不同电压倍增器及电路

电压倍增器是一种二极管整流电路，可以产生比施加的输入电压大许多倍的输出电压

在关于整流器的教程中，我们看到由整流器控制的直流输出电压低于电源输入电压的值。然而，电压倍增器是一种特殊类型的二极管整流电路，它可能产生比所施加输入电压大许多倍的输出电压。

虽然它通常在使用变压器来增加电压的电子电路，有时可能并不总是有合适的升压变压器或高压应用所需的特殊绝缘变压器。一种替代方法是使用二极管电压倍增器电路，该电路在不使用变压器的情况下增加或“升压”电压。

电压倍增器在许多方面类似于整流器，它们将交流 - 直流电压转换为许多电气和电子电路应用，如微波炉，阴极射线管的强电场线圈，静电和高压测试设备等，这些都是必要的

整流电路的直流输出电压（ Vdc ）通常受正弦波峰值的限制。输入电压。但是通过将整流二极管和电容器组合在一起，我们可以有效地将该输入峰值电压相乘，以使DC输出等于AC输入电压的峰值电压值的某个奇数或偶数倍。考虑下面的基本电压倍增器电路。

全波电压倍增器

以上电路显示了由两个半波整流电路组成的基本对称电压倍增器电路。通过在标准半波整流器的输出端添加第二个二极管和电容器，我们可以将其输出电压增加一定量。这种类型的电压倍增器配置称为全波系列乘法器，因为其中一个二极管在每个半周期内导通，与全波整流器电路相同。

当正弦输入电压为正时，电容 C 1 通过二极管 D 1 充电当正弦电压为负时，电容 C 2 通过二极管充电， D 2 。输出电压 2V IN 取两个串联电容。

电压倍增器电路产生的电压理论上是无限制的，但是由于它们相对较差的电压调节和低电流能力，通常设计为将电压增加小于10倍。然而，如果围绕合适的变压器正确设计，电压倍增器电路能够产生几百到几十千伏的输出电压，这取决于它们的原始输入电压值，但都具有毫安范围内的低电流。

电压倍增器

顾名思义，倍压器是电压倍增器电路，其倍压系数为2。该电路仅由两个二极管，两个电容器和一个振荡交流输入电压组成（也可以使用PWM波形）。这个简单的二极管电容泵电路提供的DC输出电压等于正弦输入的峰峰值。换句话说，峰值电压值加倍，因为二极管和电容器一起工作以有效地使电压加倍。

直流电压倍增电路

那么它是如何工作的。该电路显示半波电压倍增器。在正弦输入波形的负半周期间，二极管 D1 正向偏置，并将泵电容器充电， C1 到输入电压的峰值，（<跨度> VP ）。由于没有电容 C1 放电的返回路径，因此它保持完全充电状态，充当与电源串联的存储设备。同时，二极管 D2 通过 D1 充电电容器传导， C2 。

在正半周期期间，二极管 D1 反向偏置阻止 C1 的放电，而二极管 D2 正向偏置充电电容 C2 。但由于电容 C1 上的电压已经等于峰值输入电压，因此电容 C2 充电至输入信号峰值电压值的两倍。

换句话说， V（正峰值）+ V（负峰值），所以在负半周期， D1 充电 C1 至 Vp 并在正半周期 D2 上将AC峰值电压添加到 C1 上的 Vp 并传输全部到 C2 。电容两端的电压 C2 通过负载放电，为下一个半周期做好准备。

然后电容两端的电压 C2 可以计算如下： Vout = 2Vp ，（当然，减去所用二极管的电压降），其中 Vp 是输入电压的峰值。请注意，此双输出电压不是瞬时的，而是在每个输入周期缓慢增加，最终稳定在 2Vp 。

因为电容 C2 仅在充电期间充电输入波形的半个周期，输出到负载的输出电压具有等于电源频率的纹波频率，因此称为半波电压倍增器。这样做的缺点是很难以与半波整流电路大致相同的方式消除这种大的纹波频率。此外，电容 C2 的额定直流电压必须至少是峰值输入电压值的两倍。

“电压倍增电路”的优势在于它允许更高的电压由低压电源产生，而不需要昂贵的高压变压器，因为倍压器电路可以使用比使用普通全波电源时所需的升压比更低的变压器。然而，虽然电压倍增器可以提升电压，但它们只能为高阻（+100kΩ）负载提供低电流，因为随着负载电流的增加，产生的输出电压会迅速下降。

通过反转电路中的二极管和电容的方向我们也可以反转输出电压的方向，产生负电压输出。此外，如果我们将一个乘法电路的输出连接到另一个乘法电路的输入（级联），我们可以继续以整数步长增加直流输出电压，以产生三倍电压或电压四极电路等，如图所示。

直流电压三倍电路

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通过在半部分添加一个额外的单个二极管电容器级上面的波电压倍增器电路，我们可以创建另一个电压倍增器电路，将其输入电压增加三倍，并产生所谓的电压三倍电路。

“电压三倍电路”由一个半电压倍增器级组成。该电压倍增器电路给出的DC输出等于正弦输入信号的峰值电压值（ 3Vp ）的三倍。与先前的倍压器一样，电压三倍电路内的二极管根据输入半周期的方向对电容器的放电进行充电和阻断。然后 1Vp 在 C3 和 2Vp 之间跨越 C2 被丢弃，并且由于两个电容串联，这导致负载的电压等于 3Vp 。

注意实际输出电压是峰值输入电压的三倍减去所用二极管的电压降， 3Vp - V（二极管）

如果可以通过将一个半电压倍增器级联在一起制作三倍电压电路，那么可以构建电压四倍电路通过将两个全电压倍增电路级联在一起，如图所示。

直流电压四路电路

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第一个电压倍增器电平使峰值输入电压加倍，第二个电平再次使其加倍，使DC输出等于正弦输入信号的峰值电压值（ 4Vp ）的四倍。此外，使用大值电容有助于降低纹波电压。

电压倍增器摘要

然后我们看到电压倍增器是由二极管和电容器，可以将输入电压增加两倍，三倍或四倍，并将各个半或全级乘法器串联在一起，将所需的直流电压施加到给定的负载，而无需升压变压器。 / p>

电压倍增器电路分为倍压器，三倍器或四倍器等，具体取决于输出电压与输入电压之比。理论上，可以获得任何所需的电压倍增量，并且级联的“N”倍增器将产生 2N.Vp 伏的输出电压。

例如，10在没有使用变压器的情况下，峰值输入电压为100伏的级电压倍增器电路将提供大约1,000伏或1kV的直流输出电压，假设没有损耗。

然而，二极管和电容器在所有乘法电路中使用的最小反向击穿电压额定值必须至少是它们两端的峰值电压的两倍，因为多级电压倍增电路可以产生非常高的电压，因此要小心。此外，电压倍增器通常为高阻负载提供低电流，因为随着负载电流的增加输出电压迅速下降。

上面显示的电压倍增电路都是旨在提供正的直流输出电压。但它们也可以设计为通过简单地反转所有乘法二极管和电容器的极性来产生负电压输出，以产生负电压倍增器。