電壓倍增器提供了一種在低電流下產(chǎn)生高壓輸出的簡單方法。它們在打印機(jī)、傳感器和帶電粒子系統(tǒng)等應(yīng)用中非常有用，這些應(yīng)用需要在低功率下達(dá)到數(shù)十甚至數(shù)千伏。由于沒有電源變壓器，例如反激式轉(zhuǎn)換器或自耦變壓器升壓中所需的那些，因此從成本和簡單性的角度來看，乘法器都是可取的。

圖 1 是說明三級電壓倍增器操作的示意圖。第一個“倍增器”階段包括 C1/D1/C2/D2。輸入電壓 V AC是一個交替的方波或正弦波形，其峰峰值幅度等于 V AC。當(dāng) V AC擺動到負(fù)向 -V AC /2 時，電容器 C1 在二極管 D1 導(dǎo)通時充電（數(shù)字 1 周圍的綠色箭頭）?，F(xiàn)在讓我們忽略二極管正向壓降。在 V AC的正半周期內(nèi)，等于 +V AC /2，存儲在 C1 中的電荷通過 D2 轉(zhuǎn)移到 C2（數(shù)字 2 周圍的紅色箭頭）。C2 充電至 V AC (V AC /2 從輸入電壓加上 V AC/2 來自 C1 兩端的電壓）。這將電壓從 V AC /2加倍到 V AC。

第二倍增器級包括C3/D3/C4/D4。在負(fù)輸入周期期間，C3 充電至 V AC（數(shù)字 3 周圍的綠色箭頭）。這很容易看出，因?yàn)楫?dāng) D1 和 D3 導(dǎo)通時，C3 兩端的電壓等于 C2。同樣，在正輸入周期，C4 通過 D4（數(shù)字 4 周圍的紅色箭頭）充電到 2*V AC（相對于地），因?yàn)?/span> C2 已經(jīng)充電到 V AC的電位。

第三階段包括 C5/D5/C6/D6，工作原理與第二階段相同。電容器 C5 充電至 V AC并將該電壓傳輸?shù)?/span> C6，這增加了前面的階段。理想情況下，每個連續(xù)級都會增加 V AC，從而可以輕松地進(jìn)一步增加輸出電壓。

圖 1：電壓倍增器使用具有級聯(lián)二極管和電容器的交流 (AC) 電壓

從電路的操作中可以清楚地看出，上組電容器之間的節(jié)點(diǎn)處的電壓隨輸入電壓切換。這些節(jié)點(diǎn)上的電壓都在兩個電壓電平之間轉(zhuǎn)換，增量等于 V AC（忽略二極管壓降）。上部電容器充當(dāng)電荷泵，將能量轉(zhuǎn)移到下部電容器中。輸出電壓出現(xiàn)在較低串聯(lián)的電容器組上，每個電容器都充電至 V AC并保持恒定的輸出電壓。雖然這對于輕負(fù)載來說是準(zhǔn)確的，但隨著負(fù)載電流的增加，輸出電壓可能會開始下降，因?yàn)樵诿總€開關(guān)周期中只傳輸固定量的能量。為了在負(fù)載電流增加時改善電壓調(diào)節(jié)，請嘗試使用更大的電容值。這就是為什么輸出上的輕負(fù)載效果最好的原因。

二極管正向壓降減去每一級的電壓。第一倍增器級的輸出電壓等于其峰峰值輸入電壓減去兩個二極管壓降，即 V C2 = V AC – 2V D。第二階段以該電壓開始，將其加倍，并在 V C4 = 2V AC – 4V D 時再損失兩個二極管電壓降。第三級的輸出電壓等于V C6 = 3V AC – 6V D。因此，最好從遠(yuǎn)大于兩個二極管壓降的 V AC開始。

應(yīng)用報告“ TLC555-Q1 用作正負(fù)電荷泵”包括一個示例設(shè)計，該示例設(shè)計為正負(fù)輸出電壓使用乘法器。對于傳感器電路或運(yùn)放電路，往往需要正負(fù)雙電源供電.但對于車輛等只有單電源供電的設(shè)備，就需要從單一的正電源獲取負(fù)電源，其方法有多種，但利用市售DC-DC變換器較方便。

電壓倍增器電路產(chǎn)生的電壓理論上是無限制的，但是由于它們相對較差的電壓調(diào)節(jié)和低電流能力，通常設(shè)計為將電壓增加小于10倍。然而，如果圍繞合適的變壓器正確設(shè)計，電壓倍增器電路能夠產(chǎn)生幾百到幾十千伏的輸出電壓，這取決于它們的原始輸入電壓值，但都具有毫安范圍內(nèi)的低電流。

不過.對于只需要負(fù)電源提供小電流的場合，可以使用定時IC555構(gòu)成的電荷泵電路，雖然輸出電壓隨輸出電流有一定變化，但電路簡單、成本低。

電壓倍增器提供了一種從幾乎任何開關(guān)電壓產(chǎn)生高壓輸出的簡單方法。您可以輕松添加額外的級以獲得更高的輸出電壓。隨著負(fù)載電流的增加，二極管正向壓降和小電容值會降低輸出電壓。然而，知道這個限制后，電壓倍增器可以提升輸出電壓，而無需變壓器甚至電感器。