DE19748577C1 - Ladungspumpe - Google Patents
LadungspumpeInfo
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- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
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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.
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.
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.
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.
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 UREF anliegt.
Die Referenzspannung UREF 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
IREF beaufschlagt. Die Referenzstromquelle 14 ist mit
dem Phasenschieberoszillator 12 über eine Stromspie
gelschaltung 16 gekoppelt, so daß ein Referenzstrom
IREF der Referenzstromquelle 14 identisch zu dem Re
ferenzstrom IREF 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 IOUT an den Ausgängen OUT1, OUT2 und OUT3
ergibt sich aus der Beziehung:
IOUT = x (UOUT - UIN)
Wobei x eine Konstante (Steilheit des Differenz
spannung-Strom-Verstärkers), UOUT die Ausgangsspan
nung und UIN die Eingangsspannung der Differenz
spannungs-Strom-Verstärker ist. Der Referenzstrom
IREF 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 UREF 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 CPOUT die
Pumpspannung UP (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 Cpout be
sitzen.
Claims (5)
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
(CPOUT) 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.
Priority Applications (5)
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