text: 倍壓器是提昇電壓的電路，利用輸入電壓將電容器充電，並且利用電路的切換，在理想情形下，可以使電容器的電壓恰為輸入電壓的二倍。最簡單的倍壓器是一種特殊的整流器，輸入是交流電壓，輸出是兩倍的直流電壓，其切換元件為二極體，其切換只是因著輸入電壓的正負電壓變化而切換導通或關閉。直流－直流的倍壓器像交流－直流的倍壓器，只是根據輸入電壓的正負變化而進行切換，需要驅動電路來控制其切換，多半也需要可受控的切換元件，例如電晶體。倍壓器是多倍壓器電路的一種變形，許多的倍壓器可以視為高倍率倍壓器中的一級，若組合數個倍壓器，可以達到更高的倍率。倍壓整流器.維拉德氏電路.維拉德氏電路，因此交流電壓的電壓最大值調整到2"V"pk，但其峰對峰的漣波為2"V"pk，而且此漣波無法用濾波的方式改善，若要改善，就要將倍壓器改為較複雜的電路。此電路的二極體若反向，可用來產生微波爐磁電管需要的高負電壓。格賴納赫電路.格賴納赫電路比維拉德氏電路多了一些元件，但其效果有很大的改善，漣波已明顯減小，若在負載開路的條件下，漣波為零，但若負載非開路，漣波則視負載的電阻及電路中的電容而定。格賴納赫電路的第一級為維拉德氏電路，後面是包絡檢波器，消去大部份的漣波，但保持輸出的峰值電壓。此電路最早是由在1913年發明，在1914年發表，目的是提供他新發明所需的200–300 V電源，而當時蘇黎世電廠只能提供110V的交流電。他後來。此電路也被稱為，因為歐內斯特·沃爾頓在和約翰·考克饒夫製作粒子加速器的過程中，也曾在1932年獨立發現此電路。上述電路的概念可以延伸，用一組交流電源提供兩個極性相反的格賴納赫電路，可以形成四倍壓電路橋式電路一様，此電路輸入側和輸出側的參考點電位不同，不能同時接地。德隆電路.德隆電路利用橋狀拓撲來進行電壓倍壓。此電路曾經用在陰極射線管的電視中，作為高電壓的電源。家用裝置上用變壓器產生超過5kV以上的電壓會有安全上的問題，而且在任何箱體內都不具經濟效益。不過黑白電視需要10kV的高壓電，彩色電視需要的電壓更高。此時就會使用倍壓器，可能電壓是來自主變壓器的高壓繞組，或是來自回掃變壓器輸出的波形。此電路包括兩個半波的波峰檢波器，動作原理和格賴納赫電路中的相同。兩個波峰檢波器會分別在輸入波形兩個相反的半週內動作。因為其輸出是串接的，因此輸出會是輸入電壓的二倍。開關電容器電路.可以只用上述提到的二極體和電容電路進行直流電壓源的倍壓，作法是在倍壓器前加上斬波器，在效果上，是在進入位壓電路前先將直流電壓轉換為交流。比較有效率的作法是用外部的時脈去驅動切換用元件，因此可以同時進行倍壓及斬波，這類電路一般稱為開關電容器電路。這類的電路可以用一些應用是用低電壓的電池供電，但積體電路需要的電壓較高的情形。通常在基板上會有產生時脈訊號的積體電路，可能只需要一些輔助電路即可產生時脈。在概念上，圖五也許是最簡單的開關電容器電路組態。此處的二個電路並聯，以相同的電壓充電，接著電源不通到電容器，開關切換，使兩個電容串聯，並將串聯後的電壓接到輸出，即為輸入電壓的兩倍。有許多不同的開關零件可以用在此電路中，不過在積體電路中，多半會選用MOSFET作為開關零件。另一個相關的概念是電荷泵，圖六是電荷泵的一個版本，電荷泵的電容CP先由電源充電，之後電容CP和電源串聯，和輸出電容CO充電，因此CO最後會充到電源的二倍。可能需要幾個週期才能將CO充飽，但若到達穩態，CP只需要提供很少的電荷，相當於CO提供給負載需要的電荷。當CO切離電容CP時，CO會對負壓放電，因此輸出電壓會有漣波，若時脈較快，充電時間較短，漣波也會變小，也比較容易濾除。而且對應相同的鏈波規格，可以選用較小的電容器。實務上積體電路中最快的時脈頻率會是數百kHz。迪克森電荷泵.迪克森電荷泵的變體，但不用交流訊號，而是用直流輸入和時脈訊號來作為切換訊號。迪克森多倍倍壓器一般會需要一些單元是由相序相反的時脈來驅動。不過因為圖七的迪克森位壓器只有一級，因此只需要一個時脈訊號即可。迪克森位壓器常用在積體電路中，在電源電壓比工作電壓低時可以產生工作電壓。積體電路製造時其所有半導體元件都是同一型的，為其優點。許多積體電路中的基礎邏輯方塊是MOSFET，因此二極體常用MOSFET代替，但短接後有像二極體一樣的特性，稱為diode-wired MOSFET。圖八是一個用n通道增強型MOSFET代替二極體的迪克森電荷泵。有許多針對迪克森多倍倍壓器的修改及提昇，許多都著重在減少電晶體的源-洩極電壓，若輸入電壓很小時，但若用一個電池為輸入以MOSFET為開關，其輸出會遠小於理想值，因為一些電壓在透過二極體時要克服其電壓降，因此被消耗掉了。若電路是用分立元件組成，比較適合用肖特基二極體作為切換元件，因為導通時其電壓降非常小。不過積體電路設計者較傾向使用MOSFET，而不是用其他元件來增加電路的複雜性。例如鋰電池的標準電壓為1.5V，若配合倍壓器，且切換元件沒有壓降，其輸出會是3.0 V。不過短路成二極體的MOSFET，導通時的閘極臨限電壓至少是0.9 V.。倍壓器只能將輸出從0.6 V提昇到2.1 V。若再考慮最後一級平滑電晶體的壓降，若不用多級倍壓器，無法作到提昇電壓的效果。而肖特基二極體導通時的壓降只有0.3 V。用肖特基二極體的倍壓器可以將電壓提昇到2.7 V，過平滑二極體後也有2.4 V。交叉耦合切換式電容器.交叉耦合切換式電容器的特點是輸入電壓可以非常小，像以電池為電源的無線裝置只用一個電池供電，需要在電池放電到電壓小於1V時，仍可以提供電力。當時脈formula_1為低電位時，電晶體Q2關閉，同時時脈formula_2為高電位，因此電晶體Q1會導通，使"V"in充電到電容C1。當formula_1變成高電位時，C1提升到"V"in的二倍，同時開關S1導通，因此輸出端有電壓，此時Q2導通，使C2充電。在另外半個週期，formula_1為低電位，formula_2為高電位，因此S1導通，S2關閉，因此輸出電壓2"V"in會由此電路的二個部份輪流輸出。此電路中沒有短路成二極體MOSFET，因此也沒有閘極臨限電壓的問題，為其優點。此電路的另一個優點是漣波頻率加倍，原因是因著時脈相位的不同，此電路可以等效為是二個倍壓器輪流提供輸出電壓。不過其雜散電容較迪克森電荷泵大很多，而且電路的損耗也比較大。
metadata.dataset: erhwenkuo/wikipedia-zhtw
metadata.title: 倍壓器
metadata.url: https://zh.wikipedia.org/wiki?curid=4509144