する電圧増倍器が提供される。増倍
された出力電圧は、第三コンデンサの第一プレートと第
二プレートとの間に発生される。第一及び第二ダイオー
ドが、第一及び第二コンデンサの第一プレートの間、及
び第二及び第三コンデンサの第一プレートの間に夫々接
続されている。供給電圧と、第一コンデンサの第一プレ
ートとの間にスイッチが接続されている。第一及び第二
インバータが設けられており、その各々は入力を有する
と共に、第一及び第二コンデンサの第二プレートへ夫々
接続した出力を有している。第一インバータは供給電圧
へ接続しており、該インバータの入力へ低状態が印加さ
れると、第一インバータの出力として供給電圧を発生さ
せる。第二インバータは第一コンデンサの第一プレート
へ接続しており、第二インバータの入力へ低状態が印加
されると、第二インバータの出力として第一コンデンサ
からの電圧を発生させる。制御信号発生器が該スイッチ
に接続した出力信号を有しており、且つ第一及び第二イ
ンバータの入力を有しており、該出力信号は同期され
て、該スイッチを開放させ且つ第一及び第二インバータ
の入力へ低状態を印加させ、次いで該スイッチを閉成さ
せ且つ第一及び第二インバータの入力へ高状態を印加さ
せる。
圧増倍器が第一、第二、第三コンデンサを有しており、
その各コンデンサは第一プレートと第二プレートとを有
しており、増倍された出力電圧は第三コンデンサの第一
プレートと第二プレートとの間に発生される。第一コン
デンサ上へ一方向において電圧を転送し且つ第一コンデ
ンサの第一プレートと供給電圧との間に接続されており
第一コンデンサからの電圧を別の方向において放電する
ことを阻止する第一手段が設けられており、第二コンデ
ンサ上へ一方向において電圧を転送し且つ第一及び第二
コンデンサの第一プレート間に接続されており第二コン
デンサからの電圧を別の方向において放電することを阻
止する第二手段が設けられており、第三コンデンサ上へ
一方向において電圧を転送し且つ第二及び第三コンデン
サの第一プレート間に接続されており第三コンデンサか
らの電圧を別の方向において放電することを阻止する第
三手段が設けられており、第一及び第二インバータが設
けられており、その各々は入力を有すると共に、第一及
び第二コンデンサの第二プレートへ夫々接続した出力を
有しており、第一インバータは供給電圧へ接続してお
り、その際に、第一インバータの入力へ低状態が印加さ
れる場合に、供給電圧が第一インバータの出力として表
われる。第二インバータの電源入力が第一コンデンサの
第一プレートへ接続しており、その際に、第二インバー
タの入力へ低状態が印加される場合に、第一コンデンサ
の第一プレート上の電圧が第二インバータの出力として
表われる。制御信号発生器は、該スイッチへ接続される
出力信号を有しており、且つ第一及び第二インバータの
入力を有しており、その出力信号は同期されて、該スイ
ッチを開放させ且つ第一及び第二インバータの入力へ低
状態を印加し、次いで該スイッチを閉成し且つ第一及び
第二インバータの入力へ高状態を印加させる。
圧増倍器回路10の概略図を図1に示してある。この電
圧増倍器回路10は3個のコンデンサ11,12,13
を有している。コンデンサ11の一方のプレートは、ノ
ードxにおいて第一ダイオード15のアノードへ接続し
ており、第二コンデンサの第一プレートはノードyにお
いて第二ダイオード16のアノードへ接続している。第
三コンデンサ13の第一プレートはノードzにおいてダ
イオード16のカソードへ接続している。出力電圧は第
三コンデンサ13を横断して発生され、それは、例え
ば、負荷20へ接続される。負荷20は抵抗性、容量
性、又は誘導性のインピーダンス、又はそれらの組合せ
とすることが可能である。
ードと例えば+5V等の供給電圧を供給することの可能
な端子26との間に直列接続されている。第一インバー
タ28は、その入力IN1をタイミング制御回路30か
らの制御信号を受取るべく接続されている。第一インバ
ータ28のバイアスラインは、図示した如く、供給電圧
が印加される入力端子26と基準電圧即ち接地との間に
接続されている。同様に、第二インバータ32は、その
出力をコンデンサ12の下部プレートへ接続させてお
り、且つその入力をタイミング制御回路30から制御信
号を受取るべく接続させている。第二インバータ32の
バイアスラインがダイオード15のアノードと基準電圧
即ち接地との間に図示した如くに接続されている。イン
バータ28及び32は従来の構成のものとすることが可
能であり、その場合に、インバータの入力へ高入力信号
が印加されると、この場合には接地電圧である基準電圧
における出力信号がインバータの出力端子に表われる。
一方、インバータの入力に低入力信号が印加されると、
インバータの供給電圧と同一の電圧を有する出力信号が
出力端子に表われる。この場合に、且つ本発明に基づい
て、電源電圧は、夫々のインバータが関係している増倍
器回路10の段によってブースト即ち上昇されるべき電
圧にしたがって変化する。
(A),(B),(C)に示した波形を参照して説明す
る。尚、図2(A)はスイッチ(SW)へ印加される制
御信号を示しており、図2(B)は第一インバータ28
(IN1)における状態を示しており、且つ図2(C)
は第二インバータ32(IN2)における状態を示して
いる。図2(A)に示した波形は、アナログ信号として
示してあるが、スイッチ25の開放状態及び閉成状態を
表わしており、それは、勿論、トランジスタスイッチ等
によって与えることが可能である。従って、初期的に
は、スイッチ25は所定時間の間閉成されており、それ
は図2(A)におけるラインセグメント41によって表
わされている。スイッチ25が閉成されている初期の状
態において、入力IN1及びIN2は高状態にあり、そ
れは図2(B)及び(C)の夫々においてラインセグメ
ント42及び43によって示してある。この時間期間中
に、ライン45上のインバータ28からの出力は低状態
である。従って、コンデンサ11は+5Vが上側のプレ
ート即ち第一プレート上に表われ且つ0Vが下側のプレ
ートに表われる電圧レベルへ充電される。
ト上に表われる+5Vの電圧は、ダイオード15を介し
て通過し第二コンデンサ12の上側プレートを充電す
る。然しながら、ダイオード15での電圧降下のため
に、ノードy上に表われる電圧は+5Vの電圧よりも僅
かに低い電圧であって、即ち約+4.3Vの電圧であ
る。更に、+4.3Vの電圧の一部はダイオード16を
介して通過し第三コンデンサ13の上側プレートを充電
し、この場合にも、ダイオード16を介しての電圧降下
のために電圧値は僅かに減少される。
を確立した後に、図2(A)におけるラインセグメント
48で示した如く、タイミング制御回路30からのライ
ンSW上の信号によってスイッチ25を開放状態とさせ
る。この点において、ダイオード15及び16は夫々の
コンデンサ12及び13上の電圧が第一コンデンサ11
を充電することを防止する。その直後に、例えば、図2
(B)に示した如く非常に短い遅延d1の後に、第一イ
ンバータ28の入力上の信号が、図2(B)におけるラ
インセグメント50で示した如く、高状態から低状態へ
スイッチされる。ライン45上のインバータ28からの
出力は低状態から高状態へ状態を変化させ、より詳細に
は、基準電圧からこの場合には+5Vであるインバータ
28上のバイアス電圧へ変化する。コンデンサ11の上
側プレートは基準電圧に関してノードxをすぐさま+1
0Vへ上昇させる。
によってノードyへ転送され第二コンデンサの上側プレ
ートを充電する。第二ダイオード15を横断しての電圧
降下のために、ノードx上の+10Vの電圧はダイオー
ド15を横断しての電圧降下によって減少され、ノード
y上において僅かに減少した電圧である約+9.3Vの
電圧となる。
遅延d2の後に、第二インバータ32の入力ラインIN
2上の電圧は、図2(C)におけるラインセグメント5
3によって示した如く、高状態から低状態へ変化され
る。ライン33上のインバータ32からの出力はそれに
応答して低状態から高状態へ変化し、即ち、より詳細に
は、基準電圧からノードx上に表われる電圧へ変化し、
それはインバータ32に対して供給電圧を与える。上述
した如く、ノードx上の電圧は現在+10Vである。こ
れは、接地即ち基準電圧に関して電圧を+10Vだけす
ぐさま上昇させ、その際にコンデンサ12の上側プレー
ト上の電圧をノードy上において+19.3Vへ上昇さ
せる。前述した如く、ノードy上の電圧は第二ダイオー
ド16を介して通過しコンデンサ13の上側プレートを
継続して上昇された電圧即ち増倍電圧へ充電させその電
圧はノードx上に表われる。この上昇された電圧の一部
は第二ダイオード16によって降下され、従って約+1
8.6Vの電圧がノードz上のコンデンサ13の上側プ
レート上に表われる。
チ25は再び閉成されて、上述した態様で充電プロセス
を継続して行なう。第一及び第二インバータ28及び3
2の夫々に対する入力信号は、再度、図2(B)及び
(C)において夫々のラインセグメント55及び56に
よって示した如く、高状態へ上昇される。一方、コンデ
ンサ12及び13上に発生された電荷は、夫々のダイオ
ード15及び16によって保持される。従って、ある所
定の時間にわたり該サイクルを繰返し行なった後に、コ
ンデンサ13上の電圧はブーストされた電圧即ち上昇さ
れた電圧の値、この場合には約+18.6Vに安定化さ
れる。
は、所望により選択することが可能であり、その場合の
選択基準は、回路10を使用する特定の適用場面におい
て必要とされる所望の電流及び転送時間である。一つの
具体例としては、コンデンサ11を約500pFとし、
コンデンサ12を約100pFとし、且つコンデンサ1
3を約1μFとすることである。注意すべきことである
が、コンデンサ12は、好適には、コンデンサ11より
も小型のものとし、そうすることにより、電荷の転送が
行なわれる場合に第二コンデンサ12によって第一コン
デンサ11が不当に放電されることを回避することが可
能である。
15及び16の主要な機能は、増倍された電荷が印加さ
れ且つ格納される夫々のコンデンサ上の電荷を保持する
ことである。理解される如く、ダイオード15及び16
はスイッチ(不図示)と置換させることが可能であり、
その場合には、図1に示した回路10において右側へ移
動する方向に電荷を転送させるがその電荷を放電させる
ことがないように適宜のタイミングによってスイッチを
制御する。ダイオード15及び16の代わりにスイッチ
で置換する場合の利点としては、ダイオード15及び1
6によって発生する電圧降下を取除くことが可能である
ということである。同様に、所望により、スイッチ25
をダイオード(不図示)と置換させることが可能であ
る。然しながら、この場合には、上述したように最終電
圧における電圧降下の量が増加するが、制御ライン及び
該制御ライン上に信号を発生することを取除くという利
点がある。勿論、ダイオードによる電圧降下(典型的
に、0.7V)は回路においてより高い電圧レベルにお
けるよりもより低い電圧レベルにおいてより大きなイン
パクトを有している。従って、第一段の電圧分離機能
は、好適には、図示した如く、ダイオードによるもので
はなくスイッチ25によって行なう。
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
増倍器回路を示した概略図。
ける種々の位置においてのタイミング信号又は制御信号
の波形を示した各波形線図。
Claims (16)
- 【請求項1】 供給電圧から増倍された出力電圧を発生
する電圧増倍器において、第一及び第二電圧増倍段が設
けられており、前記第一電圧増倍段は前記供給電圧を電
力入力として受取り、且つ前記供給電圧からの第一増倍
電圧である出力を発生すべく接続されており、前記第二
電圧増倍段は前記第一増倍電圧を電力入力として受取り
且つ第二増倍電圧である出力を発生すべく接続されてい
ることを特徴とする電圧増倍器。 - 【請求項2】 請求項1において、前記第一及び第二電
圧増倍段の各々は、コンデンサを有すると共に、前記コ
ンデンサ上の基準電圧を制御すべく接続されたインバー
タを有することを特徴とする電圧増倍器。 - 【請求項3】 請求項2において、各段のコンデンサ上
の電圧を維持するために、前記第一及び第二電圧増倍段
を相互接続する手段が設けられていることを特徴とする
電圧増倍器。 - 【請求項4】 請求項3において、前記第一及び第二電
圧増倍段を相互接続する手段がダイオードであることを
特徴とする電圧増倍器。 - 【請求項5】 請求項3において、前記第一及び第二電
圧増倍段を相互接続する手段がスイッチであることを特
徴とする電圧増倍器。 - 【請求項6】 請求項1において、前記第二増倍電圧を
受取るべく接続して出力コンデンサが設けられているこ
とを特徴とする電圧増倍器。 - 【請求項7】 供給電圧から増倍された出力電圧を発生
する電圧増倍器において、 第一、第二、第三コンデンサが設けられており、その各
々は第一プレート及び第二プレートを有しており、前記
第三コンデンサの第一プレートと第二プレートとの間に
増倍された出力電圧が発生され、 前記第一及び第二コンデンサの第一プレート間及び前記
第二及び第三コンデンサの第一プレート間の夫々に接続
して第一及び第二ダイオードが設けられており、 前記供給電圧と前記第一コンデンサの第一プレートとの
間に接続してスイッチが設けられており、 第一及び第二インバータが設けられており、その各々は
入力を有すると共に、前記第一及び第二コンデンサの第
二プレートへ夫々接続した出力を有しており、前記第一
インバータは前記インバータの入力へ低状態が印加され
る場合に前記第一インバータの出力として前記供給電圧
を発生するために前記供給電圧へ接続しており、且つ前
記第二インバータは、前記第二インバータの入力へ低状
態が印加される場合に前記第二インバータの出力として
前記第一コンデンサからの電圧を発生させるために前記
第一コンデンサの第一プレートへ接続しており、 前記スイッチへ接続される出力信号を有すると共に前記
第一及び第二インバータの入力を有する制御信号発生器
が設けられており、前記出力信号は同期されて前記スイ
ッチを開放させ且つ前記第一及び第二インバータの入力
へ低状態を印加し、次いで前記スイッチを閉成し且つ前
記第一及び第二インバータの入力へ高状態を印加する、 ことを特徴とする電圧増倍器。 - 【請求項8】 請求項7において、前記制御信号が同期
されて、前記スイッチが開放された後に前記第一インバ
ータへ低状態を印加する場合に遅延を印加することを特
徴とする電圧増倍器。 - 【請求項9】 請求項8において、前記制御信号が同期
されて、前記低状態が前記第一インバータへ印加された
後に、前記第二インバータへ低状態を印加する場合に遅
延を印加することを特徴とする電圧増倍器。 - 【請求項10】 供給電圧から増倍された出力電圧を発
生する電圧増倍器において、 第一、第二、第三コンデンサが設けられており、その各
々は第一プレートと第二プレートとを有しており、前記
増倍された出力電圧は前記第三コンデンサの第ープレー
トと第二プレートとの間に発生され、 前記第一コンデンサ上へ一方向に電圧を転送し且つ別の
方向において前記第一コンデンサからの電圧の放電を阻
止し、前記供給電圧と前記第一コンデンサの第一プレー
トとの間に接続されて第一手段が設けられており、 前記第二コンデンサ上に一つの方向において電圧を転送
し且つ前記第二コンデンサから別の方向において該電圧
を放電することを阻止し前記第一及び第二コンデンサの
第一プレート間に接続して第二手段が設けられており、 前記第三コンデンサ上に一つの方向において電圧を転送
し且つ前記第三コンデンサから別の方向において該電圧
を放電することを阻止し、前記第二及び第三コンデンサ
の第一プレート間に接続して第三手段が設けられてお
り、 第一及び第二インバータが設けられており、その各々は
入力を有すると共に前記第一及び第二コンデンサの第二
プレートに夫々接続して出力を有しており、前記第一イ
ンバータが前記供給電圧へ接続しており、その際に前記
供給電圧は、前記第一インバータの入力へ低状態が印加
される場合に前記第一インバータの出力として表われ、
且つ前記第二インバータの電源入力が前記第一コンデン
サの第一プレートへ接続しており、その際に前記第一コ
ンデンサの第一プレートからの電圧が、前記第二インバ
ータの入力へ低状態が印加される場合に前記第二インバ
ータの出力として表われ、 前記スイッチへ接続した出力信号を有すると共に前記第
一及び第二インバータの入力を有する制御信号発生器が
設けられており、前記出力信号は同期されて前記スイッ
チを開放させ且つ低状態を前記第一及び第二インバータ
の入力へ印加し、次いで前記スイッチを閉成し且つ高状
態を前記第一及び第二インバータの入力へ印加させる、 ことを特徴とする電圧増倍器。 - 【請求項11】 請求項10において、電圧を転送する
ための前記第二及び第三手段がダイオードであることを
特徴とする電圧増倍器。 - 【請求項12】 請求項10において、電圧を転送する
ための前記第一手段がスイッチであることを特徴とする
電圧増倍器。 - 【請求項13】 請求項10において、電圧を転送する
ための前記第一、第二、第三手段がダイオードであるこ
とを特徴とする電圧増倍器。 - 【請求項14】 請求項10において、電圧を転送する
ための前記第一、第二、第三手段がスイッチであること
を特徴とする電圧増倍器。 - 【請求項15】 請求項10において、前記制御信号が
同期されて、前記スイッチが開放された後に前記第一イ
ンバータへ低状態を印加する場合に遅延を印加すること
を特徴とする電圧増倍器。 - 【請求項16】 請求項15において、前記制御信号が
同期されて、前記低状態が前記第一インバータへ印加さ
れた後に、前記第二インバータへ低状態を印加する場合
に遅延を印加することを特徴と電圧増倍器。
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