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電圧倍増器の魔法：低電圧を高電圧に変える方法は？
現代の電子機器において、電圧変換は最も重要な技術の 1 つです。携帯電話、コンピュータ、その他の小型デバイスのいずれであっても、電圧増倍器はあらゆるところで使用されています。これらの魔法の回路は、低電圧 DC 電力を必要な高電圧に変換することができ、効率的であるだけでなく、さまざまなデバイスのエネルギー需要も満たします。この記事では、読者がその背後にある秘密を理解できるように、電圧逓倍器の動作原理とそのさまざまな用途について詳しく説明します。
電圧逓倍器の基本原理
電圧逓倍器は、コンデンサを充電し、それらの電荷を特定の方法で切り替えることによって、理想的には入力電圧の 2 倍を出力に生成する電子回路です。最も単純な電圧乗算器は整流器に似ており、AC 電圧を強化された DC 電圧に変換します。これは主に、入力 AC 電圧に従って動作するダイオードのスイッチング動作に依存します。
電圧逓倍器は電圧逓倍器の一種であり、複数の逓倍回路を重ねて出力電圧をさらに高めることができます。
一般的な倍電圧回路
ヴィラードサーキット
ヴィラード回路は Paul Ursich Villard によって発明され、その単純な構造はコンデンサとダイオードだけで構成されています。この回路にはシンプルさと柔軟性という利点がありますが、その出力のリップル性能は劣ります。この回路の主な機能は、交流の負の半サイクルをゼロに平坦化することであるため、最後の正の半サイクルを改善する必要はなく、依然として高電圧を生成できます。この構造は電子レンジの負の高電圧電源に広く使用されています。
グライナッハー サーキット
Greinacher 回路は Villard 回路を大幅に改良しており、コンポーネントを追加したにもかかわらずリップルが大幅に低減されています。この構造では、Villard ユニットがピーク検出器に接続されており、変動のほとんどを排除しながら電流のピーク電圧を保存することができます。これはこの設計の大幅な改善です。
グライナッハ回路は、テレビなどの機器、特に白黒またはカラー テレビで高電圧を必要とするコンポーネントに電力を供給するために使用されます。
デロン回路
Delon 回路はブリッジ トポロジを使用しているため、全波電圧乗算器と呼ばれます。この設計は、かつてはディスプレイ技術、特に古いディスプレイで非常に一般的で、生産コストを解決するために必要な高電圧電源と電圧逓倍器が他の電源方式に置き換えられていました。
スイッチト キャパシタ回路の応用
スイッチト キャパシタ回路は、プレスイッチング回路を通じて DC 電源の電圧を AC 電圧に変換し、それを乗算します。多くの集積デバイスはバッテリによって供給される供給電圧よりも高い供給電圧を必要とするため、このシステムは低電圧バッテリ駆動のアプリケーションで特に重要です。
外部クロックからスイッチング デバイスを駆動することにより、より効率的なスイッチト キャパシタ回路が生成パスと乗算パスの両方を同時に処理できます。
ディクソン チャージ ポンプ
Dickson チャージ ポンプは、複数のダイオードとコンデンサをカスケード接続して電圧を高め、一連のクロック パルスを使用してコンデンサを駆動します。この設計は集積回路で特に人気があり、AC と DC 間の境界線が曖昧になり、デバイスが必要な高電圧を供給できるようになります。
クロスカップルされたスイッチト キャパシタ
このテクノロジーは、非常に低電圧のアプリケーションに特に適しています。例: Bluetooth デバイスなどのワイヤレス デバイスは、小さなバッテリーで電力を供給します。これらの回路にはダイオードの問題がないため、出力損失が小さくなります。
電圧マルチプライヤの駆動の課題
デジタル回路の世界では、単純な設計コンセプトに実際的な技術的課題が伴うことがよくあります。最高の性能を発揮する電圧乗算器であっても、出力に影響を与えるコンポーネントの電圧降下が発生する可能性があります。リチウム電池を例にとると、入力電圧が比較的低い場合、達成可能な強化電圧も制限されます。
結論
電圧逓倍器テクノロジーにより、アプリケーション、特に現代のデジタル環境において、より柔軟な電源オプションを作成できるようになります。ただし、このプロセスにおける技術的な課題には、さらなる調査と研究が必要です。このテクノロジーは将来、私たちのライフスタイルや電力消費習慣にどのような影響を与えるのでしょうか?
