不同電壓倍增器及電路

電壓倍增器是一種二極管整流電路，可以產(chǎn)生比施加的輸入電壓大許多倍的輸出電壓

在關(guān)于整流器的教程中，我們看到由整流器控制的直流輸出電壓低于電源輸入電壓的值。然而，電壓倍增器是一種特殊類型的二極管整流電路，它可能產(chǎn)生比所施加輸入電壓大許多倍的輸出電壓。

雖然它通常在使用變壓器來(lái)增加電壓的電子電路，有時(shí)可能并不總是有合適的升壓變壓器或高壓應(yīng)用所需的特殊絕緣變壓器。一種替代方法是使用二極管電壓倍增器電路，該電路在不使用變壓器的情況下增加或“升壓”電壓。

電壓倍增器在許多方面類似于整流器，它們將交流 - 直流電壓轉(zhuǎn)換為許多電氣和電子電路應(yīng)用，如微波爐，陰極射線管的強(qiáng)電場(chǎng)線圈，靜電和高壓測(cè)試設(shè)備等，這些都是必要的

整流電路的直流輸出電壓（ Vdc ）通常受正弦波峰值的限制。輸入電壓。但是通過(guò)將整流二極管和電容器組合在一起，我們可以有效地將該輸入峰值電壓相乘，以使DC輸出等于AC輸入電壓的峰值電壓值的某個(gè)奇數(shù)或偶數(shù)倍?？紤]下面的基本電壓倍增器電路。

全波電壓倍增器

以上電路顯示了由兩個(gè)半波整流電路組成的基本對(duì)稱電壓倍增器電路。通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)半波整流器的輸出端添加第二個(gè)二極管和電容器，我們可以將其輸出電壓增加一定量。這種類型的電壓倍增器配置稱為全波系列乘法器，因?yàn)槠渲幸粋€(gè)二極管在每個(gè)半周期內(nèi)導(dǎo)通，與全波整流器電路相同。

當(dāng)正弦輸入電壓為正時(shí)，電容 C 1 通過(guò)二極管 D 1 充電當(dāng)正弦電壓為負(fù)時(shí)，電容 C 2 通過(guò)二極管充電， D 2 。輸出電壓 2V IN 取兩個(gè)串聯(lián)電容。

電壓倍增器電路產(chǎn)生的電壓理論上是無(wú)限制的，但是由于它們相對(duì)較差的電壓調(diào)節(jié)和低電流能力，通常設(shè)計(jì)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(jì)，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。

電壓倍增器

顧名思義，倍壓器是電壓倍增器電路，其倍壓系數(shù)為2。該電路僅由兩個(gè)二極管，兩個(gè)電容器和一個(gè)振蕩交流輸入電壓組成（也可以使用PWM波形）。這個(gè)簡(jiǎn)單的二極管電容泵電路提供的DC輸出電壓等于正弦輸入的峰峰值。換句話說(shuō)，峰值電壓值加倍，因?yàn)槎O管和電容器一起工作以有效地使電壓加倍。

直流電壓倍增電路

那么它是如何工作的。該電路顯示半波電壓倍增器。在正弦輸入波形的負(fù)半周期間，二極管 D1 正向偏置，并將泵電容器充電， C1 到輸入電壓的峰值，（<跨度> VP ）。由于沒(méi)有電容 C1 放電的返回路徑，因此它保持完全充電狀態(tài)，充當(dāng)與電源串聯(lián)的存儲(chǔ)設(shè)備。同時(shí)，二極管 D2 通過(guò) D1 充電電容器傳導(dǎo)， C2 。

在正半周期期間，二極管 D1 反向偏置阻止 C1 的放電，而二極管 D2 正向偏置充電電容 C2 。但由于電容 C1 上的電壓已經(jīng)等于峰值輸入電壓，因此電容 C2 充電至輸入信號(hào)峰值電壓值的兩倍。

換句話說(shuō)， V（正峰值）+ V（負(fù)峰值），所以在負(fù)半周期， D1 充電 C1 至 Vp 并在正半周期 D2 上將AC峰值電壓添加到 C1 上的 Vp 并傳輸全部到 C2 。電容兩端的電壓 C2 通過(guò)負(fù)載放電，為下一個(gè)半周期做好準(zhǔn)備。

然后電容兩端的電壓 C2 可以計(jì)算如下： Vout = 2Vp ，（當(dāng)然，減去所用二極管的電壓降），其中 Vp 是輸入電壓的峰值。請(qǐng)注意，此雙輸出電壓不是瞬時(shí)的，而是在每個(gè)輸入周期緩慢增加，最終穩(wěn)定在 2Vp 。

因?yàn)殡娙?C2 僅在充電期間充電輸入波形的半個(gè)周期，輸出到負(fù)載的輸出電壓具有等于電源頻率的紋波頻率，因此稱為半波電壓倍增器。這樣做的缺點(diǎn)是很難以與半波整流電路大致相同的方式消除這種大的紋波頻率。此外，電容 C2 的額定直流電壓必須至少是峰值輸入電壓值的兩倍。

“電壓倍增電路”的優(yōu)勢(shì)在于它允許更高的電壓由低壓電源產(chǎn)生，而不需要昂貴的高壓變壓器，因?yàn)楸秹浩麟娐房梢允褂帽仁褂闷胀ㄈ娫磿r(shí)所需的升壓比更低的變壓器。然而，雖然電壓倍增器可以提升電壓，但它們只能為高阻（+100kΩ）負(fù)載提供低電流，因?yàn)殡S著負(fù)載電流的增加，產(chǎn)生的輸出電壓會(huì)迅速下降。

通過(guò)反轉(zhuǎn)電路中的二極管和電容的方向我們也可以反轉(zhuǎn)輸出電壓的方向，產(chǎn)生負(fù)電壓輸出。此外，如果我們將一個(gè)乘法電路的輸出連接到另一個(gè)乘法電路的輸入（級(jí)聯(lián)），我們可以繼續(xù)以整數(shù)步長(zhǎng)增加直流輸出電壓，以產(chǎn)生三倍電壓或電壓四極電路等，如圖所示。

直流電壓三倍電路

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通過(guò)在半部分添加一個(gè)額外的單個(gè)二極管電容器級(jí)上面的波電壓倍增器電路，我們可以創(chuàng)建另一個(gè)電壓倍增器電路，將其輸入電壓增加三倍，并產(chǎn)生所謂的電壓三倍電路。

“電壓三倍電路”由一個(gè)半電壓倍增器級(jí)組成。該電壓倍增器電路給出的DC輸出等于正弦輸入信號(hào)的峰值電壓值（ 3Vp ）的三倍。與先前的倍壓器一樣，電壓三倍電路內(nèi)的二極管根據(jù)輸入半周期的方向?qū)﹄娙萜鞯姆烹娺M(jìn)行充電和阻斷。然后 1Vp 在 C3 和 2Vp 之間跨越 C2 被丟棄，并且由于兩個(gè)電容串聯(lián)，這導(dǎo)致負(fù)載的電壓等于 3Vp 。

注意實(shí)際輸出電壓是峰值輸入電壓的三倍減去所用二極管的電壓降， 3Vp - V（二極管）

如果可以通過(guò)將一個(gè)半電壓倍增器級(jí)聯(lián)在一起制作三倍電壓電路，那么可以構(gòu)建電壓四倍電路通過(guò)將兩個(gè)全電壓倍增電路級(jí)聯(lián)在一起，如圖所示。

直流電壓四路電路

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第一個(gè)電壓倍增器電平使峰值輸入電壓加倍，第二個(gè)電平再次使其加倍，使DC輸出等于正弦輸入信號(hào)的峰值電壓值（ 4Vp ）的四倍。此外，使用大值電容有助于降低紋波電壓。

電壓倍增器摘要

然后我們看到電壓倍增器是由二極管和電容器，可以將輸入電壓增加兩倍，三倍或四倍，并將各個(gè)半或全級(jí)乘法器串聯(lián)在一起，將所需的直流電壓施加到給定的負(fù)載，而無(wú)需升壓變壓器。 / p>

電壓倍增器電路分為倍壓器，三倍器或四倍器等，具體取決于輸出電壓與輸入電壓之比。理論上，可以獲得任何所需的電壓倍增量，并且級(jí)聯(lián)的“N”倍增器將產(chǎn)生 2N.Vp 伏的輸出電壓。

例如，10在沒(méi)有使用變壓器的情況下，峰值輸入電壓為100伏的級(jí)電壓倍增器電路將提供大約1,000伏或1kV的直流輸出電壓，假設(shè)沒(méi)有損耗。

然而，二極管和電容器在所有乘法電路中使用的最小反向擊穿電壓額定值必須至少是它們兩端的峰值電壓的兩倍，因?yàn)槎嗉?jí)電壓倍增電路可以產(chǎn)生非常高的電壓，因此要小心。此外，電壓倍增器通常為高阻負(fù)載提供低電流，因?yàn)殡S著負(fù)載電流的增加輸出電壓迅速下降。

上面顯示的電壓倍增電路都是旨在提供正的直流輸出電壓。但它們也可以設(shè)計(jì)為通過(guò)簡(jiǎn)單地反轉(zhuǎn)所有乘法二極管和電容器的極性來(lái)產(chǎn)生負(fù)電壓輸出，以產(chǎn)生負(fù)電壓倍增器。