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電壓倍增器的魔法：如何將低電壓變為高電壓的秘密？
在現代電子裝置中，電壓的轉換是相當關鍵的技術之一。無論是在手機、電腦還是其他小型設備中，電壓倍增器的應用無處不在。這些神奇的電路能夠將低電壓的直流電轉換為所需的高電壓，這不僅高效，還能滿足不同設備的能源需求。本文將深入探討電壓倍增器的工作原理及其各種應用，幫助讀者了解背後的秘密。
電壓倍增器的基本原理
電壓倍增器是一種電子電路，透過充電電容器並以特定方式切換這些電量，理想情況下能夠在輸出端生成輸入電壓的兩倍。最簡單的電壓倍增器類似於整流器，可以將交流電壓轉為增強的直流電壓。它主要依賴於二極體的開關動作，這些二極體是根據輸入的交流電壓進行工作。
電壓倍增器屬於電壓乘法器的一種，而多個倍增電路可以疊加，使輸出電壓進一步增強。
常見的電壓倍增電路
Villard電路
Villard電路由保羅·烏爾希奇·維拉德發明，其結構簡單僅由一個電容和一個二極體組成。雖然此電路具備簡單靈活的優勢，但其輸出具有很差的波動性能。此電路的主要功能是將交流電的負半週期壓平至零，所以最後的正半週期毋須改善，仍然能夠產生高電壓。這種結構被廣泛應用於微波爐中的負高壓供電。
Greinacher電路
Greinacher電路是對Villard電路的良好改進，儘管增加了額外的組件，但其提供的波動顯著降低。在此結構中，Villard單元與峰值檢測器相連，首先能夠儲存電流的巔峰電壓，同時消除大部分波動，這是此設計的大幅提升。
Greinacher電路在電視機等設備中為需要高電壓的部件提供電源，特別是在黑白電視機或彩色電視機中。
Delon電路
Delon電路使用橋接拓撲結構，也因此被稱為全波電壓倍增器。此設計在顯示器技術上曾經非常普遍，尤其是舊型的顯示器中，當時所需的高壓電供應、電壓倍增器兌換其他供電方式來解決生產成本。
開關電容電路的應用
開關電容電路通過前置切換電路，將直流源的電壓轉換為交流電壓，然後再進行倍增。該系統在低電壓電池驅動的應用中尤其重要，因為許多集成裝置需要的供電電壓高於電池提供的電壓。
透過從外部時鐘驅動切換設備，更高效的開關電容電路可在生成和倍增通過時同時處理。
Dickson電荷泵
Dickson電荷泵是將多個二極體和電容級聯以增加電壓，並使用時鐘脈衝序列來驅動電容器。這種設計在集成電路中特別受歡迎，模糊了交流和直流電的界限，便於設備提供所需的高電壓。
交叉耦合開關電容
此技術特別適合於非常低電壓的應用場合。例如：無線設備如藍牙設施等，利用小電池來供電。這些電路不涉及二極體的問題，因此其輸出損失較小。
驅動電壓倍增器的挑戰
在數位電路的世界中，現實的技術挑戰經常伴隨著簡易的設計理念。即便是性能極佳的電壓倍增器，也會因元件的電壓掉落問題影響輸出。以鋰電池為例，如果輸入電壓相對來說過低，所能達到的增強電壓也會受到限制。
結論
電壓倍增器的技術使我們能夠在應用中創造更加靈活的電源選擇，尤其是在現代數位化的環境中。然而，這一過程中的技術挑戰還是需要進一步的探索和研究。在未來這方面的技術會如何影響我們的生活方式與用電習慣呢？
