DE102005022358A1

DE102005022358A1 - Spannungsvervielfacher-Schaltung

Info

Publication number: DE102005022358A1
Application number: DE102005022358A
Authority: DE
Inventors: Kuo Chuan Dahu Shanjhuang St. Wu; Tun Jen Kangle St. Chen
Original assignee: Asour Tech Inc
Current assignee: NOSICA INTERNATIONAL CO., TAIPEI, TW
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2006-06-29
Also published as: KR20060065432A; JP2006174687A; FR2879370A1; GB0509295D0; NL1028963C2; TW200620795A; NL1028963A1; GB2421124A; US20060125552A1

Abstract

Die Erfindung stellt eine Spannungsvervielfacher-Schaltung bereit, die einen Spannungspumpblock und einen Funktionsgenerator umfasst. Der Spannungspumpblock besteht aus einer ersten Diode, einer zweiten Diode, einem ersten Kopplungskondensator und einem zweiten Kopplungskondensator zum Pumpen einer Eingangsspannung. Die Erfindung kann die mehrstufigen Spannungspumpblöcke bilden, und beim Spannungspumpblock braucht zur Reparatur lediglich die Diode und der Kondensator ersetzt zu werden, und man kann die Anzahl der Dioden und der Kondensatoren erhöhen oder verringern, um ohne Weiteres das Ausmaß des Spannungspumpens so abzustimmen, dass die Aufgabe der Verringerung des Zeit- und Kostenaufwandes erfüllt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Spannungsvervielfacher-Schaltung und insbesondere eine Spannungsvervielfacher-Schaltung, bei der Dioden und Kondensatoren verwendet werden, um den Effekt des Spannungspumpens zu erzielen.

Beschreibung des Standes der Technik

Konventionellerweise verwendet ein Gleichspannungsvervielfacher mit integrierter Regelschaltung Dioden, MOSFET, ein induktives Bauelement, Schottkydioden und einen Filterkondensator, um das Spannungspumpen der negativen oder positiven Spannung zu erzielen. Die konventionelle Schaltung der in 1 gezeigten Vervielfacher-Schaltung für eine positive Spannung umfasst Transistoren oder MOSFET 10, ein induktives Bauelement 11, eine Schottkydiode 12, einen Kondensator 13, einen Kondensator 14, einen Kondensator 15 und einen Gleichspannungsvervielfacher mit integrierter Regelschaltung 16.

Die Spannungspumpschaltung weist folgende Nachteile auf: energiereiche EMB, die sich durch Hochfrequenzschwingungen ergibt, andererseits erhöhen sich bei Verwendung einer integrierten Schaltung mit geringer EMB die Kosten für das Material. Von unterschiedlichen Unternehmen hergestellte integrierte Pumpspannungsschaltungen sind nicht miteinander kompatibel, und es bestehen die Bedenken hinsichtlich der Produktauslieferung. Darüber hinaus müssen Design und Layout der Leiterplatte verändert werden, wenn die für die integrierte Schaltung verwendete Produktion beendet wird.

Kurzdarstellung der vorliegenden Erfindung

Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannungsvervielfacher-Schaltung bereitzustellen. Die Spannungsvervielfacher-Schaltung der vorliegenden Erfindung stellt mehrstufige Spannungspumpblöcke bereit, bei denen zu Wartungszwecken nur die Dioden und die Kondensatoren ersetzt werden müssen, und kann nur den Spannungspegel einstellen, ohne dass das Layout der Leiterplatte oder das Design der Schaltung verändert wird. Daher soll die vorliegende Erfindung weiterhin dem Zweck dienen, die Kosten niedrig zu halten und eine einfache Reparatur zu ermöglichen.

Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung eine Spannungsvervielfacher-Schaltung bereit, die Folgendes umfasst: einen ersten Spannungspumpblock, der eine erste Diode, eine zweite Diode, einen ersten Kopplungskondensator und einen zweiten Kopplungskondensator enthält, eine Funktionssignalgeneratorschaltung zum Erzeugen verschiedener Funktionssignalwellenformen, zu denen eine Sinuswelle, eine Rechteckwelle, eine Dreieckwelle, eine Impulswelle oder eine aperiodische Welle gehören. Bei der Schaltung ist eine Seite der ersten Diode dafür vorgesehen, eine Eingangsspannung aufzunehmen, und die andere Seite ist mit einer Seite des ersten Kopplungskondensators und der zweiten Diode verbunden. Die andere Seite des ersten Kopplungskondensators empfängt das Signal vom Funktionswellenformgenerator. Die andere Seite der zweiten Diode ist mit einer Seite des zweiten Kopplungskondensators verbunden und gibt eine Ausgangsspannung aus, und die andere Seite des zweiten Kopplungskondensators ist mit Masse verbunden.

Die vorliegende Erfindung soll eine weitere Spannungsvervielfacher-Schaltung bereitstellen, die Folgendes umfasst: eine Signaleingangsschaltung, die das Eingangssignal empfängt, eine Vielzahl an Spannungspumpblöcken zum Pumpen einer Spannung und einen Funktionssignalgenerator zum Erzeugen von Funktionssignalwellenformen. Wie in 3c umfasst jeder Spannungspumpblock eine erste Diode, eine zweite Diode, einen ersten Kopplungskondensator und einen zweiten Kopplungskondensator. Eine Seite der ersten Diode nimmt eine Eingangsspannung auf, und die andere Seite ist mit einer Seite des ersten Kopplungskondensators und der zweiten Diode verbunden. Die andere Seite des ersten Kopplungskondensators empfängt das Signal vom Funktionswellenformgenerator. Die andere Seite der zweiten Diode ist mit einer Seite des zweiten Kopplungskondensators verbunden und gibt eine Ausgangsspannung aus, und die andere Seite des zweiten Kopplungskondensators ist mit Masse verbunden. Eine vorherige Stufe der Spannungspumpblöcke dient als nächste Stufe der Eingangsspannung von Spannungspumpblöcken. Die andere Seite der zweiten Diode der vorherigen Stufe der Spannungspumpblöcke ist mit der Seite der ersten Diode der nächsten Stufe der Spannungspumpblöcke verbunden.

Wie oben erwähnt wurde, lassen sich mit der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile erzielen:

1. Geringe Kosten, und bei der Generatorschaltung für die Funktionssignale (eine Sinuswelle, eine Rechteckwelle, eine Dreieckwelle, eine Impulswelle oder eine aperiodische Welle) kann es sich um einen Transistor, einen Operationsverstärker, eine Standardlogikschaltung oder einen Quarzoszillator handeln.
2. Niederfrequente Schwingungen und daher geringe EMB.
3. Die vom Oszillator erzeugte Frequenz ist unveränderlich, die Ausstrahlung der elektromagnetischen Beeinflussung lässt sich leicht unterdrücken.
4. Die Schaltung ist einfach und lässt sich leicht instand halten. Daher ist es einfach, die Kosten für das Produkt indirekt sowie die Kosten für die Instandhaltung zu senken.
5. Das Material lässt sich ohne Weiteres beschaffen und ohne hoch spezifische Anforderungen ersetzen.
6. In der Einzelstromumgebung wird der notwendige Funktionsgenerator und die Schaltung mit den Dioden und den Kondensatoren der vorliegenden Erfindung eingesetzt, um eine positive Spannung zu erzeugen, die dem Gitter des Vakuumfluoreszenz-Displays zugeführt wird, ohne dass man die konventionelle Schaltung verwendet, die teuer und kompliziert ist.
7. In Abhängigkeit von der erforderlichen Spannung kann man die Anzahl der Stufen der Schaltung mit den Dioden und den Kondensatoren erhöhen oder verringern und ein Bauelement für die Spannungsstabilisierung (wie eine Zenerdiode oder ein Regler-IC) hinzufügen, um die benötigte Spannung zu erzeugen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltplan, der eine Pumpschaltung für positive Spannungen gemäß einer konventionellen Technik zeigt,
2a ist ein Schaltplan für den Vervielfacher für positive Spannungen gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2b ist ein Schaltplan für den Vervielfacher für positive Spannungen gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2c ist ein Schaltplan für den Vervielfacher für negative Spannungen gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2d ist eine Schaltung gemäß der Vervielfacherschaltung für negative Spannungen in 2c,
3a ist ein Schaltplan für den Vervielfacher für positive Spannungen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3b ist ein Schaltplan für den Vervielfacher für negative Spannungen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3c ist ein Schaltplan für das gleichzeitige Anwenden der Vervielfacher für positive und für negative Spannung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 ist ein Schaltplan für das Anwenden des Spannungsvervielfachers an dem Vakuumfluoreszenz-Display gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Es werden nun die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
2a ist ein Schaltplan für den Vervielfacher für positive Spannungen der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 2a weist die Vervielfacher-Schaltung für positive Spannungen einen Spannungspumpblock 20 auf. Der Spannungspumpblock 20 umfasst eine erste Diode 22, eine zweite Diode 24, einen ersten Kopplungskondensator 26 und einen zweiten Kopplungskondensator 28. Dabei dient eine Seite der ersten Diode 22 zum Aufnehmen einer positiven Spannung Vin, und die andere Seite der ersten Diode 22 ist mit einer Seite des ersten Kopplungskondensators 26 und der zweiten Diode 24 verbunden. Die andere Seite des ersten Kopplungskondensators 26 empfängt ein Funktionssignal, die andere Seite der zweiten Diode 24 ist mit einer Seite des zweiten Kopplungskondensators 28 verbunden und gibt eine Ausgangsspannung N1 aus. Die andere Seite des zweiten Kopplungskondensators 28 ist mit Masse verbunden.
2b ist ein Schaltplan für den Vervielfacher für positive Spannungen der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2b enthält eine Funktionsgeneratorschaltung 30, die ein Funktionssignal erzeugt, bei dem es sich um eine Sinuswelle, eine Rechteckwelle, eine Dreieckwelle, eine Impulswelle oder eine aperiodische Welle handeln kann. Die am Leitungsknoten N12 gezeigte Ausgangsspannung Vo wird nachfolgend gezeigt: Vo = ViSpitze + Vin
2c ist ein Schaltplan für den Vervielfacher für negative Spannungen der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Vergleicht man 2c mit 2a, so sind bei dieser Ausführungsform die Dioden umgekehrt angeschlossen, wobei statt der positiven eine negative Spannung bereitgestellt wird. Folglich entsteht eine Vervielfacher-Schaltung für negative Spannungen.
2d ist der Vervielfacher für negative Spannungen als Variation der in 2c dargestellten Vervielfacher-Schaltung für positive Spannungen. Er gibt am Leitungsknoten N2 eine Spannung –Vo = Vi_Spitze + (|–V–|) aus. Wenn die Eingangsspannung V- ist, nimmt eine Seite der Diode eine negative Spannung auf oder ist mit Masse verbunden.
3a ist ein Schaltplan für den Vervielfacher für positive Spannungen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 3a umfasst die Spannungsvervielfacher-Schaltung eine Eingangsschaltung 33 zum Aufnehmen einer Eingangsspannung V+, eine Vielzahl von Spannungspumpblöcken wie beispielsweise einen ersten Pumpblock für eine positive Spannung 34, einen zweiten Pumpblock für eine positive Spannung, die alle eine Spannung pumpen, einen Leitungsknoten N5 zum Ausgeben einer Ausgangsspannung, einen Funktionssignalgenerator 35 für das Erzeugen eines Funktionssignals. Jeder Spannungspumpblock enthält eine erste Diode 22, eine zweite Diode 24, einen ersten Kopplungskondensator 26 und einen zweiten Kopplungskondensator 28. Eine Seite der ersten Diode 22 dient zum Aufnehmen einer Eingangsspannung V+, und die andere Seite ist mit einer Seite des ersten Kopplungskondensators 26 und der zweiten Diode 24 verbunden. Die andere Seite des ersten Kopplungskondensators 26 empfängt das Funktionssignal vom Funktionssignalgenerator. Die andere Seite der zweiten Diode 24 ist mit einer Seite des zweiten Kopplungskondensators 28 verbunden und gibt eine Spannung aus, und die andere Seite des zweiten Kopplungskondensators 28 ist mit Masse verbunden.
Wie oben erwähnt dient jede vorherige Stufe der Spannungspumpblöcke als nächste Stufe der Eingangsspannung von Spannungspumpblöcken. Die andere Seite der zweiten Diode der vorherigen Stufe der Spannungspumpblöcke ist mit einer Seite der ersten Diode der nächsten Stufe der Spannungspumpblöcke verbunden. Eine Seite der ersten Diode dient zum Aufnehmen einer Eingangsspannung, und die andere Seite der ersten Diode ist mit einer Seite des ersten Kopplungskondensators und der zweiten Diode verbunden. Die andere Seite des ersten Kopplungskondensators empfängt das Funktionssignal, und die andere Seite der zweiten Diode ist mit einer Seite des zweiten Kopplungskondensators verbunden und gibt eine Ausgangsspannung aus, und die andere Seite des zweiten Kopplungskondensators ist mit einer Masse verbunden.
3b ist ein Schaltplan für den Vervielfacher für negative Spannungen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform wendet die drei Pumpblöcke für die negative Spannung an, die die negative Spannung pumpen und einen Spannungswert –Vo = 3 × Vi_Spitze + (|–V–|) ausgeben.
Wie die anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist sie nicht auf die Verwendung lediglich der drei Pumpblöcke für die positive Spannung oder der drei Pumpblöcke für die negative Spannung beschränkt. Im Gegenteil, man kann die Pumpblöcke für positive Spannungen und für negative Spannungen gleichzeitig verwenden und die Anzahl der Spannungspumpblöcke entsprechend der Spannung der Last anpassen.
3c ist ein Schaltplan für das gleichzeitige Anwenden des Vervielfachers für die positive und für die negative Spannung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3c zeigt, dass die vorliegende Erfindung das Spannungspumpen der positiven und der negativen Spannung realisieren kann. Der Spannungsvervielfacher dieser Ausführungsform umfasst eine Eingangsschaltung 41 zum Aufnehmen einer Eingangsspannung, eine Vielzahl von Pumpblöcken zum Pumpen einer positiven Spannung, eine Vielzahl von Pumpblöcken zum Pumpen einer negativen Spannung, einen Leitungsknoten N8 zum Ausgeben der positiven Spannung, einen Leitungsknoten N10 zum Ausgeben der negativen Spannung, einen Funktionsgenerator 49 für das Erzeugen eines Funktionssignals. Jeder Spannungspumpblock enthält eine erste Diode 51, eine zweite Diode 52, einen ersten Kopplungskondensator 53 und einen zweiten Kopplungskondensator 54. Eine Seite der ersten Diode 51 dient zum Aufnehmen einer Eingangsspannung, und die andere Seite ist mit einer Seite des ersten Kopplungskondensators 53 und der zweiten Diode 52 verbunden. Die andere Seite des ersten Kopplungskondensators 53 empfängt das Funktionssignal, und die andere Seite der zweiten Diode 52 ist mit einer Seite des zweiten Kopplungskondensators 54 verbunden und gibt eine Ausgangsspannung aus, während die andere Seite des zweiten Kopplungskondensators 54 mit Masse verbunden ist. Bei der Schaltung wird eine vorherige Stufe der Spannungspumpblöcke als nächste Stufe der Eingangsspannung von Spannungspumpblöcken verwendet, und die andere Seite der zweiten Diode 52 der vorherigen Stufe der Spannungspumpblöcke ist mit einer Seite der ersten Diode 55 der nächsten Stufe der Spannungspumpblöcke verbunden.
4 ist ein Schaltplan für das Anwenden des Spannungsvervielfachers mit dem Vakuumfluoreszenz-Display gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird der Pumpblock für die positive Spannung an das Vakuumfluoreszenz-Display angelegt, und die Eingangsspannung kann problemlos mit dem erforderlichen Spannungspegel gepumpt werden, indem man diese einfache Spannungsvervielfacher-Schaltung benutzt, ohne die kostenintensive integrierte Schaltung zu verwenden. Man benutzt statt der konventionellen, kostenintensiven Schaltung einfach die Schaltung mit den Dioden und den Kondensatoren, um die positive hohe Spannung für die Zuführung zum Gitter des Vakuumfluoreszenz-Displays zu erzeugen. Abgesehen davon ist lässt sich das Material für die vorgeschlagene Schaltung der vorliegenden Erfindung problemlos beschaffen, instand halten und ersetzen.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann man das Bauelement für die Spannungsstabilisierung (wie eine Zenerdiode oder eine Regelschaltung) hinzufügen. Dabei kann es sich bei den Funktionssignalen vom Generator um eine Sinuswelle, eine Rechteckwelle, eine Dreieckwelle, eine Impulswelle oder eine aperiodische Welle handeln, und die Ausgangsspannung kann dem Vakuumfluoreszenz-Display zugeführt werden.
Die vorstehende Beschreibung erfolgte zwar unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen, es versteht sich jedoch, dass Durchschnittsfachleute Änderungen und Modifikationen an der vorliegenden Erfindung vornehmen können, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung und der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Spannungsvervielfacher-Schaltung, die Folgendes umfasst: einen Spannungspumpblock, der eine erste Diode, eine zweite Diode, einen ersten Kopplungskondensator und einen zweiten Kopplungskondensator enthält, und eine Funktionsgeneratorschaltung zum Erzeugen eines Funktionssignals, wobei eine Seite der ersten Diode zum Aufnehmen einer Eingangsspannung dient und die andere Seite der ersten Diode mit einer Seite des ersten Kopplungskondensators und der zweiten Diode verbunden ist, die andere Seite des ersten Kopplungskondensators das Funktionssignal empfängt, die andere Seite der zweiten Diode mit einer Seite des zweiten Kopplungskondensators verbunden ist und eine Ausgangsspannung ausgibt und die andere Seite des zweiten Kopplungskondensators mit einer Masse verbunden ist.
Spannungsvervielfacher-Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Eingangsspannung positiv oder negativ ist.
Spannungsvervielfacher-Schaltung nach Anspruch 1, bei der es sich bei dem Funktionssignal um eine Sinuswelle, eine Rechteckwelle, eine Dreieckwelle, eine Impulswelle oder eine aperiodische Welle handelt.
Spannungsvervielfacher-Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Ausgangsspannung an ein Vakuumfluoreszenz-Display ausgegeben wird.
Spannungsvervielfacher-Schaltung, die Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Spannungspumpblockstufen für das Pumpen einer Spannung und einen Funktionsgenerator zum Erzeugen eines Funktionssignals, wobei jeder Spannungspumpblock eine erste Diode, eine zweite Diode, einen ersten Kopplungskondensator und einen zweiten Kopplungskondensator enthält, wobei eine Seite der ersten Diode zum Aufnehmen einer Eingangsspannung dient und die andere Seite mit einer Seite des ersten Kopplungskondensators und der zweiten Diode verbunden ist, die andere Seite des ersten Kopplungskondensators das Funktionssignal empfängt, die andere Seite der zweiten Diode mit einer Seite des zweiten Kopplungskondensators verbunden ist und eine Ausgangsspannung ausgibt und die andere Seite des zweiten Kopplungskondensators mit einer Masse verbunden ist, wobei die vorherige Stufe der Spannungspumpblöcke als nächste Stufe der Eingangsspannung von Spannungspumpblöcken dient und die andere Seite der zweiten Diode der vorherigen Stufe der Spannungspumpblöcke mit der Seite der ersten Diode der nächsten Stufe der Spannungspumpblöcke verbunden ist.
Spannungsvervielfacher-Schaltung nach Anspruch 5, bei der die Eingangsspannung positiv oder negativ ist.
Spannungsvervielfacher-Schaltung nach Anspruch 5, bei der es sich bei dem Funktionssignal um eine Sinuswelle, eine Rechteckwelle, eine Dreieckwelle, eine Impulswelle oder eine aperiodische Welle handelt.
Spannungsvervielfacher-Schaltung nach Anspruch 5, bei der die Ausgangsspannung an ein Vakuumfluoreszenz-Display ausgegeben wird.
Spannungsvervielfacher-Schaltung, die Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Spannungspumpblöcken zum Pumpen einer positiven Spannung, eine Vielzahl von Spannungspumpblöcken zum Pumpen einer weiteren, negativen Spannung und einen Funktionsgenerator zum Erzeugen eines Funktionssignals, wobei jeder der Pumpblöcke für das Pumpen einer positiven oder negativen Spannung eine erste Diode, eine zweite Diode, einen ersten Kopplungskondensator und einen zweiten Kopplungskondensator enthält, eine Seite der ersten Diode zum Aufnehmen einer Eingangsspannung dient und die andere Seite mit einer Seite des ersten Kopplungskondensators und der zweiten Diode verbunden ist, die andere Seite des ersten Kopplungskondensators das Funktionssignal empfängt, die andere Seite der zweiten Diode mit einer Seite des zweiten Kopplungskondensators verbunden ist und eine Ausgangsspannung ausgibt und die andere Seite des zweiten Kopplungskondensators mit einer Masse verbunden ist, wobei die vorherige Stufe der Spannungspumpblöcke als nächste Stufe der Eingangsspannung von Spannungspumpblöcken verwendet wird und die andere Seite der zweiten Diode der vorherigen Stufe der Spannungspumpblöcke mit der Seite der ersten Diode der nächsten Stufe der Spannungspumpblöcke verbunden ist.
Spannungsvervielfacher-Schaltung nach Anspruch 9, bei der die Eingangsspannung positiv oder negativ ist.
Spannungsvervielfacher-Schaltung nach Anspruch 9, bei der es sich bei dem Funktionssignal um eine Sinuswelle, eine Rechteckwelle, eine Dreieckwelle, eine Impulswelle oder eine aperiodische Welle handelt.
Spannungsvervielfacher-Schaltung nach Anspruch 9, bei der die Ausgangsspannung an ein Vakuumfluoreszenz-Display ausgegeben wird.