电压倍增器提供了一种在低电流下产生高压输出的简单方法。它们在打印机、传感器和带电粒子系统等应用中非常有用，这些应用需要在低功率下达到数十甚至数千伏。由于没有电源变压器，例如反激式转换器或自耦变压器升压中所需的那些，因此从成本和简单性的角度来看，乘法器都是可取的。

图 1 是说明三级电压倍增器操作的示意图。第一个“倍增器”阶段包括 C1/D1/C2/D2。输入电压 V AC是一个交替的方波或正弦波形，其峰峰值幅度等于 V AC。当 V AC摆动到负向 -V AC /2 时，电容器 C1 在二极管 D1 导通时充电（数字 1 周围的绿色箭头）。现在让我们忽略二极管正向压降。在 V AC的正半周期内，等于 +V AC /2，存储在 C1 中的电荷通过 D2 转移到 C2（数字 2 周围的红色箭头）。C2 充电至 V AC (V AC /2 从输入电压加上 V AC/2 来自 C1 两端的电压）。这将电压从 V AC /2加倍到 V AC。

第二倍增器级包括C3/D3/C4/D4。在负输入周期期间，C3 充电至 V AC（数字 3 周围的绿色箭头）。这很容易看出，因为当 D1 和 D3 导通时，C3 两端的电压等于 C2。同样，在正输入周期，C4 通过 D4（数字 4 周围的红色箭头）充电到 2*V AC（相对于地），因为 C2 已经充电到 V AC的电位。

第三阶段包括 C5/D5/C6/D6，工作原理与第二阶段相同。电容器 C5 充电至 V AC并将该电压传输到 C6，这增加了前面的阶段。理想情况下，每个连续级都会增加 V AC，从而可以轻松地进一步增加输出电压。

图 1：电压倍增器使用具有级联二极管和电容器的交流 (AC) 电压

从电路的操作中可以清楚地看出，上组电容器之间的节点处的电压随输入电压切换。这些节点上的电压都在两个电压电平之间转换，增量等于 V AC（忽略二极管压降）。上部电容器充当电荷泵，将能量转移到下部电容器中。输出电压出现在较低串联的电容器组上，每个电容器都充电至 V AC并保持恒定的输出电压。虽然这对于轻负载来说是准确的，但随着负载电流的增加，输出电压可能会开始下降，因为在每个开关周期中只传输固定量的能量。为了在负载电流增加时改善电压调节，请尝试使用更大的电容值。这就是为什么输出上的轻负载效果最好的原因。

二极管正向压降减去每一级的电压。第一倍增器级的输出电压等于其峰峰值输入电压减去两个二极管压降，即 V C2 = V AC – 2V D。第二阶段以该电压开始，将其加倍，并在 V C4 = 2V AC – 4V D 时再损失两个二极管电压降。第三级的输出电压等于V C6 = 3V AC – 6V D。因此，最好从远大于两个二极管压降的 V AC开始。

应用报告“ TLC555-Q1 用作正负电荷泵”包括一个示例设计，该示例设计为正负输出电压使用乘法器。对于传感器电路或运放电路，往往需要正负双电源供电.但对于车辆等只有单电源供电的设备，就需要从单一的正电源获取负电源，其方法有多种，但利用市售DC-DC变换器较方便。

电压倍增器电路产生的电压理论上是无限制的，但是由于它们相对较差的电压调节和低电流能力，通常设计为将电压增加小于10倍。然而，如果围绕合适的变压器正确设计，电压倍增器电路能够产生几百到几十千伏的输出电压，这取决于它们的原始输入电压值，但都具有毫安范围内的低电流。

不过.对于只需要负电源提供小电流的场合，可以使用定时IC555构成的电荷泵电路，虽然输出电压随输出电流有一定变化，但电路简单、成本低。

电压倍增器提供了一种从几乎任何开关电压产生高压输出的简单方法。您可以轻松添加额外的级以获得更高的输出电压。随着负载电流的增加，二极管正向压降和小电容值会降低输出电压。然而，知道这个限制后，电压倍增器可以提升输出电压，而无需变压器甚至电感器。