DE4312765A1 - Circuit for increasing voltage - Google Patents
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Abstract
Description
Für viele Anwendungszwecke ist es erforderlich, aus ei ner zur Verfügung stehenden Spannung - beispielsweise einer geringen Betriebsspannung oder Eingangssignal spannung - höhere Spannungswerte zu erzeugen (bei spielsweise ist der Löschvorgang eines EE-PROMs mit dem "üblichen" TTL-Logikpegel von 5 V nicht möglich).For many applications it is necessary to use egg ner available voltage - for example a low operating voltage or input signal voltage - generate higher voltage values (at for example, the deletion of an EE-PROM with the "usual" TTL logic level of 5 V not possible).
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 erreichen lassen.The invention has for its object a simple and easy to implement circuit for voltage to indicate cant with which - in principle - be allow any tension values to be reached.
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.
Die erfindungsgemäße Schaltung vereinigt mehrere Vor teile in sich:The circuit according to the invention combines several before parts in:
- - Ein Schaltungsglied besteht lediglich aus drei Kondensatoren und zwei Schaltelementen, so daß der Schaltungsaufbau sehr einfach ist.- A circuit element consists of only three Capacitors and two switching elements so that the Circuit construction is very simple.
- - Durch Verknüpfung einzelner Schaltungsglieder - die über Verbindungsleitungen hintereinanderge schaltet werden - läßt sich eine kaskadierte Schaltung realisieren, mit der sich beliebig hohe Maximalwerte der Ausgangsspannung erzeugen lassen. Bei entsprechender Wahl bzw. Ansteuerung der Schaltelemente können auch kontinuierlich abge stufte Spannungswerte gewonnen werden; diese Span nungen können an der jeweiligen Stelle der Schal tung stabil abgegriffen werden.- By linking individual circuit elements - the one behind the other via connecting lines can be switched - can be cascaded Realize circuit with the arbitrarily high Have maximum values of the output voltage generated. With appropriate selection or control of Switching elements can also be continuously removed graded voltage values are obtained; this span The scarf can be made at the respective point tion can be tapped stably.
- - Die Kondensatoren und die Schaltelemente können beliebig ausgebildet sein: als Schaltelemente sind beispielsweise mechanische, elektrische oder elek tronische Schalter möglich, die Kondensatoren kön nen unipolare oder bipolare Kondensatoren mit un terschiedlichen Kapazitätswerten sein. Da die Ka pazitätswerte des ersten und zweiten Kondensators (diese sind beispielsweise als Elektrolyt-Konden satoren ausgebildet) groß gewählt werden können, steht sehr kurzfristig eine hohe Energie zur Ver fügung; der Kapazitätswert des dritten Kondensa tors kann demgegenüber recht klein sein, so daß auch der Flächenbedarf eingeschränkt wird.- The capacitors and the switching elements can be of any design: are as switching elements for example mechanical, electrical or elec tronic switches possible, the capacitors can NEN unipolar or bipolar capacitors with un different capacitance values. Since the Ka capacitance values of the first and second capacitors (These are, for example, as electrolyte condensates generators) can be chosen large, high energy is available at very short notice addition; the capacity value of the third condenser In contrast, tors can be quite small, so that the space requirement is also limited.
- - Die Schaltung läßt sich entweder diskret aus dis kreten Bauelementen, integriert in einer inte grierten Schaltung - wobei eine Integration auf grund der Schaltungsanordnung sehr einfach möglich ist - oder mit einer Kombination aus diskreten und integrierten Bauelementen aufbauen.- The circuit can either be discrete from dis creten components, integrated in an inte grilled circuit - being an integration on very simple due to the circuit arrangement is - or with a combination of discrete and build 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 Di oden als Schaltelemente, die Fig. 3 beschreibt die Kaskadierung mehrerer Schaltungsglieder, und die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Fig. 3 mit Di oden als Schaltelemente.In Fig. 1 a single circuit member is Darge is, Fig. 2 shows a circuit member with di diodes as switching elements, FIG. 3, the cascading describes a plurality of circuit members, and Fig. 4 shows an embodiment of Fig. 3 with di oden as switching elements.
Gemäß Fig. 1 besteht ein Schaltungsglied 1 aus einer Reihenschaltung von drei Kondensatoren C₁, C₂, C₃ und zwei Schaltelementen S₁, S₂. Das erste Schaltelement S₁ verbindet die ersten Anschlüsse A₁₁, A₃₁ des ersten und dritten Kondensators C₁, C₃; das zweite Schaltelement S₂ verbindet den ersten Anschluß A₂₁ des zweiten Kon densators C₂ mit dem ersten Anschluß A₃₁ des dritten Kondensators C₃. Die miteinander verbundenen zweiten Anschlüsse A₁₂, A₂₂ des ersten und zweiten Kondensators C₁, C₂ sind mit der ersten Signalleitung SL₁, der zwei te Anschluß A₃₂ des dritten Kondensators C₃ ist mit der zweiten Signalleitung SL₂ verbunden; die beiden Signal leitungen SL₁, SL₂ leiten das an den beiden Schaltungs eingängen IN₁, IN2 anstehende Wechselspannungs-Ein gangssignal UE weiter. Die Schaltelemente S₁, S₂ können über Taktleitungen mit externen Taktgeneratoren verbun den werden, die das Öffnen und Schließen der Schaltele mente S₁, S₂ synchronisieren. Die beiden Schaltelemente S₁ und S₂ werden asynchron angesteuert, wobei bei "ge schlossenem" Schaltelement S₁ das Schaltelement S₂ ge öffnet ist und umgekehrt beim Schließen des Schaltele ments S₂ das Schaltelement S₁ geöffnet wird.Referring to FIG. 1, a circuit member 1 of a series circuit of three capacitors C₁, C₂, C₃ and two switching elements S₁, S₂. The first switching element S₁ connects the first terminals A₁₁, A₃₁ of the first and third capacitors C₁, C₃; the second switching element S₂ connects the first terminal A₂₁ of the second capacitor C₂ Kon to the first terminal A₃₁ of the third capacitor C₃. The interconnected second terminals A₁₂, A₂₂ of the first and second capacitors C₁, C₂ are connected to the first signal line SL₁, the second terminal A₃₂ of the third capacitor C₃ is connected to the second signal line SL₂; the two signal lines SL₁, SL₂ forward the AC inputs to the two circuit inputs IN₁, IN 2 A input signal U E. The switching elements S₁, S₂ can be connected via clock lines to external clock generators which synchronize the opening and closing of the switching elements S₁, S₂. The two switching elements S₁ and S₂ are controlled asynchronously, the switching element S₂ ge being opened when the switching element S₁ is “closed” and, conversely, when the switching element S₂ is closed, the switching element S₁ is opened.
Unter der Annahme, daß die Schaltelemente S₁, S₂ mit der Phase des Wechselspannungs-Eingangssignals UE 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 -, wird (bei "geschlossenem" Schaltelement S₁ und geöffnetem Schaltelement S₂) der Kondensator C₁ in der ersten Halbwelle des Wechselspannungs-Eingangssignals UE aufgeladen; die Eingangsspannung UE wird dabei ab hängig von den Kapazitätswerten der Kondensatoren C₁ und C₃ auf diese Kondensatoren aufgeteilt. In der zwei ten Halbwelle des Wechselspannungs-Eingangssignals UE wird das Schaltelement S₁ "geöffnet" (die Diode D₁ der Fig. 2 sperrt) und das Schaltelement S₂ wird geschlos sen (die Diode D₂ der Fig. 2 ist leitend); hierdurch wird der zweite Kondensator C₂ von der Eingangsspannung UE aufgeladen. Die Aufladung des ersten und des zweiten Kondensators C₁, C₂ erfolgt demnach sukzessive und stufenweise durch den dritten Kondensator C₃; der Kon densator C₃ dient als Koppelkondensator zur galvani schen Abtrennung des Schaltungsglieds von der Eingangs spannung UE. Die Aufladegeschwindigkeit 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 zwei ten Kondensators C₁, C₂ zum dritten Kondensator C₃ und andererseits von der Frequenz des Wechselspannungs-Ein gangssignals UE ab. Als Ausgangsspannung UA, die nach vollständiger Aufladung der Kondensatoren C1 und C₂ zwischen den beiden ersten Anschlüssen A₁₁ und A₂₁ des ersten und zweiten Kondensators C₁, C₂ abgegriffen wer den kann, erhält man den doppelten Wert (2 · UE) der Eingangsspannung UE.Assuming that the switching elements S₁, S₂ are switched with the phase of the AC input signal U E ge - this is automatically the case, for example, in the embodiment of FIG. 2, where the switching elements S₁, S₂ are realized by diodes D₁, D₂ - , (With "closed" switching element S₁ and open switching element S₂) the capacitor C₁ is charged in the first half-wave of the AC input signal U E ; the input voltage U E is divided depending on the capacitance values of the capacitors C₁ and C₃ on these capacitors. In the two th half-wave of the AC input signal U E , the switching element S₁ "opens" (the diode D₁ of FIG. 2 blocks) and the switching element S₂ is closed (the diode D₂ of FIG. 2 is conductive); as a result, the second capacitor C₂ is charged by the input voltage U E. The charging of the first and the second capacitor C₁, C₂ takes place successively and gradually by the third capacitor C₃; the Kon capacitor C₃ serves as a coupling capacitor for galvanic separation of the circuit element from the input voltage U E. The charging speed and thus the time after which the maximum value of the voltage or the total energy is available depends on the one hand on the ratio of the capacitance values of the first and two th capacitor C₁, C₂ to the third capacitor C₃ and on the other hand on the frequency of the AC voltage input output signal U E. As the output voltage U A , which can be tapped after fully charging the capacitors C 1 and C₂ between the first two terminals A₁₁ and A₂₁ of the first and second capacitors C₁, C₂, you get twice the value (2 · U E ) of the input voltage U E.
In der Fig. 3 ist eine Schaltungsanordnung aus über Verbindungsleitungen VL hintereinandergeschalteten Schaltungsgliedern 1, 2 . . . N dargestellt; die Verbin dungsleitungen VL verbinden jeweils den ersten Anschluß A₂₁ des zweiten Kondensators C₂ eines Schaltungsglieds mit dem ersten Anschluß A₁₁ des ersten Kondensators C₁ des nachfolgenden Schaltungsglieds, so daß die ersten und zweiten Kondensatoren C₁, C₂ aller Schaltungsglie der 1, 2 . . . N hintereinandergeschaltet sind. Die Si gnalleitung SL₁ ist jeweils mit den zweiten Anschlüssen A₁₂, A₂₂ der ersten und zweiten Kondensatoren C₁, C₂ jedes Schaltungsglieds 1, 2 . . . N, die Signalleitung SL₂ jeweils mit dem zweiten Anschluß A₃₂ der dritten Kondensatoren C₃ jedes Schaltungsglieds 1, 2 . . . N ver bunden. Die miteinander verbundenen zweiten Anschlüsse A₁₂, A₂₂ des ersten und zweiten Kondensators C₁, C₂ al ler Schaltungsglieder 1, 2 . . . N können als gemeinsame Kondensatorplatte ausgebildet werden.In the Fig. 3 2 is a circuit diagram of series-connected via connecting lines VL circuit members 1. . . N shown; the Verbin-making lines of a circuit element to the first terminal A₁₁ of the first capacitor C₁ of the subsequent circuit member VL respectively connect the first terminal a₂₁ of the second capacitor C₂, so that the first and second capacitors C₁, C₂ all circuit Glienicke of 1; 2. . . N are connected in series. The Si signal line SL₁ is in each case with the second connections A₁₂, A₂₂ of the first and second capacitors C₁, C₂ of each circuit element 1 , 2nd . . N, the signal line SL₂ each with the second terminal A₃₂ of the third capacitors C₃ each circuit element 1 , 2nd . . N connected. The interconnected second terminals A₁₂, A₂₂ of the first and second capacitors C₁, C₂ al ler circuit elements 1 , 2nd . . N can be formed as a common capacitor plate.
Die ersten und dritten Kondensatoren C₁, C3 aller Schaltungsglieder 1, 2 . . . N werden bei geschlossenen Schaltelementen S₁ und geöffneten Schaltelementen S₂ durch das Wechselspannungs-Eingangssignal UE aufgela den; beim Öffnen der Schaltelemente S₁ werden die Schaltelemente S₂ gleichzeitig geschlossen und demzu folge alle zweiten Kondensatoren C₂ der Schaltungsglie der 1, 2 . . . N aufgeladen. Durch jedes der Schaltungs glieder wird - wie anhand der Fig. 1 beschrieben - die Spannung um den doppelten Betrag (2 · UE) der Eingangs spannung UE erhöht; die maximale Ausgangsspannung Umax - diese steht zwischen dem Anschluß A₁₁ des ersten Kon densators C₁ des ersten Schaltungsglieds 1 und dem er sten Anschluß A₂₁ des zweiten Kondensators C₂ des letz ten Schaltungsglieds N an - beträgt bei N-Schaltungs gliedern somit Umax = 2N · UE. Der Kapazitätswert der Kondensatoren bestimmt die mögliche speicherbare Ener gie, wobei der Kapazitätswert der Kondensatoren C₁ und C₂ zur kurzzeitigen Bereitstellung großer Energiewerte groß sein kann (beispielsweise 10 µF) und für den Kon densator C3 beliebige Kapazitätswerte gewählt werden können (beispielsweise 10 µF).The first and third capacitors C₁, C 3 of all circuit elements 1 , 2nd . . N are charged with closed switching elements S₁ and open switching elements S₂ by the AC input signal U E ; when opening the switching elements S₁, the switching elements S₂ are closed simultaneously and consequently follow all the second capacitors C₂ of the circuit board of FIGS. 1 , 2 . . . N charged. Through each of the circuit elements - as described with reference to FIG. 1 - the voltage is increased by twice the amount (2 · U E ) of the input voltage U E ; the maximum output voltage U max - this is between the terminal A₁₁ of the first capacitor C₁ Kon of the first circuit element 1 and the first terminal A₂₁ of the second capacitor C₂ of the last circuit element N - is thus at N circuit elements U max = 2N · U E. The capacitance value of the capacitors determines the possible storable energy, the capacitance value of the capacitors C₁ and C₂ can be large for the short-term provision of large energy values (for example 10 μF) and for the capacitor C 3 any capacitance values can be selected (for example 10 μF).
Falls eine geringere Ausgangsspannung UA als die maxi male Ausgangsspannung Umax benötigt wird, können belie bige Vielfache der doppelten Eingangsspannung (2 · UE) an der entsprechenden Stelle der Schaltung (beim jewei ligen Schaltungsglied) abgegriffen werden.If a lower output voltage U A than the maximum output voltage U max is required, any multiple of double the input voltage (2 · U E ) can be tapped at the corresponding point in the circuit (for the respective circuit element).
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 CB vorgesehen wer den (siehe Fig. 3), der mit den beiden Kondensatoran schlüssen derjenigen Schaltungsglieder verbunden ist, zwischen denen die Ausgangsspannung UA ansteht; hierbei kann der Puffer-Kondensator CB auch - über einen Schal ter S - getaktet angesteuert werden.When integrating the circuit, the capacitors C₁, C₂, C₃ must be made relatively small. To store the high energy values, an external buffer capacitor C B can be provided (see FIG. 3), which is connected to the two capacitor connections of those circuit elements between which the output voltage U A is present; here, the buffer capacitor C B can also be controlled in a clocked manner via a switch S ter.
Die Schaltelemente S₁, S₂ können beliebig ausgebildet sein und sind über Taktleitungen mit einem oder mehre ren externen Taktgeneratoren verbunden. Mit Hilfe der Schaltphase des Steuersignals zur Ansteuerung der Schaltelemente (EIN-AUS-Steuerung) kann die Ausgangs spannung beeinflußt werden; je nach Relation bzw. Pha senlage des Steuersignals zur Phase der Eingangsspan nung kann die Polarität und der Wert der Ausgangsspan nung verändert werden.The switching elements S₁, S₂ can be designed as desired be and are over clock lines with one or more ren external clock generators connected. With the help of Switching phase of the control signal to control the Switching elements (ON-OFF control) can be the output voltage can be influenced; depending on the relation or Pha Position of the control signal to the phase of the input span voltage, the polarity and the value of the output voltage voltage can be changed.
Werden die Schaltelemente S₁, S₂ allerdings durch Di oden realisiert - wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 mit den Dioden D₁, D₂ dargestellt - schalten sie be reits synchron zur Phase der Eingangsspannung UE; eine externe Taktansteuerung der Schaltelemente ist bei die ser Ausführungsform nicht erforderlich. However, if the switching elements S₁, S₂ are implemented by diodes - as shown in the exemplary embodiment in FIG. 4 with the diodes D₁, D₂ - they already switch in synchronism with the phase of the input voltage U E ; An external clock control of the switching elements is not necessary in this embodiment.
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.The output voltage can optionally also be on the scarf tion inputs are fed back so that voltage re gel loops arise; this is a shower of tension to keep the voltage constant via the control the pulse width or pulse frequency of the switching pulses possible.
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.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 (approx. 12 V for a TTL-Pe gel of 5 V), the control of luminescence displays (approx. 70 V), providing the required voltage with interface ICs (± 12 V), the generation of Ab tuning voltages for capacitance diodes, and generation of gas discharge voltages or the control of Glow lamps called.
Claims (15)
- a) ein einzelnes Schaltungsglied (1) aus drei Konden satoren (C₁, C₂, C₃) und zwei Schaltelementen (S₁, S₂) besteht,
- b) das erste Schaltelement (S₁) die ersten Anschlüsse (A₁₁, A₃₁) des ersten Kondensators (C₁) und des dritten Kondensators (C₃) verbindet,
- c) das zweite Schaltelement (S₂) den ersten Anschluß (A₂₁) des zweiten Kondensators (C₂) mit dem ersten Anschluß (A₃₁) des dritten Kondensators (C₃) ver bindet,
- d) das Wechselspannungs-Eingangssignal (UE) über eine erste Signalleitung (SL₁) an den direkt miteinan der verbundenen zweiten Anschlüssen (A₁₂, A₂₂) des ersten und des zweiten Kondensators (C₁, C₂) und über eine zweite Signalleitung (SL₂) am zweiten Anschluß (A₃₂) des dritten Kondensators (C₃) an liegt,
- e) zwischen den beiden ersten Anschlüssen (A₁₁, A₂₁) des ersten Kondensators (C₁) und des zweiten Kon densators (C₂) eine Ausgangsspannung (UA) ansteht, die eine größere Amplitude als das Wechselspan nungs-Eingangssignal (UE) besitzt.
- a) a single circuit element ( 1 ) from three capacitor capacitors (C₁, C₂, C₃) and two switching elements (S₁, S₂),
- b) the first switching element (S₁) connects the first connections (A₁₁, A₃₁) of the first capacitor (C₁) and the third capacitor (C₃),
- c) the second switching element (S₂) binds the first connection (A₂₁) of the second capacitor (C₂) with the first connection (A₃₁) of the third capacitor (C₃) ver,
- d) the AC input signal (U E ) via a first signal line (SL₁) at the directly miteinan the connected second terminals (A₁₂, A₂₂) of the first and second capacitors (C₁, C₂) and via a second signal line (SL₂) on second terminal (A₃₂) of the third capacitor (C₃) is on,
- e) between the first two connections (A₁₁, A₂₁) of the first capacitor (C₁) and the second capacitor (C₂) an output voltage (U A ) is present, which has a greater amplitude than the AC voltage input signal (U E ).
- a) die Verbindungsleitungen (VL) den ersten Anschluß (A₂₁) des zweiten Kondensators (C₂) eines Schal tungsglieds mit dem ersten Anschluß (A₁₁) des er sten Kondensators (C₁) des nachfolgenden Schal tungsglieds verbinden,
- b) die direkt miteinander verbundenen zweiten An schlüsse (A₁₂, A₂₂) des ersten Kondensators (C₁) und des zweiten Kondensators (C₂) aller Schal tungsglieder (1, 2 . . . N) mit der vom ersten Schaltungseingang (IN₁) herführenden ersten Si gnalleitung (SL₁) verbunden sind,
- c) die zweiten Anschlüsse (A₃₂) der dritten Kondensa toren (C₃) aller Schaltungsglieder (1, 2 . . . N) mit der vom zweiten Schaltungseingang (IN₂) her führenden zweiten Signalleitung (SL₂) verbunden sind.
- a) the connecting lines (VL) connect the first terminal (A₂₁) of the second capacitor (C₂) of a circuit device with the first terminal (A₁₁) of the first capacitor (C₁) of the subsequent circuit member,
- b) the directly connected second connections (A₁₂, A₂₂) of the first capacitor (C₁) and the second capacitor (C₂) of all circuit elements ( 1 , 2 ... N) with the first circuit input (IN₁) leading Si signal line (SL 1) are connected,
- c) the second connections (A₃₂) of the third capacitors (C₃) of all circuit elements ( 1 , 2 ... N) are connected to the second signal line (SL₂) leading from the second circuit input (IN₂).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |