DE19930394B4

DE19930394B4 - Geschaltete Abwärts- und Aufwärts-Kondensatorverstärkungsstufe mit optionalem gemeinschaftlichem Ruhezustand

Info

Publication number: DE19930394B4
Application number: DE19930394.0A
Authority: DE
Inventors: Jeff Kotowski; William J. McIntyre
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: National Semiconductor Corp
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2019-07-02
Also published as: JP2000060111A; US6198645B1; DE19930394A1; TW461168B

Abstract

Geschaltete Kondensatoranordnung (10; 20; 30; 50; 70) zum Vorsehen einer Abwärts- und Aufwärtswandlung mit: N Kondensatoren (C) und mehreren Schaltern (SW), die so angeschlossen sind, daß ausgewählte Kondensatoren der N Kondensatoren (C) zum Vorsehen sowohl einer Abwärts- als auch einer Aufwärtswandlung konfiguriert werden können, wobei die N Kondensatoren (C) und die mehreren Schalter (SW) N Verstärkungsblöcke (15; 35; 71, 72, 73) bilden, wobei jeder der N Verstärkungsblöcke (15; 35; 71, 72, 73) einen der N Kondensatoren (C) und folgende Schalter aufweist: einen ersten Schalter (SW1), der eine erste Platte eines Kondensators (C) mit einem Eingang (Vi) verbindet; einen zweiten Schalter (SW2; SW4), der die erste Platte mit einem Ausgang (Vo) verbindet; einen dritten Schalter (SW3; SW5), der eine zweite Platte des Kondensators (C) mit dem Eingang (V1) verbindet; einen vierten Schalter (SW4; SW7), der die zweite Platte mit dem Ausgang (Vo) verbindet; und einen fünften Schalter (SW5; SW2), der die zweite Platte mit einem nächsten Verstärkungsblock (15; 35) verbindet, wobei der fünfte Schalter (SW5; SW2) eines letzten Verstärkungsblocks die erste oder zweite Platte des Kondensators (C) des letzten Verstärkungsblocks mit Bezugsspannung (Masse) verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft geschaltete Kondensatoranordnungen zur Verwendung in Gleichstromwandlern und spezieller derartige Anordnungen die so konfiguriert werden können, daß sie eine Abwärts- und eine Aufwärtswandlung vorsehen.
Wenn bei den elektronischen Schaltkreisen mehrere Geräte von einer einzigen Energieversorgung versorgt werden müssen, muß die Energieversorgung, die mit einer einzigen Spannungsquelle arbeitet, mehrere Versorgungspannungen an die verschiedenen Geräte liefern können. In anderen Anwendungen, bei denen ein elektronisches Gerät eine konstante Spannung benötigt, muß die Energieversorgung eine geregelte Versorgungsspannung aus einer variablen Spannungsquelle, z. B. einer Batterie, liefern. In beiden Fällen wird üblicherweise ein Gleichstromwandler verwendet, der mit einer geschalteten Kondensatoranordnung arbeitet, um die gewünschten Versorgungsspannungen vorzusehen. Eine geschaltete Kondensatoranordnung ist üblicherweise ein Schaltkreis aus Schaltern und Kondensatoren, die so konfiguriert werden können, daß sie mehrere Verstärkungsfaktoren vorsehen. Eine Steuereinheit zum Ein- und Ausschalten der Schalter ermöglicht es, die Kondensatoren zu konfigurieren und umzukofigurieren, so daß ausgewählte Kondensatoren geladen und entladen werden, um eine Eingangsspannung in eine gewünschte Ausgangsspannnung, mit dem gewünschten Verstärkungsfaktor, umzuwandeln.
Eine übliche Art einer geschalteten Kondensatoranordnung ist ein Spannungteiler. Die Spannungsteilerschaltung arbeitet als ein Gleichstromwandler, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die niedriger oder gleich der Wert der Eingangs- oder Hauptspannungsquelle ist. Übliche Spannungsteileranordungen verwenden N Kondensatoren zum Erzeugen unterschiedlicher abwärtsgewandelter oder Abwärts-Verstärkungen (Verstärkungsfaktoren ≤ 1), indem die Kondensatoren über eine Spannungsquelle in Reihe geschaltet werden, um die Kondensatoren zu laden, und indem die Kondensatoren dann parallel geschaltet werden, um die Kondensatoren in einen Lastkondensator zu entladen. Durch abwechselndes Laden und Entladen der Kondensatoren sind Verstärkungsfaktoren in den Verstärkungsbereich 1/N möglich, d. h. ½, 1/3, ..., 1/N. Selbst wenn solche Schaltkreise einen hohen Wirkungsgrad haben, sind sie insofern beschränkt, als die Ausgangsspannungen auf ganzzahlige Bruchteile der Eingangsspannung begrenzt sind.
Um den Bereich der Verstärungsfaktoren zu vergrößern, offenbart das Patent US 4 451 743 A , mit dem Titel ”DC to DC Voltage Converter” von Suzuki et al., eine Spannungsteilerschaltung, die N Kondensatoren und einen Hauptkondensator verwendet. Auf dieses Dokument wird in seiner Gesamtheit Bezug genommen. Bei Suzuki werden die N Kondensatoren während eines Ladezyklus, in dem alle Kondensatoren geladen werden, parallel zueinander und Reihe zu dem Hauptkondensator geschaltet. Die N Kondensatoren werden dann während eines Entladezyklus, in dem die Kondensatoren entladen werden, in Reihe zueinander und parallel zu den Hauptkondensator geschaltet. Als ein Resultat wird ein Spannungsteiler erhalten, der Verstärkungsfaktoren in dem Verstärkungsbereich von N/(N + 1) ermöglich, d. h. 1/2, 2/3, 3/4, ..., N/(N + 1).
Eine andere Art einer geschalteten Kondensatoranordnung ist ein Spannungsmultiplizierer, der einen Ausgangsversorgungsspannung liefert, die größer als die Eingangsquellspannung ist. Aufwärtsgewandelte oder Aufwärts-Verstärkungsfaktoren (Verstärkung > 1) werden üblicherweise erreicht, indem N Kondensatoren während des Ladezyklus parallel zu einer Batterie und während des Entladezyklus in Reihe über einen Lastkondensator konfiguriert werden. Ähnlich wie bei den oben erörterten Spannungsteilern sind solche Spannungsmultiplizierer, die im Stand der Technik bekannt sind, auf Verstärkungsfaktoren im Verstärkungsbereich von N beschränkt, d. h. ganzzahlige Verstärkungen von 2, 3, ..., N.
Suzuki et al. offenbaren auch einen Spannungsmultiplizierer, der nicht ganzzahlige Verstärkungsfaktoren vorsehen kann. Hierauf wird Bezug genommen. Der Spannungsmultiplizierer von Suzuki verwendet N Hilfskondensatoren und einen Hauptkondensator. Die N Hilfskondensatoren werden während des Ladezyklus in Reihe zueinander und parallel zu dem Hauptkondensator und zu einer Batterie konfiguriert, um die N Hilfskondensatoren und den einen Hauptkondensator zu laden. Während des Entladezyklus werden die N Hilfskondensatoren parallel zueinander und in Reihe zu den Hauptkondensator konfiguriert, um sie in einen Lastkondensator zu entladen. Ein Resultat wird ein Spannnungsmultiplizierer erhalten, der Verstärkungsfaktoren in dem Verstärkungsbereich von (N + 1)/N realisiert, d. h., 2, 3/2, 4/3, ..., (N + 1)/N.
Obwohl sie nicht ganzzahlige Spannungsdivisionen oder -multiplikationen durchführen können, können die oben beschriebenen geschalteten Kondensatoranordnungen keine Abwärts- und Aufwärtswandlungen vorsehen, was wünschenswert wäre, um die Flexibilität und Leistungsfähigkeit der Energieversorgung zu erhöhen. Es können z. B. verschiede Ausgangsspannungen oder ein breiterer Bereich von Betriebseingangsspannungen wünschenswert sein.
In solchen Fällen kann ein Nur-Abwärts-Wandler die notwendige Energie nicht liefern, wenn die Eingangsspannung niedriger als die gewünschte Ausgangsspannung ist, und die Wirksamkeit eines Nur-Aufwärts-Wandlers wird reduziert, wenn die Eingangsspannung größer als die gewünscht Ausgangsspannung ist.
Bei dem Patent von Suzuki, auf das Bezug genommen wird, wird eine eigene nicht-ganzzahlige Spannungsteilerschaltung und eine eigene nicht-ganzzahlige Spannungsmultipliziererschaltung in einem Gleichstromwandler verwendet, um sowohl Aufwärts- als auch Abwärtswandlungen vorsehen zu können, wobei jede Schaltung unabhängig von der anderen arbeitet. Das Erfordernis getrennter Aufwärts- und Abwärtsanordungen erhöht jedoch zwangsläufig die Größe des Gleichstromwandlers. Eine andere Art eines Abwärts- und Aufwärts-Wandlers ist in dem Patent US 5 414 614 A mit dem Titel ”Dynamically Configurable Switsched Capacitor Power Supply and Method” von Fette et al. beschreiben, auf das in seiner Gesamtheit Bezug genommen wird. Im Gegensatz zu Suzuki können die geschalteten Kondensatoranordungen bei Fette entweder ganzzahlige Divisonen oder ganzzahlige Multiplikationen vorsehen, wobei alle Anordnungen gemeinsam für die nicht-ganzzahlige Abwärts- oder Aufwärts-Wandlung arbeiten. Ähnlich wie Suzuki erfordert Fette jedoch getrennte geschaltete Kondenstoranordnungen, um einen solchen Wandler zu realisieren.
Die japanische Patentschrift JP H06-165 481 A offenbart einen Gleichstromwandler, der eine Reihenschaltung dreier Kondensatoren umfaßt und sowohl eine Abwärtswandlung als auch eine Aufwärtswandlung einer Eingangsspannung ermöglicht.
Eine Abwärtswandlerschaltung, bei der Kondensatoren abwechselnd parallel und in Reihe geschaltet werden und deren Verstärkungsfaktor bei divergierender Anzahl der Taktschritte von der Kapazität der eingesetzten Kondensatoren asymptotisch unabhängig wird, ist in der Patentschrift US 5 596 489 A beschrieben.
Die Patentschrift DE 693 19 512 T2 offenbart eine Ladungspumpe zur Erzeugung einer hohen positiven und negativen Spannung aus einer einzigen Spannungsquelle. Neben einer solchen Aufwärtsschaltung beschreibt die DE 693 19 512 T2 auch eine getrennte Vorrichtung und ein Verfahren zur Abwärtswandlung.
Eine weitere Ladungspumpe zur Aufwärtsschaltung ist in der Patentschrift US 5 606 491 A offenbart.
Es wird daher eine geschaltete Kondensatoranordnung benötigt, die für die Abwärts- und die Aufwärts-Wandlung konfiguriert werden kann, um einen kleineren und weniger komplexen Spannungswandler zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Struktur und ein Verfahren zum Wandeln von Gleichspannungen vor, das mit einer einzigen geschalteten Kondensatoranordnung sowohl Abwärts- als auch Aufwärts-Wandlungen ermöglicht. Schalter und Kondensatoren sind so miteinander verbunden, daß verschiedene Kombinationen der Kondensatoren konfiguriert werden können, um in einer einzigen geschalteten Kondensatoranordnung Abwärts- und Aufwärtswandlungen zu ermöglichen. Die geschaltete Kondensatoranordnung besteht aus mehreren Verstärkungsblöcken, wobei jeder Verstärkungsblock einen Kondensator und mehrere Schalter aufweist. Bei einigen Ausführungsformen sind alle Verstärkungsblöcke gleich, so daß eine beliebige Anzahl Blöcke „gestapelt” oder miteinander verbunden werden kann, um eine modulare geschaltete Kondensatoranordnung für einen größeren Bereich von Verstärkungsfaktoren zu bilden. Bei anderen Ausführungsformen sind nur die mittleren Verstärkungsblöcke gleich, wodurch die Modularität geringer wird. Bei diesen Ausführungsformen ist jedoch auch die Anzahl der Schalter geringer, wodurch sich die Größe und die Kosten der Anordnung reduzieren.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sehen eine einzige geschaltete Kondensatoranordnung für die Abwärts- und die Aufwärtswandlung vor, die auch für einen gemeinsam genutzten oder gemeinschaftlichen Ruhezustand konfiguriert werden kann. Ein gemeinschaftlicher-Ruhezustand ermöglicht es, die Verstärkungseinstellung direkt zwischen zwei Verstärkungsbereichen umzuschalten, weil beide Verstärkungsbereiche einen gemeinsamen Zustand teilen, unabhängig davon, in welchem Bereich die Verstärkung liegt. Als eine Folge wird die richtige Ladung immer mit der gewünschten Verstärkung übertragen. Ohne den gemeinschaftlichen Ruhezustand müßte die geschaltete Kondensatoranordnung zunächst auf eine Verstärkung schalten, die für beide Verstärkungsbereiche gilt, um dann auf die gewünschte Verstärkung in dem neuen Bereich zu schalten. Mit einem gemeinschatlichen Ruhezustand kann daher die Effektivität der Wandlung der Anordnung verbessert werden.
Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In den Figuren zeigt:
1 ein Diagramm einer geschalteten Anordnung aus N Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Diagramm der Anordnung der 1 für N = 3;
2A und 2B Konfigurationen der Anordnung der 2 zum Erhalten eines Verstärkungsfaktors von 3/2;
2C und 2D Konfigurationen der Anordnung der 2 zum Erhalten des Verstärkungsfaktors von 2/3;
3 ein Diagramm einer geschalteten Anordnung aus N Kondensatoren mit einem gemeinschaftlichen Ruhezustand gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
4A bis 4D Kondensatorkonfigurationen zum Schalten von einem Verstärkungsfaktor 4/3 auf einen Verstärkungsfaktor 3/4;
5 ein Diagramm der Anordnung der 3 für N = 3;
5A bis 5D Kondensatorkonfigurationen zum Schalten von einem Verstärkungsfaktor 4/3 auf einen Verstärkungsfaktor 3/4 mit der Anordnung der 5;
6A bis 6E Kondensatorkonfigurationen für die Einstellung von Verstärkungsfaktoren 2/3, 3/2, 1/2, 2 bzw. 1; und
7 ein Diagramm einer geschalteten Anordnung aus N Kondensatoren gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Man beachte, daß in den verschiedenen Figuren dieselben Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche oder ähnliche Elemente zu bezeichnen.
Die Erfindung sieht eine Struktur und ein Verfahren vor, die sowohl eine Abwärts- als auch eine Abwärts-Spannungswandlung mit einer einzigen geschalteten Kondensatoranordnung ermöglichen. Kondensatoren und Schalter werden so konfiguriert, daß die gewünschten Kondensatoren in Reihe oder parallel zu einer Eingangsspannungsquelle oder dem Ausgang geschaltet werden können. Bei anderen Ausführungsformen umfaßt die geschaltete Kondensatoranordnung einen gemeinschaftlichen Ruhezustand, d. h. die Kondensatoren teilen einen gemeinsamen Konfigurationszustand für sowohl die Abwärts- als auch die Aufwärts-Wandlung. Als ein Resultat liefert die Umkonfiguration der Kondensatoren für verschiedene Verstärkungsfaktoren immer die richtige Größe der Ladungsübertragung bei dem gewünschten Verstärkungsfaktor. Ferner erlaubt es der modulare Aspekt der Anordnung, zusätzliche Kondensatoren und Schalter auf einfache Weise hinzuzufügen, um den Bereich der möglichen Verstärkungen zu vergrößern.
1 zeigt eine Ausführungsform einer geschalteten Kondensatoranordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung 10 besteht aus N Verstärkungsblöcken 15, wobei jeder Verstärkungsblock 15 einen Kondensator und fünf Schalter umfaßt. Die Anordnung 10 umfaßt somit insgesamt N Kondensatoren C₁, C₂, ..., C_N und N Gruppen aus fünf Schaltern SW₁, SW₂, ..., SW₅. Die folgenden Ausführungsformen werden mit N Kondensatoren beschrieben, die jeweils die gleiche oder ungefähr die gleiche (d. h. innerhalb einer Größenordnung) Kapazität haben. Die Kapazitäten müssen jedoch nicht gleich sein. Jeder Verstärkungsblock 15 umfaßt einen Kondensator C mit einer Platte, die über einen ersten Schalter SW₁ mit einer Eingangsspannung V_i und über einen zweiten Schalter SW₂ mit einer Ausgangsspannung V_o verbunden ist, und mit einer weiteren Platte, die über einen dritten Schalter SW₃ mit V_i und über einen vierten Schalter SW₄ mit V_o und über einen fünften Schalter SW5 mit dem nächsten Verstärkungsblock verbunden ist. Der fünfte Schalter des letzten Verstärkungsblocks ist mit Masse verbunden.
Man sollte beachten, daß jeder Verstärkungsblock 15 identisch zu jedem anderen Verstärkungsblock ist, so daß die Anordnung 10 modular ist und einen gemeinsamen Eingang V_i und einen gemeinsamen Ausgang V_o aufweist. Durch diese Modularität kann eine geschaltete Kondensatoranordnung beliebiger Größe einfach durch Verbinden so vieler Verstärkungsblöcke wie erwünscht hergestellt werden. Die Konfiguration der Schalter und Kondensatoren der Anordnung 10 erlaubt sowohl eine Abwärts- als auch eine Aufwärts-Wandlung der Eingangsspannung V_i, weil die Kondensatoren sowohl in Reihe als auch parallel verbunden werden können. Durch selektives Öffnen und Schließen der Schalter zum Herstellen wechselnder serieller und paralleler Konfigurationen, kann die geschaltete Kondensatoranordnung 10 Verstärkungsfaktoren innerhalb der Verstärkungsbereiche von N/(N + 1), 1 und (N + 1)/N vorsehen. Mit einer Kondensatoranordnung aus N = 3 Kondensatoren sind die möglichen Verstärkungsfaktoren beispielsweise in Tabelle 1 unten angegeben: Tabelle 1

Verstärkungsbereich Verstärkungsfaktoren (für N = 3)

N/(N + 1) 1/2, 2/3, 3/4

1 1

(N + 1)/N 2, 3/2, 4/3
2 zeigt eine Kondensatoranordnung 20 mit drei Kondensatoren, die der Anordnung 10 der 1 für N = 3 entspricht. Die Anordnung 20 umfaßt drei Kondensatoren C₁, C₂ und C₃ und fünfzehn Schalter SW₁ bis SW₁₅, die drei Verstärkungsblöcke bilden. Für Verstärkungsfaktoren im Verstärkungsbereich von N/(N + 1) (d. h. 1/2, 2/3 und 3/4) werden K Kondensatoren (K = 1 bis N) während einer ersten Phase von V_i nach V_o parallel geschaltet und dann während einer zweiten Phase von V_o zu Masse in Reihe geschaltet, oder alternativ werden K Kondensatoren während einer ersten Phase von V_i zu Masse in Reihe geschaltet und während einer zweiten Phase von V_i zu V_o parallel geschaltet. Für einen Verstärkungsfaktor 1 werden K Kondensatoren in einer ersten Phase von V_i zu V_o parallel geschaltet und in einer zweiten Phase von V_o zu V_i parallel geschaltet. Für Verstärkungsfaktoren im Verstärkungsbereich von (N + 1)/N (d. h. 2, 3/2 und 4/3) werden K Kondensatoren während einer ersten Phase von V_i zu Masse in Reihe geschaltet und während einer zweiten Phase von V_o zu V_i parallel geschaltet.
Um einen Verstärkungsfaktor 3/2 (in dem Verstärkungsbereich (N + 1)/N) zu erhalten, werden z. B. zunächst die Schalter SW₆, SW₁₀ und SW₁₅ geschlossen, was zu der Reihenschaltung in 2A führt. Während der ersten Phase werden die Kondensatoren C₂ und C₃ von der Eingangsspannung V_i geladen, so daß die Spannungen, V_C2 und V_C3, über jedem Kondensator C₂ bzw. C₃ gleich 1/2·V_i sind, d. h. V_C2 = V_C3 = 1/2·V_i (1)
Während der nächsten Phase werden die Schalter SW₇, SW₈, SW₁₂ und SW₁₃ geschlossen, wodurch die Kondensatoren C₂ und C₃ parallel geschaltet werden und den Schaltkreis in 2B bilden. Der entsprechende Spannungsausdruck ist gegeben durch V_o – V_i = V_C2 = V_C3 (2)
Die Kombination der Gleichungen (1) und (2) führt zu V_o = V_i + 1/2·V_i = 3/2·V_i.
Dadurch wird der Verstärkungsfaktor von 3/2 erreicht.
Um den inversen Verstärkungsfaktor zu erhalten, d. h. 2/3 (im Verstärkungsbereich N/(N + 1)), werden dieselben Kondensatoren C₂ und C₃ zunächst parallel geladen, indem die Schalter SW₆, SW₉, SW₁₁ und SW₁₄ geschlossen werden, um den in 2 gezeigten Schaltkreis zu bilden. Die Spannung über den Kondensatoren C₂ und C₃ ist gegeben durch V_C2 = V_C3 = V_i – V_o (3)
Dann werden die Kondensatoren C₂ und C₃ entladen, indem die Schalter SW₇, SW₁₀ und SW₁₅ geschlossen werden, um die in 2D gezeigte Reihenschaltung zu bilden. Die Spannung über den Kondensatoren C₂ und C₃ ist somit V_C2 = V_C3 = 1/2·V_o (4)
Die Kombination der Gleichungen (3) und (4) ergibt V_i – V_o = 1/2·V_o ⇒ V_o = 2/3·V_i
Dadurch erhält man einen Verstärkungsfaktor von 2/3. Durch Öffnen und Schließen ausgewählter Schalter ist es mit der Anordnung aus den drei Kondensatoren der 2 auch möglich, andere Verstärkungsfaktoren von 1/2, 3/4, 1, 4/3 und 2 zu erhalten. Die Anordnung 20 aus den drei Kondensatoren der 2 und im allgemeinen die Anordnung 10 aus N Kondensatoren der 1 können somit für die Abwärts- und die Aufwärts-Wandlung konfiguriert werden.
3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die geschaltete Kondensatoranordnung 30, die im folgenden beschrieben ist, so konfiguriert werden kann, daß sie einen gemeinsam genutzten oder gemeinschaftlichen Ruhezustand aufweist, wodurch ihr Wirkungsgrad verbessert und Welligkeit reduziert wird. Bei geschalteten Kondensatoranordnungen werden die Kondensatoren während einer ersten Phase gemeinsam auf eine gewünschte Verstärkungseinstellung konfiguriert und während einer zweiten Phase in einen Entladezustand zurückgeführt. Die Entladezustände unterscheiden sich für die Abwärts- und die Aufwärts-Wandlungen. Demzufolge kann die Ladung bei einem unerwünschten Verstärkungsfaktor übertragen werden, wenn der Übergang zwischen Abwärts- und Aufwärts- oder Aufwärts- und Abwärts-Wandlung, d. h. zwischen Verstärkungsfaktoren in verschiedenen Verstärkungsbereichen, erfolgt. Ein gemeinsam genutzter Ruhezustand erlaubt eine gemeinsame Konfiguration der Kondensatoren derart, daß die Ladung immer bei dem gewünschten Verstärkungsfaktoren übertragen wird.
Ein Nachteil des Fehlens eines gemeinsam genutzten Ruhezustands kann anhand des Beispiels der geschalteten Anordnung 20 mit den drei Kondensatoren in 2 dargestellt werden. Die 4A bis 4D zeigen Kondensatorkonfigurationen zum Verändern des Verstärkungsfaktors von 4/3 (Verstärkungsbereich (N + 1)/N) auf 3/4 (Verstärkungsbereich N/(N + 1)). Die 4A und 4B zeigen die Kondensatorkonfigurationen zum Erhalten eines Verstärkungsfaktors von 4/3. Während einer ersten Phase, die in 4A gezeigt ist, ist die Spannung über jedem der drei Kondensatoren gegeben durch V_C1 = V_C2 = V_C3 = 1/3·V_i (5)
Während der nächsten Phase, ein Entladezustand, der in 4B gezeigt ist, ergibt sich der Spannungsausdruck zu V_o – V_i = V_C1 = V_C2 = V_C3 (6)
Die Kombination der Gleichungen (5) und (6) führt zu V_o = V_i + 1/3·V_i = 4/3·V_i für einen Verstärkungsfaktor von 4/3.
Zum Umschalten von dem Verstärkungsfaktor 4/3 in 4B auf einen Verstärkungsfaktor 3/4, können die Kondensatoren gemäß den 4C oder 4D konfiguriert werden. In beiden Konfigurationen beträgt die Ladung jedes Kondensators C₁, C₂ und C₃ (vor der Änderung der Verstärkungsfaktoren) ungefähr 1/3·V_i, wie durch die Gleichung (5) angegeben. Wenn die Anordnung gemäß 4C konfiguriert wird, wird die Spannung über jedem Kondensator zu V_C1 = V_C2 = V_C3 = 1/3·V_o (7)
Die Kombination der Gleichungen (7) und (5) zeigt, daß V_o ungefähr gleich V_i ist, um einen Verstärkungsfaktor von ungefähr eins vorzusehen, der höher ist als der gewünschte Verstärkungsfaktor von 3/4. Als ein Resultat wird das Ausgangssignal höher als erwünscht, und der Wirkungsgrad nimmt ab.
Wenn die Anordnung gemäß 4D konfiguriert ist, ergibt sich der Spannungsausdruck zu V_i – V_o = V_C1 = V_C2 = V_C3 (8)
Dann ergibt sich aus der Kombination der Gleichungen (8) und (5) V_i – V_o = 1/3·V_i ⇒ V_o = 2/3·V_i für eine Verstärkung von 2/3, die in diesem Fall niedriger als die gewünschte Verstärkung von 3/4 ist. Das tatsächliche Ausgangssignal ist somit niedriger als das gewünschte Ausgangssignal, und der Wirkungsgrad ist wiederum geringer.
Um eine Ladungsübertragung bei den gewünschten Verstärkungsfaktoren sicherzustellen, wenn zwischen Verstärkungen in unterschiedlichen Verstärkungsbereichen umgeschaltet wird, und um dadurch einen gewünschten Verstärkungsfaktor sicherzustellen, sollte die Kondensatorspannung unverändert bleiben, wenn zwischen zwei Verstärkungsbereichen umgeschaltet wird. Dies kann erreicht werden, wenn die Kondensatoranordnung zunächst für einen Verstärkungsfaktor konfiguriert ist, der beiden Verstärkungsbereichen gemeinsam ist, bevor die Anordnung auf den gewünschten Verstärkungsfaktor konfiguriert wird, d. h. die Kondensatoren werden auf eine andere Zwischenspannung geladen, bevor die Ladungsübertragung bei dem gewünschten Verstärkungsfaktor erfolgt.
Bei der Anordnung 20 der 2 z. B. ist der Verstärkungsfaktor 1 beiden Verstärkungsbereichen N/(N +1) und (N + 1)/N gemeinsam. Für Verstärkungsfaktoren von N/(N + 1) und 1 liegt die gemeinsame Phase vor, wenn K Kondensatoren von V_i nach V_o parallel geschaltet sind, und für Verstärkungsfaktoren von (N + 1)/N und 1 liegt die gemeinsame Phase vor, wenn K Kondensatoren von V_o zu V_i parallel geschaltet sind. Durch Laden der Kondensatoren zunächst für einen Verstärkungsfaktor 1, bevor auf den gewünschten Verstärkungsfaktor in einem anderen Verstärkungsbereich umgeschaltet wird, d. h. zwischen N/(N + 1) und (N + 1)/N, wird daher die Ladung bei dem gewünschten Verstärkungsfaktor übertragen. Durch Laden der Kondensatoren auf eine andere Spannung sinkt jedoch der Wirkungsgrad, weil mehr Umkonfigurationen notwendig sind, um eine gewünschte Verstärkung zu erhalten.
Die geschaltete Kondensatoranordnung 30 der 3 besteht aus N Verstärkungsblöcken 35, wobei jeder Verstärkungsblock 35 einen Kondensator und sieben Schalter aufweist. Diese Anordnung 30 verwendet somit insgesamt N Kondensatoren C₁, C₂, ..., C_N und N Gruppen aus 7 Schaltern SW₁, SW₂, ..., SW₇, wobei jeder der N Kondensatoren die gleiche Kapazität hat, obwohl dies wiederum nicht notwendig ist. Jeder Verstärkungsblock 35 umfaßt einen Kondensator C mit einer Platte, die über einen ersten Schalter SW₁ mit einer Eingangsspannung V_i verbunden ist, über einen zweiten Schalter SW₂ mit einem vorhergehenden Verstärkungsblock, über einen dritten Schalter SW₃ mit Masse und über einen vierten Schalter SW4 mit einem Ausgang V_o verbunden ist, und dessen andere Platte über einen fünften Schalter SW₅ mit V_i verbunden ist, über einen sechsten Schalter SW₆ mit Masse und über einen siebten Schalter SW₇ mit V_o verbunden ist.
Man sollte beachten, daß wie bei dem Verstärkungsblock 15 der Anordnung 10 jeder Verstärkungsblock 35 zu jedem anderen Verstärkungsblock identisch ist, so daß die Anordnung 30 modular mit einem gemeinsamen Eingang V_i und einem gemeinsamen Ausgang V_o aufgebaut ist. Ähnlich kann eine geschaltete Kondensatoranordnung beliebiger Größe leicht hergestellt werden, indem so viele Verstärkungsblöcke wie erwünscht angeschlossen werden. Die Konfiguration der Schalter und Kondensatoren der Anordnung 30 erlaubt es zusätzlich zu der Abwärts- und Aufwärtswandlung einen gemeinsamen Ruhezustand zwischen den Verstärkungsbereichen einzurichten. Die geschaltete Kondensatoranordnung 30 kann Verstärkungsfaktoren in den Verstärkungsbereichen von 1/(N + 1), 1/N, N/(N + 1), 1, (N + 1)/N, N und (N + 1) vorsehen. Bei einer Anordnung mit N = 3 Kondensatoren sind die möglichen Verstärkungsfaktoren z. B. in der Tabelle 2 unten angegeben. Tabelle 2

Verstärkungsbereich Verstärkungsfaktoren (für N = 3)

1/(N + 1) 1/2, 1/3, 1/4

1/N 1, 1/2, 1/3

N/(N + 1) 1/2, 2/3, 3/4

1 1

(N + 1)/N 2, 3/2, 4/3

N 1, 2, 3

(N + 1) 2, 3, 4
Eine Anordnung 50 mit drei Kondensatoren ist in 5 gezeigt. Die Anordnung 50 umfaßt drei Kondensatoren C₁, C₂ und C₃ und 21 Schalter SW₁ bis SW₂₁, die drei Verstärkungsblökke gemäß der Anordnung 30 der 3 bilden. Zusätzlich zu den Verstärkungsbereichen und Konfigurationen der Anordnungen 10 und 20 können die Anordnungen 30 und 50 auch für Verstärkungsfaktoren in Verstärkungsbereichen von 1/(N + 1), 1/N, N und (N + 1) konfiguriert werden.
Für Verstärkungsfaktoren in dem Verstärkungsbereich 1/(N + 1) (d. h. 1/2, 1/3 und 1/4) werden während einer ersten Phase K Kondensatoren (K = 1 bis 3) von V_o gegen Masse parallel geschaltet, und während einer zweiten Phase werden sie von V_i nach V_o in Reihe geschaltet. Für Verstärkungsfaktoren im Verstärkungsbereich 1/N (d. h. 1, 1/2 und 1/3) werden während einer ersten Phase K Kondensatoren von V_i nach Masse parallel geschaltet, und während einer zweiten Phase werden sie von V_o nach Masse in Reihe geschaltet. Man sollte beachten, daß die Konfiguration für die Verstärkungsfaktoren in dem Bereich 1/N auch dazu verwendet werden kann, die Verstärkungsfaktoren in dem Bereich 1/(N + 1) anzunähern, insbesondere wenn K größer wird. Für Verstärkungsfaktoren in dem Verstärkungsbereich N (d. h. 1, 2 und 3) werden während einer ersten Phase K Kondensatoren von V_i gegen Masse parallel geschaltet, und während einer zweiten Phase werden sie von V_o gegen Masse in Reihe geschaltet. Schließlich werden für Verstärkungsfaktoren im Verstärkungsbereich (N + 1) (d. h. 2, 3 und) während einer ersten Phase K Kondensatoren von V_i nach Masse parallel geschaltet, und während einer zweiten Phase werden sie von V_o nach V_i in Reihe geschaltet.
Zusätzlich zu mehr Verstärkungsbereichen kann die geschaltete Kondensatoranordnung 30 der 3 auch so konfiguriert werden, daß sie einen gemeinschaftlichen Ruhezustand zwischen den Verstärkungsbereichen N/(N + 1), 1 und (N + 1)/N aufweist. Der gemeinschaftliche oder gemeinsam genutzte Ruhezustand für diese Verstärkungsbereiche wird erhalten, indem alle N Kondensatoren von V_o nach V_i parallel geschaltet werden. Die Anordnung 30 ermöglicht somit, einen gewünschten Verstärkungsfaktor zwischen den Bereichen N/(N + 1), 1 und (N + 1)/N zu verändern, ohne Ladung bei Verstärkungsfaktoren zu übertragen, die höher oder niedriger als gewünscht sind, und ohne zusätzliche Umkonfigurationen der Kondensatoren notwendig zu machen.
Die 5A bis 5D zeigen Kondensatorkonfigurationen zum Verändern des Verstärkungsfaktors von 4/3 auf 3/4 mit Hilfe eines gemeinschaftlichen Ruhezustands in der Anordnung 50 der 5. Die erste und die zweite Phase für den Verstärkungsfaktor 4/3, die in den 5A bzw. 5B gezeigt sind, stimmen mit denen der 4A und 4B überein. Der Ladezustand der 5A wird erhalten, indem die Schalter SW₁, SW₉, SW₁₆ und SW₂₀ geschlossen werden, während der Entladezustand der 5B, wenn die Ladung übertragen ist, erhalten wird, indem die Schalter SW₄, SW₅, SW₁₁, SW₁₂, SW₁₈ und SW₁₉ geschlossen werden.
Der Ladezustand für den Übergang auf eine Verstärkung von 3/4 ist jedoch aufgrund eines gemeinschaftlichen Ruhezustands anders als der in 4D gezeigte Zustand. Der Ladezustand für die Verstärkung 3/4 gemäß 5C wird also erhalten, indem die Schalter SW₃, SW₉, SW₁₆ und SW₂₁ geschlossen werden. Der resultierende Spannungsausdruck ist gegeben durch V_C1 = V_C2 = V_C3 = –1/3·V_o (9)
Die geschaltete Kondensatoranordnung kehrt dann in den gemeinschaftlichen Ruhezustand zurück, der in 5D gezeigt ist, indem die Schalter SW₄, SW₅, SW₁₁, SW₁₂, SW₁₈ und SW₁₉ erneut geschlossen werden. Da dieser Zustand gleich ist wie die Konfiguration der 5B und somit der 4B, ist auch der Spannungsausdruck der gleiche, wie im folgenden wiedergegeben ist: V_o – V_i = V_C1 = V_C2 = V_C3 (6)
Das Kombinieren der Gleichungen (9) und (6) führt zu V_o – V_i = –1/3·V_o ⇒ V_o = 3/4·V_i wodurch der gewünschte Verstärkungsfaktor von 3/4 erreicht wird.

Da die in den 5B und 5D gezeigten Zustände unabhängig vom Verstärkungsfaktor gleich sind, wird immer die richtige Ladung bei der gewünschten Verstärkung übertragen. Bei diesem gemeinschaftlichen Ruhezustand sind alle Kondensatoren von V_i nach V_o parallel geschaltet, und wenn ein anderer Verstärkungsfaktor gewünscht wird, werden die Kondensatoren in dem gemeinschaftlichen Ruhezustand auf die richtige Reihenschaltung für den Ladezustand umkonfiguriert. Zusätzlich zu den oben erörterten Verstärkungsfaktoren von 3/4 und 4/3 können mit der Anordnung 50 der 5 auch Verstärkungsfaktoren von 2/3, 3/2, 1/2, 2 und 1 mit dem gemeinschaftlichen Ruhezustand erreicht werden, wobei die entsprechenden Kondensatorkonfigurationen jeweils in den 6A bis 6E gezeigt sind. Tabelle 3 gibt die jeweiligen Schalter an, die zum Erhalten der gewünschten Verstärkung geschlossen werden müssen. Tabelle 3

Verstärkungsfaktor	geschlossene Schalter
1/2	SW₄, SW₁₀, SW₁ ₄, SW₁₈
^2/3	SW₄, SW₅, SW₁₀, SW₁₅, SW₂₁
3/4	SW₃, SW₉, SW₁₆, SW₂₁
¹	SW₄, SW₅, SW₁₁, SW₁₂, SW₁₅, SW₂₁
4/3	SW₁, SW₉, SW₁₆, SW₂₀
3/2	SW₁, SW₉, SW₁₃, SW₁₈, SW₁₉
2	SW₄, SW₅, SW₈, SW₁₃, SW₁₅, SW₂₀

In allgemeiner Form wird somit für die Anordnung 30 der 3 mit den N Kondensatoren ein gemeinschaftlicher Ruhezustand erhalten, wenn alle N Kondensatoren vom Ausgang zum Eingang parallel geschaltet sind, unabhängig von dem gewünschten Verstärkungsfaktor. Schaltsteuerkreise, die im Stand der Technik bekannt sind, senden die geeigneten Signale zum Öffnen und Schließen der Schalter. Wenn ein zweiphasiges, nicht überlappendes Taktsignal verwendet wird, um die Steuerkreise zu takten, wechselt die geschaltete Kondensatoranordnung zwischen diesem gemeinschaftlichen Ruhezustand und einem Ladezustand. Der Ladezustand wird erhalten, wenn die gewünschten Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, um die gewünschte Verstärkungseinstellung zu erhalten. Die Ladungsübertragung zum Ausgang erfolgt für Verstärkungseinstellungen von weniger oder gleich eins (≤ 1) während des Ladezustands und des gemeinschaftlichen Ruhezustands, und für Verstärkungseinstellungen, die größer als eins (> 1) sind, erfolgt die Ladungsübertragung, wenn die Kondensatoren in den gemeinschaftlichen Ruhezustand zurückgebracht werden. Die geschaltete Kondensatoranordnung 30 der 3 mit dem gemeinschaftlichen Ruhezustand und den modularen Blöcken sieht somit einen einfachen Schaltkreis für sowohl die Abwärts- als auch die Aufwärtswandlung mit erhöhtem Wirkungsgrad vor, ohne daß Ladungsübertragungen bei unerwünschten Verstärkungsfaktoren auftreten.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in 7 gezeigt, wobei die Anzahl der Schalter in einer geschalteten Kondensatoranordnung mit einem gemeinschaftlichen Ruhezustand minimiert ist. Eine geschaltete Anordnung 70 mit N Kondensatoren umfaßt einen ersten Verstärkungsblock 71, N-2 mittlere Verstärkungsblöcke 72 und einen Endverstärkungsblock 73. Der erste Verstärkungsblock 71 weist einen Kondensator und vier Schalter auf, die mittleren Verstärkungsblöcke 72 weisen jeweils einen Kondensator und fünf Schalter auf, und der Endverstärkungsblock 73 weist einen Kondensator und sechs Schalter auf. Wenn die Anzahl der Verstärkungsblöcke zunimmt, wird somit Anzahl der Schalter im Vergleich zu der geschalteten Kondensatoranordnung 30 der 3, die sieben Schalter pro Verstärkungsblock umfaßt, weiter verringert. Mit weniger Schaltern kann die Kondensatoranordnung 70 jedoch nicht so viele Verstärkungsfaktoren wie die Anordnung 30 der 3 konfigurieren. Während die Anordnung 30 Verstärkungsfaktoren in den Bereichen 1/(N + 1), 1/N, N/(N + 1), 1, (N + 1)/N, N und N + 1 konfigurieren kann, kann die Anordnung 70 nur Verstärkungsfaktoren in den Bereichen N/(N + 1), 1 und (N + 1)/N konfigurieren.
Bei der Anordnung 70 umfaßt der erste Verstärkungsblock 71 einen Kondensator C, der eine Platte aufweist, die über den Schalter SW₁ mit der Eingangsspannung V_i, über den Schalter SW₂ mit der Ausgangsspannung V_o und über den Schalter SW₃ mit Masse verbunden ist, und der eine weitere Platte aufweist, die über den Schalter SW₄ mit V_i verbunden ist. Die mittleren Verstärkungsblöcke 72 umfassen jeweils einen Kondensator C, der eine Platte aufweist, die über den Schalter SW₅ mit dem vorhergehenden Block, über den Schalter SW₆ mit Masse und über den Schalter SW₇ mit V_o verbunden ist, und der eine weitere Platte aufweist, die über den Schalter SW₈ mit V_i und über den Schalter SW₉ mit Masse verbunden ist. Der Endverstärkungsblock 73 umfaßt einen Kondensator C, der eine Platte aufweist, die über den Schalter SW₁₀ mit V_i, über den Schalter SW₁₁ mit dem Ausgang V_o und über den Schalter SW₁₂ mit dem letzten der mittleren Verstärkungsblöcke verbunden ist, und der eine weitere Platte aufweist, die über den Schalter SW₁₃ mit V_i, über den Schalter SW₁₄ mit V_o und über den Schalter SW₁₅ mit Masse verbunden ist.

Wie bei der Kondensatoranordnung 30 der 3 ergibt sich ein gemeinschaftlicher Ruhezustand für die Anordnung 70 durch Verbinden aller Kondensatoren parallel vom Ausgang zum Eingang. Für die Konfiguration des gemeinschaftlichen Ruhezustands werden daher die Schalter SW₂, SW₄, SW₇, SW₈, SW₁₁ und SW₁₃ geschlossen. Wenn andere Verstärkungsfaktoren gewünscht werden, werden die Kondensatoren in dem gemeinschaftlichen Ruhezustand auf die entsprechende Reihenschaltung für den Ladezustand neu konfiguriert. Wenn die Anordnung 70 der 7 z. B. eine Anordnung mit drei Kondensatoren (N = 3) ist, sind Verstärkungsfaktoren von 1/2, 2/3, 3/4, 1, 4/3, 3/2 und 2 möglich, indem die geeigneten Schalter wie in Tabelle 4 gezeigt geschlossen werden. Tabelle 4

Verstärkungsfaktor	Geschlossene Schalter
1/2	SW₂, SW₆, SW₁₁, SW₁₂
2/3	SW₂, SW₄, SW₆, SW₁₂, SW₁₄
3/4	SW₃, SW₅, SW₁₂, SW₁₄
1	SW₂, SW₄, SW₇, SW₈, SW₁₀, SW₁₄
4/3	SW₁, SW₅, SW₁₂, SW₁₅
3/2	SW₁, SW₅, SW₉, SW₁₁, SW₁₃
2	SW₂, SW₄, SW₅, SW₉, SW₁₀, SW₁₅

Die geschaltete Kondensatoranordnung 70 kann anstelle der geschalteten Kondensatoranordnung 30 verwendet werden, um die Anzahl der Schalter zu reduzieren, wenn nur Verstärkungsfaktoren in den Bereichen von N/(N + 1), 1 und (N + 1)/N erwünscht sind.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung dienen lediglich als Beispiel nicht als Beschränkung. Der Fachmann wird somit verstehen, daß zahlreiche Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Bereich dieser Erfindung zu verlassen. Die folgenden Ansprüche umfassen also all solche Änderungen und Modifikationen, die in dem Bereich der Erfindung liegen.

Claims

Geschaltete Kondensatoranordnung (10; 20; 30; 50; 70) zum Vorsehen einer Abwärts- und Aufwärtswandlung mit: N Kondensatoren (C) und mehreren Schaltern (SW), die so angeschlossen sind, daß ausgewählte Kondensatoren der N Kondensatoren (C) zum Vorsehen sowohl einer Abwärts- als auch einer Aufwärtswandlung konfiguriert werden können, wobei die N Kondensatoren (C) und die mehreren Schalter (SW) N Verstärkungsblöcke (15; 35; 71, 72, 73) bilden, wobei jeder der N Verstärkungsblöcke (15; 35; 71, 72, 73) einen der N Kondensatoren (C) und folgende Schalter aufweist: einen ersten Schalter (SW₁), der eine erste Platte eines Kondensators (C) mit einem Eingang (V_i) verbindet; einen zweiten Schalter (SW₂; SW₄), der die erste Platte mit einem Ausgang (V_o) verbindet; einen dritten Schalter (SW₃; SW₅), der eine zweite Platte des Kondensators (C) mit dem Eingang (V₁) verbindet; einen vierten Schalter (SW₄; SW₇), der die zweite Platte mit dem Ausgang (V_o) verbindet; und einen fünften Schalter (SW₅; SW₂), der die zweite Platte mit einem nächsten Verstärkungsblock (15; 35) verbindet, wobei der fünfte Schalter (SW₅; SW₂) eines letzten Verstärkungsblocks die erste oder zweite Platte des Kondensators (C) des letzten Verstärkungsblocks mit Bezugsspannung (Masse) verbindet.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die N Verstärkungsblöcke (15; 35) identisch sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die N Kondensatoren (C) und die mehreren Schalter (SW) so verbunden sind, daß sich jeder der Verstärkungsfaktoren 1 / K + 1 und 1 und K + 1 / K einstellen läßt, wobei K aus der Menge der natürlichen Zahlen und nicht größer als N ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die N Kondensatoren (C) und die mehreren Schalter (SW) so verbunden sind, daß ein gemeinschaftlicher Ruhezustand zwischen einem ersten Verstärkungsfaktor oberhalb von 1 und einem zweiten Verstärkungsfaktor nicht oberhalb von 1 konfigurierbar ist.
Anordnung nach Anspruch 4, bei der die N Kondensatoren (C) und die mehreren Schalter (SW) so verbunden sind, daß sich jeder der Verstärkungsfaktoren 1 / K + 1 und 1 / K und K / K + 1 und K + 1 / K und K + 1 einstellen läßt, wobei K aus der Menge der natürlichen Zahlen und nicht größer als N ist.
Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die N Kondensatoren (C) von dem Ausgang (V_o) zu dem Eingang (V_i) parallel geschaltet sind, um den gemeinschaftlichen Ruhezustand herzustellen.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder der N Verstärkungsblöcke (35) zusätzlich folgende Komponenten umfasst: einen sechsten Schalter (SW₃), der die erste Platte mit Masse verbindet; und einen siebten Schalter (SW₆), der die zweite Platte mit Masse verbindet.
Geschaltete Kondensatoranordnung (70) zum Vorsehen einer Abwärts- und Aufwärtswandlung mit N Kondensatoren (C) und mehreren Schaltern (SW), die so angeschlossen sind, daß ausgewählte Kondensatoren der N Kondensatoren (C) zum Vorsehen sowohl einer Abwärts- als auch einer Aufwärtswandlung konfiguriert werden können, wobei N ≥ 3 und die N Kondensatoren (C) und die mehreren Schalter (SW) einen ersten Verstärkungsblock (71), N-2 mittlere Verstärkungsblöcke (72) und einen letzten Verstärkungsblock (73) bilden, wobei jeder Block einen der N Kondensatoren (C) aufweist und der erste Verstärkungsblock (71) folgende Komponenten aufweist: einen ersten Schalter (SW₁), der eine erste Platte eines ersten Kondensators (C) mit einem Eingang (V_i) verbindet; einen zweiten Schalter (SW₂), der die erste Platte des ersten Kondensators (C) mit einem Ausgang (V_o) verbindet; einen dritten Schalter (SW₃), der die erste Platte des ersten Kondensators (C) mit Masse verbindet; und einen vierten Schalter (SW₄), der eine zweite Platte des ersten Kondensators (C) mit dem Eingang (V_i) verbindet; wobei jeder der mittleren Verstärkungsblöcke (72) folgende Komponenten umfaßt: einen fünften Schalter (SW), der eine erste Platte eines mittleren Kondensators (C) mit einem vorhergehenden Verstärkungsblock (71) verbindet; einen sechsten Schalter (SW₆), der die erste Platte des mittleren Kondensators (C) mit Masse verbindet; einen siebten Schalter (SW₇), der die erste Platte des mittleren Kondensators (C) mit dem Ausgang (V_o) verbindet; einen achten Schalter (SW₈), der eine zweite Platte des mittleren Kondensators (C) mit dem Eingang (V_i) verbindet; und einen neunten Schalter (SW₉), der die zweite Platte des mittleren Kondensators (C) mit Masse verbindet; und wobei der letzte Verstärkungsblock (73) folgende Komponenten aufweist: einen zehnten Schalter (SW₁₀), der eine erste Platte eines Endkondensators (C) mit dem Eingang (V_i) verbindet; einen elften Schalter (SW₁₁) der die erste Platte des Endkondensators (C) mit dem Ausgang (V_o) verbindet; einen zwölften Schalter (SW₁₂), der die erste Platte des Endkondensators (C) mit dem letzten der mittleren Verstärkungsblöcke (72) verbindet; einen dreizehnten Schalter (SW₁₃), der eine zweite Platte des Endkondensators (C) mit dem Eingang (V_i) verbindet; einen vierzehnten Schalter (SW₁₄), der die zweite Platte des Endkondensators (C) mit dem Ausgang (V_o) verbindet; und einen fünfzehnten Schalter (SW₁₅), der die zweite Platte des Endkondensators (C) mit Masse verbindet.
Anordnung nach Anspruch 8, bei der alle N-2 mittleren Verstärkungsblöcke (72) gleich sind.
Geschaltete Kondensatoranordnung (10; 20; 30; 50; 70) zum Vorsehen einer Abwärts- und Aufwärtswandlung mit folgenden Merkmalen: einem Eingang (V_i); einem Ausgang (V_o); einem Verstärkungskreis, der mit dem Eingang (V_i) und dem Ausgang (V_o) verbunden ist und N Kondensatoren (C) und mehrere Schalter (SW) umfaßt, die so angeschlossen sind, daß ausgewählte Kondensatoren zum Wandeln einer am Eingang (V_i) angelegten Spannung in eine betragsmäßig größere, am Ausgang (V_o) anliegende Spannung von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand geschaltet werden können und die ausgewählten Kondensatoren zum Wandeln der am Eingang (V_i) angelegten Spannung in eine betragsmäßig kleinere, am Ausgang (V_o) anliegende Spannung von einem dritten Zustand in einen vierten Zustand geschaltet werden können, wobei der erste Zustand oder zweite Zustand und der dritte Zustand oder vierte Zustand eine Parallelschaltung der N Kondensatoren umfaßt.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der jeder der N Kondensatoren (C) die gleiche Kapazität hat.
Verfahren zum Vorsehen einer Abwärts- und Aufwärtswandlung mit einer Anordnung aus N Kondensatoren (C) und mehreren Schaltern (SW), die mit einem Eingang (V_i) und einem Ausgang (V_o) verbunden sind, mit folgenden Verfahrensschritten: Konfigurieren einer ersten Vielzahl der N Kondensatoren, um die erste Vielzahl der Kondensatoren zu laden; Konfigurieren der ersten Vielzahl der N Kondensatoren, um die erste Vielzahl der Kondensatoren zu entladen, um eine an dem Eingang (V_i) angelegte Spannung in eine an dem Ausgang (V_o) anliegende betragsmäßig größere Spannung zu wandeln; Konfigurieren einer zweiten Vielzahl der N Kondensatoren, um die zweite Vielzahl der Kondensatoren zu laden; und Konfigurieren der zweiten Vielzahl der N Kondensatoren, um die zweite Vielzahl der Kondensatoren zu entladen, um die an dem Eingang (V_i) angelegte Spannung in eine an dem Ausgang (V_o) anliegende betragsmäßig kleinere Spannung zu wandeln; wobei das Konfigurieren der ersten und/oder zweiten Vielzahl der N Kondensatoren das Parallelschalten der N Kondensatoren umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 12 mit zusätzlich folgendem Schritt: Konfigurieren der N Kondensatoren, um einen gemeinschaftlichen Ruhezustand vorzusehen.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Konfiguration der N Kondensatoren zum Bilden eines gemeinschaftlichen Ruhezustands das Anschließen der N Kondensatoren (C) parallel zwischen dem Ausgang (V_o) und dem Eingang (V_i) umfaßt.