電源提示：使用電壓倍增器增加電源的輸出電壓

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?cè)诖蛴C(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(jí)電壓倍增器操作的示意圖。第一個(gè)“倍增器”階段包括 C1/D1/C2/D2。輸入電壓 V AC是一個(gè)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(dòng)到負(fù)向 -V AC /2 時(shí)，電容器 C1 在二極管 D1 導(dǎo)通時(shí)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(chǔ)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(jí)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(shí)，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(duì)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(gè)連續(xù)級(jí)都會(huì)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(jí)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(gè)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(gè)電容器都充電至 V AC并保持恒定的輸出電壓。雖然這對(duì)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(huì)開始下降，因?yàn)樵诿總€(gè)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(shí)改善電壓調(diào)節(jié)，請(qǐng)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(jí)的電壓。第一倍增器級(jí)的輸出電壓等于其峰峰值輸入電壓減去兩個(gè)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(shí)再損失兩個(gè)二極管電壓降。第三級(jí)的輸出電壓等于V C6 = 3V AC – 6V D。因此，最好從遠(yuǎn)大于兩個(gè)二極管壓降的 V AC開始。

應(yīng)用報(bào)告“ TLC555-Q1 用作正負(fù)電荷泵”包括一個(gè)示例設(shè)計(jì)，該示例設(shè)計(jì)為正負(fù)輸出電壓使用乘法器。對(duì)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(duì)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(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。

不過.對(duì)于只需要負(fù)電源提供小電流的場(chǎng)合，可以使用定時(shí)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(jí)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(huì)降低輸出電壓。然而，知道這個(gè)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。