电压倍增器：变压器-整流电路的更便宜、更轻的替代品

您是否正在考虑构建高直流电压测试设备？这种设备对于测试或构建需要高直流电压的电子设备和电器（例如微波炉和阴极射线管）是必需的。虽然可以使用升压变压器和整流器来完成这项任务，但变压器是笨重且昂贵的组件。因此，它们没有提供最佳解决方案。双电压是一种更好的替代方案，只需要组装几个组件。如果您想为您的项目构建一个，我们已经列出了所有细节。但首先，让我们看一下倍压器的定义和类型。

什么是倍压器？

倍压器是倍压系数为2的倍压电路。它以交流电压作为输入，然后产生相当于峰值输入电压两倍的直流电压。

通过这样做，电路做了两件事。它通过提高交流峰值电压和整流器来承担升压变压器的作用，因为它将交流转换为直流。

电压倍增器设计

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由于它们是电压倍增器，倍压器构成了高阶电路的基本构建块或单级。

四倍电压（注意四个二极管和电容器）

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您可以级联类似的级以创建三倍电压、四倍电压等。三倍电压具有三个二极管和电容器，而四倍电压具有四个。该电路可以向上扩展以达到项目所需的任何电压。

电压倍增器电路如何工作？

倍压器具有四个分立元件，可放大电压并使电流沿一个方向流动。这是两个二极管和两个电容器。

倍压电路

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该电路布置组件以在每个交流电压周期期间使其中一个二极管成为导体。在正半周，二极管 2 保持关闭状态，因此只有一个电容器被充电至交流峰值输入电压。

二极管 1 在负峰值期间关闭，但二极管 2 导通并为第二个电容器充电。但是，该电路在前一个周期中已经为电容器 1 充电。因此，这个电压会加到输入的交流电压上。

结果是第二个电容器的峰值交流电压源加倍，但这次是直流，因为电流将沿一个方向流动。

因此，倍压器充当电荷泵，提供 2Vin。

倍压器的种类

• 半波倍压器
• 全波倍压器

倍压器的优点

• 比变压器更便宜、更轻便的替代品。
• 可以通过反转连接的二极管和电容器的极性来产生负电压。
• 通过在电路中级联相同的倍压器，轻松提高电压倍增系数。

直流电压倍增器电路

最好的部分来了。如果要搭建直流倍压电路（半波或全波），需要以下元器件：

• 印刷电路板（或面包板和连接线）
• 两个二极管
• 两个电容器

那么，电路是如何工作的呢？详细来说，让我们看看半波和全波直流电压倍增器电路。但首先，这是输入的流入方式。

交流输入电压

由于交流波形具有正半周期和负半周期，因此下面的说明仅描述了这两个周期中发生的情况。当功率流入电路时，倍增会重复发生。

显示连续正负半周期的交流波形

Vm 是峰值电压，Vin 是输入电压。 Vm =峰值电压处的 Vin，因此我们将在方程式中使用 Vm。

半波倍压器

极性如下图所示，输入电压反向偏置二极管 D2。它的N端接电源正极，P端接交流电源的负极。

正半周期间的半波直流倍压器电路极性

另一方面，D1 正向偏置，因为它的 P 侧和 N 侧分别连接到正极和负极。

因此，您可以将图表重新想象为二极管 D1 形成短路（导电接头），而 D2 是开路。可以利用基尔霍夫电压定律得到电容 C1 两端的电压（Vc1）。

Vm – Vc1 =0

所以 Vc1 =Vm

在负半周期内，极性发生变化，如下图所示。

负半周期间的半波直流电压倍增器电路极性

在此波期间，Vin 正向偏置二极管 D2。它的 N 和 P 侧分别连接到负端子和正端子。但是，D1 会出现反向偏差。

因此，您可以重新绘制图表，其中 D1 形成开路，而 D2 形成短路。

利用基尔霍夫电压定律，我们可以通过这个公式确定电容 C2 两端的电压。

-Vm – Vm + Vc2 =0

-Vm为输入电压（负极性）

第二个Vm是C1两端的电压，在前一个周期被充电。

因此，Vc2 =Vm + Vm，相当于2Vm。

如果你在电容 C2 上接一个负载，你会得到两倍的峰值输入电压，从而产生倍增效应。

C1 充当存储设备，因为它没有放电的返回路径。但在负半周时，它与电压源串联，所以两个电压源的电压相加。

全波倍压器

在处理全波倍频器时，我们测量电容器 C1 和 C2 两端的电压。在正周期中，Vin 正向偏置 D1 而反向偏置 D2。

正半周期间全波直流电压倍增器电路极性

在此期间，D1 两端没有电阻，因此它会短路并对电容器 C1 充电。然而，D2 由于其高电阻而充当开路。因此，C2 不会被充电。

使用基尔霍夫定律，

Vm – Vc1 =0

因此，Vc1 =Vm

在负半周，D1反向偏置，极性正向偏置D2。

负半周全波直流电压倍增器电路极性

应用基尔霍夫定律，

-Vm + Vc2 =0

所以 Vc2 =Vm

请记住，C1 在前一个周期充电，因此两者都处于峰值电压 Vm。因此，如果你在两个电容之间连接一个负载，你会得到 2Vm。

有什么区别？

如果你看方程，它们有点相似，那么半波和全波电压倍增器有什么区别？

前者在第一个周期对电容器 C1 充电，然后在第二个周期对其放电。它会产生产生等于电源频率的纹波电压的问题，从而难以平滑纹波频率。因此，输出电压曲线不是很平滑。

平滑前后的纹波电压图

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然而，全波电压倍增器更像是两个半波整流器。因此，输出电压曲线更平滑。

值得注意的是，无论是半波电路还是全波电路，我们都必须假设电容C1和C2最初是没有电荷的。

倍压器的应用

• 离子泵
• 电视 CRT
• X 射线系统
• 复印机
• 雷达设备
• 行波管
• 微波炉
• 灭虫器

总结

总而言之，倍压器是许多设备中的重要电路，因为它们制造成本低廉且重量不如变压器。

也就是说，变压器-整流电路产生的直流输出电压曲线要平滑得多，但考虑到各自的优缺点，倍压器具有优势。

此外，您可以在倍频器中添加滤波电路，以平滑输出以匹配变压器-整流器组合。

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