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DE2314674A1 - Elektrische spannungsvervielfacherkaskade - Google Patents

Elektrische spannungsvervielfacherkaskade

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DE2314674A1
DE2314674A1 DE19732314674 DE2314674A DE2314674A1 DE 2314674 A1 DE2314674 A1 DE 2314674A1 DE 19732314674 DE19732314674 DE 19732314674 DE 2314674 A DE2314674 A DE 2314674A DE 2314674 A1 DE2314674 A1 DE 2314674A1
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diodes
capacitive
voltage multiplier
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Gerhard Dipl-Phys Hoyler
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 8 München 2
Berlin und München Wittelsbacherplatz 2
™ 73/1060
Elektrische Snannungsvervielfacher-Kaskade
Die Erfindung betrifft eine elektrische Spannungsvervielfaeher-Kaskade, die im wesentlichen zwei Reihen direkt hintereinandergeschalteter Kondensatoren und Dioden enthält und mit Kunststoff umhüllt ist, wobei die Dioden jeweils einen Kondensatoranschluß auf der einen Reihe unmittelbar in Serie geschalteter Kondensatoren mit einem Kondensatoranschluß auf der anderen Reihe unmittel bar in Serie geschalteter Kondensatoren verbinden und alle Dioden in Durchlaßrichtung für Impulse einer Polarität unmittelbar in Serie geschaltet und so mit den Anschlüssen der Kondensatoren verbunden sind, daß über jede Diode ein Kondensator aufgeladen werden kann.
Derartige elektrische Spannungsvervielfacher-Kaskaden sind bekannt und werden z.B. in Farbfernsehgeräten zur Erzeugung der Bildröhren hochspannung verwendet. Die bekannten elektrischen Spannungsvervielfacher-Kaskaden werden aus Einzelbauelementen von Hand zusammengesetzt und verlötet, wobei auf eine günstige Anordnung der Bauelemente zueinander geachtet wird. Eine Automatisierung der lötung ist bei dem bekannten Aufbau nicht ohne weiteres möglich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spannungsvervielfacher-Kaskade kleiner zu gestalten und einen für eine automatische Herstellung geeigneten Aufbau anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Spannungsvervielfacher-Kaskade der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Reihen unmittelbar in Serie geschalteter Kondensatoren jeweils aus einstückig miteinander verbundenen, aus einem Mutterkondensator abgetrennten stirnkontaktierten Schichtkondensatoren bestehen, deren Beläge aneinander gegenüberliegenden
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Seiten Freirandzonen freilassen und welche durch Schnitte, die ' durch jeweils eine Stirnfläche und die daran angrenzenden Freirandzonen hindurch und bis über den kapazitiv wirksamen Bereich des Kondensators hinausgeführt sind, zu einem kapazitiven Netzwerk in Form einer Reihe in Serie geschalteter Kondensatoren aufgetrennt sind, daß die einzelnen Kondensatoren innerhalb des kapazitiven Netzwerks jeweils innere Reihenschaltungen von Belagsflächen enthalten und daß alle Anschlüsse einer Reihe von in Serie geschalteten Kondensatoren f durch Einschnitte voneinander getrennt, in einer Stirnfläche des kapazitiven Netzwerks liegen und die Anordnung der Kondensatoren gewährleistet, daß zwischen benachbarten Kontaktflächen nicht mehr als die Spannung an einem der Kondensatoren liegen kann.
Kapazitive Netzwerke der genannten Ausführung sind aus der deutschen Auslegeschrift 1 764 861 bekannt. Eine einfachere Herstellungsmöglichkeit für elektrische Spannungsvervielfacher-Kaskaden ist durch den Einsatz derartiger kapazitiver Netzwerke allein jedoch nicht zu erreichen. Erst durch die erfindungsgemäße Kombination mit einer inneren Reihenschaltung konnten Anordnungen von Belägen und Schnitten gefunden werden, die es ermöglichen, daß alle Kontaktflächen auf derselben Stirnfläche des kapazitiven Netzwerkes liegen. Dadurch wurde ein Aufbau erreicht, welche eine vorteilhafte und wirtschaftliche, weil automatische Fertigung ermöglicht. Außerdem bietet der Einsatz der auf dem Prinzip der Schiehtkondensatoren aufgebauten kapazitiven Netzwerke den großen Vorteil, daß nun auch Siliciumdioden verwendet werden können, die wesentlich kleiner sind als die bisher verwendeten Selen-Gleichrichter. Dies ist dadurch möglich, daß die Kontaktierung der Stirnkontaktschichten bei Schichtkondensatoren an wesentlich mehr Stellen erfolgt als bei den bisher verwendeten Wickelkondensatoren, wodurch die Strombelastung der Beläge im Bereich der Kontaktstellen bei Schichtkondensatoren wesentlich geringer ist. Das zur Herstellung dieser Schichtkondensatoren erforderliche Wickelverfahren wäre für eine rationelle Fertigung von Wickelkondensatoren zu aufwendig.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die beiden kapazitiven Netzwerke nebeneinander angeordnet sind und daß die Dioden zumindest bis auf eine, am Ende der Schaltung liegende, zueinander annähernd parallel liegen. Dies fördert die AutomatiBierbarkeit der Herstellung. Aus dem gleichen Grund empfiehlt es sich, daß die Kontaktflächen aller Kondensatoren in einer Ebene liegen. Ein besonders platzsparender Aufbau ergibt sich, -wenn die beiden kapazitiven Netzwerke übereinander angeordnet, durch eine isolierende und über die Schoopschieht hervorstehende Isolier— stoffzwisehenlage voneinander getrennt und gemeinsam beschoopt sind und wenn der über die Stirnkontaktschichten hervorstehende Teil der Isolierstoffzwischenlage von Schoopmetall frei ist.
Die vorstehenden Isolierstoffschichten und die für deren Wirksamkeit erforderliche Entfernung von Schoopmetall von diesen Schichten können entfallen, wenn die beiden kapazitiven Netzwerke übereinander angeordnet und durch eine nicht über die Schoopschichten vorstehende Trennlage voneinander getrennt sind, wenn im Bereich einer Stirnseite alle Beläge .jeweils nur eines kapazitiven Netzwerks ireirandzonen freilassen, wenn im Bereich dieser Stirnseite jeder dieser Beläge außerdem gegenüber den jeweiligen benachbarten Belägen versetzt angeordnet ist, wenn die beiden kapazitiven Netzwerke auf beiden Seiten gemeinsam mit durchgehenden Schoopschichten versehen sind und die Anschlüsse der Dioden parallel zu den Einschnitten angeordnet und mit entsprechenden, aus den Stirnkontaktschichten abgetrennten Kontaktflächen elektrisch leitend verbunden sind. Hierbei erfassen die Schoopschichten jeweils nur die Beläge eines der beiden kapazitiven Netzwerke, die Beläge des anderen Netzwerks sind durch entsprechend breite Freirandzonen sicher von den Schoopschichten isoliert. Gleichzeitig entsteht ein mechanisch stabiles Gebilde, da die Schoopschichten auch die Teile der Stirnflächen, die sie nicht kontaktieren, verfestigen.
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Eine besonders einfach herzustellende Ausführung des zuletzt genannten Aufbaus "besteht darin, daß die Netzwerke deckungsgleich ausgebildet sind, daß die Dioden auf einer Seite der miteinander durch die Schoopschichten verbundenen kapazitiven Netzwerke und senkrecht -zu den Stirnkontaktschichten angeordnet und mit den angrenzenden Schmalseiten der Kontaktflächen verschweißt sind.
Ein einfaches Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen Spannungsvervielfacher-Käskaden besteht darin, daß die beiden kapazitiven Netzwerke nebeneinander und die Kontaktflächen oben und in einer Ebene liegend angeordnet werden, daß die einander gegenüberliegenden Kanten jeweils zweier miteinander durch Dioden zu verbindender Kontaktflächen in einer zur !Folienausdehnung senkrechten Richtung annähernd im Abstand der Diodenlänge angeordnet werden, daß die Dioden zueinander parallel und mit der entsprechenden Polung mit ihren Anschlußdrähten auf die zu verbindenden Kontaktflächen aufgelegt und anschließend durch Punktschweißen mit den Kontaktflächen elektrisch leitend verbunden werden. Dabei kann eine am Anfang bzw. Ende der Kaskade befindliche Diode schräg gelegt oder, für eine Automation vorteilhafter, die entsprechende Kontaktfläche des einen kapazitiven Netzwerkes breiter ausgebildet werden. Im letzten Fall ergibt sich ein nicht benutzter Bereich des kapazitiven Netzwerkes.
Ein besonders einfaches Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen, besonders kleinen Ausführung von Spannungsvervielfacher-Kaskaden besteht darin, daß zur Herstellung der beiden kapazitiven Netzwerke zwei Mutterkondensatoren - durch eine isolierende^ nicht über die Stirnseiten vorstehende Zwischenlage voneinander getrennt - übereinandergewickelt, gemeinsam beschoopt, mit Einschnitten versehen und abgetrennt werden und daß die Dioden auf die so verbundenen kapazitiven Netzwerke aufgelegt und deren Anschlüsse durch Punktsehweißen mit den Schmalseiten der entsprechenden Kontaktflächen verbunden werden-r
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Dabei bleiben die äußeren Schenkel eines der kapazitiven
Netzwerke außer Betrieb, da bei solchen Spannungsvervielfacher-Kaskaden stets eine ungerade Zahl von Kondensatoren erforderlich ist. Dieses Verfahren ermöglicht die Einsparung der sonst beim Übereinanderwickeln mehrerer Mutterkondensatoren erforderlichen Stahlzwischenlagen im Bereich zwischen den zusammengehörigen Mutterkondensatoren.
Die Erfindung wird nun an Hand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert; sie ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Fig 1 zeigt das Schaltbild einer Spannungsvervielfacher-Kaskade der erfindungemäßen Art;
Fig. 2 zeigt eine aus zwei getrennten kapazitiven Netzwerken und Dioden zusammengesetzte Spannungsvervielfacher-Kaskade gemäß der Erfindung ohne Verguß;
Fig. 3 zeigt eine besonders raumsparend ■ aufgebaute erfindungsgemäße Spannungsvervielfacher-Kaskade;
Fig. 4 zeigt die Schichtenfolge einer Spannungsvervielfacher-Kaskade gemäß Fig. 3.
Die Kondensatoren 1, Dioden 3 und Kondensatoren 2 sind jeweils untereinander unmittelbar in Serie geschaltet. Aus den Kondensatoren 1 wurde das kapazitive Netzwerk 4_ auf der Basis eines Schichtkondensators gebildet. Aus den Kondensatoren 2 entstand gemäß der Erfindung das kapazitive Netzwerk 5,. Die Kontaktfläche 6 dient zum Anschluß des Massekontakts, die Kontaktfläc?ie als Impulseingang, die Kontaktfläche 8 als Abgriff für die Hochspannung und die Kontaktflächen 9 zur Kontaktierung der Dioden mit jeweils zwei der Kondensatoren jeweils eines kapazitiven Netzwerkes bzw. die Kontaktfläche 22 zur Kontaktierung des letzten Kondensators des kapazitiven Netzwerkes 5, mit zwei Dioden.
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Die Dioden 3 sind in Fig. 2 auf die Kontaktflächen 7 bzw. 8 Tdzw. 22 "bzw. 9 aufgelegt und mit den Kontaktflächen durch Punktschweißen elek-. triseh leitend verbunden. Die Schlitze 10 werden im Zuge des Umhüllen s mit Kunststoff ausgefüllt, so daß sie die erforderliche Spannungsfestigkeit aufweisen. An diesen Schlitzen liegt beim Betrieb zumindest zeitweise die rolle Spannung eines Kondensators, für die Verwendung in Farbfernsehgeräten bei den gezeigten Beispielen 8,5 kV.
In Fig. 3 sind die kapazitiven Netzwerke 4. und 5. deckungsgleich ausgebildet und übereinander angeordnet. Die äußeren Schenkel des kapazitiven Fetzwerkes 5. werden licht verwendet. Die beiden Stirnflächen der kapazitiven Netzwerke 4 und 5 sind vollständig mit Schoopschichten bedeckt. Die Dioden 3 liegen parallel zu den eingesägten Schlitzen 10 und verbinden die entsprechenden aus den Schoopschichten abgetrennten Kontaktflächen 13,14 der Schoopschichten. Die Kontaktflächen 13 und 14 kontaktieren, wie in Fig. 4 dargestellt, nur die entsprechenden Metallbeläge 15 bzw. 17 eines der kapazitiven Netzwerke 5>. bzw. _4 . Die Beläge des kapazitiven Netzwerkes 4 kontaktieren keine der beiden Schoopschichten 13 bzw. 14, sind.also Blindbeläge, reichen aber auf der Seite, die der zugehörigen Schoopschicht 14 abgewandt ist, über die Schnittiefe 19 für die eingesägten Schlitze hinaus, so daß nach Fertigstellung des kapazitiven Netzwerkes elektrisch leitende Stege außerhalb der Einschnitte übrigbleiben, die mit den Blindbelägen einstückig verbunden sind. Entsprechend ragen die Blindbeläge 18 des kapazitiven Netzwerkes 5. über die Schnitttiefe 20 der eingesägten Schlitze hinaus. Dadurch ist die Kontaktierung jeweils eines kapazitiven Netzwerks auf nur einer Stirnseite möglich. Die Dioden 3 können so allein durch Verschweißen ihrer beiden Anschlüsse mit je einer Kontaktfläche 13 und 14 gemäß Fig. 1 verschaltet werden. Auch dfeser Aufbau muß zur Erreichung der notwendigen Spannungsfestigkeit vergossen v/erden. Die Zwischenlage 21 ragt nicht über die Stirnseiten der kapazitiven Netzwerke 4_ bzw. 5, vor und ist von der Schoopschicht überdeckt, Sie verhindert Überschläge im Bereich der■Schnitt—
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kanten und Durchschlage durch das Dielektrikum, da insbesondere bei Verwendung einer mehrfachen inneren Reihenschaltung das Dielektrikum keine der gesamten Kondensatorspannung entsprechende Durchschlagsfestigkeit aufweist.
4 Figuren
9 Patentansprüche
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Claims (9)

  1. Patentansp rüche
    ( 1.1Elektrische Spannungsvervielfacher-Kaskade, die im wesentlichen zv/ei Reihen direkt hintereinandergeschalteter Kondensatoren und Dioden enthält und mit Kunststoff umhüllt ist, wobei die Dioden-jeweils- einen Kondensatoranschluß auf der einen Reihe unmittelbar in Serie geschalteter Kondensatoren mit einem Kondensatoranschluß auf der anderen Reihe unmittelbar in Serie geschalteter Kondensatoren verbinden und alle Dioden in Durchlaßrichtung für Impulse einer Polarität unmittelbar in Serie geschaltet und so mit den Anschlüssen der Kondensatoren verbunden sind, daß über jede Diode ein Kondensator aufgeladen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reihen unmittelbar in Serie geschalteter Kondensatoren je— - weils aus einstückig miteinander verbundenen, aus einem Mutterkondensator abgetrennten stirnkontaktierten Schichtkondensatoren bestehen, deren Beäge aneinander gegenüberliegenden Seiten Preirandzonen freilassen und welche durch Schnitte, die durch jeweils eine Stirnfläche und die angrenzenden Preirandzonen hindurch und bis über den kapazitiv wirksamen Bereich des Kondensators hinaus geführt sind, zu einem kapazitiven Netzwerk in Porm einer Reihe in Serie geschalteter Kondensatoren aufgetrennt sind, daß die einzelnen Kondensatoren innerhalb des kapazitiven Netzwerks jeweils innere Reihenschaltungen von Belagsflächen enthalten und daß alle Anschlüsse einer Reihe von in Serie geschalteten Kondensatoren durch Einschnitte voneinander getrennt in einer Stirnfläche des kapazitiven Netzwerks liegen und daß die Anordnung der Kondensatoren gewährleistet, daß zwischen benachbarten Kontaktflächen nicht mehr als die Spannung an einem der Kondensatoren anliegen kann.
  2. 2. Spannungsvervielfacher-Kaskade nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Dioden Siliciumdioden enthält. -" ··.
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  3. 3. Spannungsvervielfaeher-Kaskade nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kapazitiven Netzwerke nebeneinander angeordnet sind, daß die Dioden zumindest bis auf eine, am Ende der Schaltung liegende zueinander annähernd parallelliegen.
  4. 4. Spannungsvervielfacher-Kaskade nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Eontaktflächen aller Kondensatoren in einer Ebene liegen.
  5. 5. Spannungsvervielfacher-Kaskade nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kapaztiven Netzwerke übereinander angeordnet, durch eine isolierende und über die Schoopschicht hervorstehende Isolierstoffzwischenlage voneinander getrennt und gemeinsam beschoopt sind und daß der über die Stirnkontaktschichten vorstehende Teil der Isolierstoffzwischenlage von Schoopmetall frei ist.
  6. 6. Spannungsvervielfacher-Kaskade nach einem der Ansprüche · 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kapazitiven netzwerke übereinander angeordnet und durch eine nicht über die Schoopschichten vorstehende Trennlage getrennt sind, daß im Bereich einer Stirnseite alle Beläge jeweils nur eines kapazitiven Netzwerks Freirandzonen freilassen, daß im Bereich jeder Stirnseite jeder dieser Beläge außerdem gegenüber den' jeweilsigen benachbarten Belägen versetzt angeordnet ist,
    . daß die beiden kapazitiven Netzwerke auf beiden Seiten gemeinsam mit durchgehenden Schoopschichten versehen sind und daß die Anschlüsse der Dioden parallel zu den Einschnitten angeordnet und mit entsprechenden, aus den Stirnkontaktschichten abgetrennten Kontaktflächen elektrisch leitend verbunden sind.
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  7. 7. Spannungsvervielfacher-Kaskade nach Anspruch 6, d a — durch gekennz e i chn e t, daß die kapazitiven Netzwerke deckungsgleich ausgebildet sind, daß die Dioden auf einer Seite der miteinander durch die Schoopschichten verbundenen kapazitiven Netzwerke und senkrecht zu den Stirnkontaktschichten angeordnet und mit den angrenzenden Schmalseiten der Kontaktflächen verschweißt sind.
  8. 8. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Spannungsvervielfacher-Kaskaden nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kapazitiven Netzwerke nebeneinander und die Kontaktflächen oben und in einer Ebene liegend angeordnet werden, daß die einander gegenüberliegenden Kanten jeweils zweier miteinander durch Dioden zu verbindender Kontaktflächen in einer zur Folienausdehnung senkrechten Richtung annähernd im Abstand der Diodenlänge angeordnet werden, daß die Dioden zueinander parallel und mit der entsprechenden Polung mit ihren Anschlußdrahten auf die zu verbindenden Kontaktflächen aufgelegt und anschließend durch Punktschweißen mit den Kontaktflächen elektrisch leitend verbunden werden.
  9. 9. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Spannungsvervielfacher-Kaskaden nach.einem der Ansprüche 6 oder 7»
    - dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der beiden kapazitiven Netzwerke zwei Mutterkondensatoren - durch eine isolierende nicht über die Stirnseiten vorstehende Zwischenlage voneiander getrennt übereinandergewickelt, gemeinsam beschoopt, mit Einschnitten versehen und von den Mutterkondensatoren abgetrennt werden und daß die Dioden auf die so verbundenen kapazitiven Netzwerke aufgelegt und deren Anschlüsse durch Punktschweißen mit den Schmalseiten der entsprechenden Kontaktflächen verbunden werden.
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