DE19748577C1

DE19748577C1 - Ladungspumpe

Info

Publication number: DE19748577C1
Application number: DE19748577A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Fiedler; Wolfgang Rentz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2017-11-05
Also published as: ITMI982368A1; IT1303696B1; JP4499207B2; US6163205A; FR2770698A1; FR2770698B1; JPH11202959A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladungspumpe zum Erzeugen einer über einer Versorgungsspannung liegenden Span nung (Überspannung) mit den im Oberbegriff des An spruchs 1 genannten Merkmalen.

Stand der Technik

Ladungspumpen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Diese werden dazu eingesetzt, um innerhalb einer Schaltungsanordnung einzelne Schaltungsteile mit ei ner über einer Versorgungsspannung (Betriebsspannung) liegenden Spannung zu versorgen. Aus der DE 43 24 855 C1 ist eine Ladungspumpe bekannt, bei der eine zwei phasige Ansteuerung erfolgt, indem zwei, je eine Schiebekapazität aufweisende Pumpenhälften über einen Oszillator angesteuert werden. Es erfolgt quasi eine um 180° phasenverschobene Ansteuerung der beiden Schiebekapazitäten. Durch eine Verzögerungszeit während der Umschaltung des Oszillators werden in die Spannungssignale Grundwellenanteile überlagert, die zu einer Störstrahlung führen. Um diese Störstrahlung zu eliminieren, ist die Anordnung eines zusätzlichen Stützkondensators notwendig, der gleichzeitig als Entstörkondensator an der Versorgungsspannung ange schlossen ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ladungspumpe mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß eine Überspannung ohne zusätzliche Entstörmittel bereitge stellt werden kann. Dadurch, daß die Ozsillatorschal tung einen R-C-Phasenschieberoszillator umfaßt, an dessen Ausgängen drei je um 120° phasenverschobene sinusförmige Ausgangssignale anliegen, die Ausgänge über je ein vorzugsweise als Differenzspannungsstrom verstärker ausgestaltets Schaltmittel mit den Schiebekapazitäten verbunden sind, wird eine EMV(elektromagnetische Verträglichkeit)-Störstrahlung stark reduziert, da mittels des Phasenschieber oszillators sehr exakt um 120° phasenverschobene Ausgangssignale bereitgestellt werden können, so daß sich durch Verzögerungszeiten ergebende Grundschwin gungsanteile nahezu ausgeschlossen werden können. Darüber hinaus ergibt sich bei drei phasenverschobe nen Signalen kein Zeitpunkt, zu dem alle drei Signale gleichzeitig einen Wendepunkt in der Kennlinie durchlaufen. Die Anordnung eines zusätzlichen Stör mittels für die Ladungspumpe entfällt somit.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß die zweiten Anschlüsse der Schiebekapazi täten über einen Brücken-Gleichrichter mit einem die Ausgangspumpspannung aufweisenden Knoten verbunden sind. Hierdurch wird über die vorzugsweise dreipha sige Brücken-Gleichrichtung eine geglättete Pumpspan nung erzeugt, bei der ein Anteil störender Stromspit zen minimiert ist. Insbesondere wenn der Brücken- Gleichrichter zusätzlich über eine Stromquelle mit der Versorgungsspannung verbunden ist, kann bei einer Überlappung von Ladephasen von wenigstens zwei der Schiebekapazitäten das Entstehen störender Strom spitzen in der Zuleitung der Ladungspumpe vermieden werden.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er geben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung einer Ladungs pumpe und

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung eines Phasen schieberoszillators der Ladungspumpe.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist die Schaltungsanordnung einer Ladungs pumpe 10 gezeigt. Die Ladungspumpe umfaßt einen Pha senschieberoszillator 12, an dessen Eingang BF eine Versorgungsspannung (Betriebsspannung) U und an des sen Eingang LOW eine Referenzspannung U_REF anliegt. Die Referenzspannung U_REF gleicht Schwankungen der Betriebsspannung U aus, so daß der Phasenschieberos zillator 12 mit einer stabilisierten Spannung betrie ben wird. Über eine Referenzstromquelle 14 wird der Phasenschieberoszillator 12 mit einem Referenzstrom I_REF beaufschlagt. Die Referenzstromquelle 14 ist mit dem Phasenschieberoszillator 12 über eine Stromspie gelschaltung 16 gekoppelt, so daß ein Referenzstrom I_REF der Referenzstromquelle 14 identisch zu dem Re ferenzstrom I_REF des Phasenschieberoszillators 12 ist.

Der Phasenschieberoszillator 12 besitzt den in Fig. 2 gezeigten Schaltungsaufbau. Über R-C-Kombinationen, die von Kapazitäten C₁, C₂ und C₃ sowie drei in Reihe geschalteten und über eine Verbindungsleitung 18 rückgekoppelten Differenzspannungs-Strom-Verstärkern 20, 20' sowie 20" gebildet werden. Die Differenzspan nungs-Strom-Verstärker 20 sind so geschaltet, daß sie einen hochohmigen Widerstand darstellen. Ein Aus gangsstrom I_OUT an den Ausgängen OUT1, OUT2 und OUT3 ergibt sich aus der Beziehung:

I_OUT = x (U_OUT - U_IN)

Wobei x eine Konstante (Steilheit des Differenz spannung-Strom-Verstärkers), U_OUT die Ausgangsspan nung und U_IN die Eingangsspannung der Differenz spannungs-Strom-Verstärker ist. Der Referenzstrom I_REF bildet den Referenzeingang für einen Querstrom des Differenzpaares der Differenzspannungs-Strom- Verstärker.

Durch die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 liegen an den Ausgängen OUT1, OUT2 beziehungsweise OUT3 drei um je 120° phasenverschobene sinusförmige Ausgangssigna le an.

Die Ausgänge OUT1, OUT2 beziehungsweise OUT3 sind je weils mit dem Eingang eines Differenzspannungs-Strom- Verstärkers 22, 22' beziehungsweise 22" verbunden. An den Differenzspannungs-Strom-Verstärkern 22, 22' und 22" liegen die Betriebsspannung U und die Referenz spannung U_REF über die Signalleitung LOW an. Ferner sind die Differenzspannungs-Strom-Verstärker 22, 22' und 22" über nicht dargestellte Anschlüsse mit einem Referenzstrom beaufschlagt. Die Ausgänge der Dif ferenzspannungs-Strom-Verstärker 22, 22' und 22" sind mit jeweils einem ersten Anschluß von Schiebekapa zitäten C₄, C₅ beziehungsweise C₆ verbunden. Die zweiten Anschlüsse der Schiebekapazitäten C₄, C₅ und C₆ sind mit einem dreiphasigen Brücken-Gleichrichter 24 verbunden, an dessen Ausgangsanschluß C_POUT die Pumpspannung U_P (Überspannung) anliegt. Der Brücken- Gleichrichter 24 ist ferner über eine Stromquelle 26 mit der Betriebsspannung U verbunden.

Mittels der drei um jeweils 120° verschobenen sinus förmigen Ausgangssignale werden die Schiebekondensa toren C₄, C₅, C₆ entsprechend phasenverschoben über die Differenzspannungs-Strom-Verstärker 22, 22' be ziehungsweise 22" angesteuert. Entsprechend des mo mentanen Zeitpunktes der phasenverschobenen Ausgangs signale werden die Schiebekondensatoren C₄, C₅ bezie hungsweise C₆ aufgeladen beziehungsweise entladen. Entsprechend der an Differenzspannungs-Strom-Verstär ker 22 anliegenden Spannungsdifferenz zwischen einer Referenzspannung und den von den Ausgängen OUT1, OUT2 und OUT3 des Phasenschieberoszillators 12 gelieferten Ausgangssignalen ergibt sich ein positiver oder nega tiver Ladestrom der Schiebekondensatoren C₄, C₅ und C₆.

Durch die um je 120° verschobenen Ausgangssignale des Phasenschieberoszillators 12 ergeben sich Überlappun gen in den Ladephasen der Schiebekapazitäten C₄, C₅ und C₆, so daß zwei der Schiebekondensatoren C₄, C₅, C₆ immer gleichzeitig aufgeladen beziehungsweise entladen werden. Um hierdurch auftretende Stromspit zen zu vermeiden, wird der Brücken-Gleichrichter 24 mit einem konstanten Strom der Stromquelle 26 beauf schlagt, der zu einer geglätteten Pumpspannung UP führt. Dadurch, daß die Stromspitzen gleichzeitig bereits durch die Entkopplung der Ausgänge OUT1, OUT2 und OUT3 von den Schiebekapazitäten C₄, C₅ bezie hungsweise C₆ über die Differenzspannungs-Strom- Verstärker 22, 22', 22" erfolgt, kann das Auftreten von unerwünschten Stromspitzen vermieden werden. In einem konkreten Ausführungsbeispiel können die Kon densatoren C₁, C₂, C₃ eine Kapazität von circa 4 bis 10 pF je nach Frequenz und die Kondensatoren C₄, C₅, C₆ eine Kapazität von circa 20 bis 100 pF je nach notwendigem Laststrom am Ausgangsanschluß C_pout be sitzen.

Claims

1. Ladungspumpe zum Erzeugen einer über einer Versor gungsspannung liegenden Spannung (Überspannung), mit über eine Oszillatorschaltung ansteuerbaren Schiebe kapazitäten, deren erste Anschlüsse mit der Oszilla torschaltung verbunden sind und deren zweiten An schlüsse in einem Knoten zusammengeschaltet sind, an dem die Überspannung anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorschaltung (12) einen R-C-Pha senschieberoszillator (12) umfaßt, an dessen Ausgän gen (OUT1, OUT2, OUT3) drei um je 120° phasenverscho bene Ausgangssignale anliegen, und die Ausgänge (OUT1, OUT2, OUT3) über jeweils ein Schaltmittel (22, 22', 22") mit den Schiebekapazitäten (C₄, C₅, C₆) verbunden sind.

2. Ladungspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Schaltmittel Differenzspannungs-Strom- Verstärker (22, 22', 22") sind.

3. Ladungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten An schlüsse der Schiebekapazitäten (C₄, C₅, C₆) über einen Brücken-Gleichrichter (24) mit dem Knoten (C_POUT) verbunden sind.

4. Ladungspumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß der Brücken-Gleichrichter (24) über eine Stromquelle (26) mit der Versorgungsspannung (U) verbunden ist.

5. Ladungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber oszillator (12) als hochohmige Widerstände geschalte te Differenzspannungs-Strom-Verstärker (20, 20', 20") aufweist, die mit Kapazitäten (C₁, C₂, C₃) den Ausgängen (OUT1, OUT2, OUT3) zugeordnete R-C-Glieder bilden.