Spændingen kan fordobles (og dermed ganges med en potens af to ved hjælp af kaskadeanordninger) ved hjælp af rent elektroniske midler uden brug af en transformer. Der gælder spændings- og strømforhold, så fordobling er ikke et spørgsmål om at få gratis elektrisk energi, som ikke fandtes tidligere. En fordobling af spændingen og dermed en reduktion af den strøm, der er til rådighed ved udgangen, er nogle gange ikke en god ting, men ofte er dette ikke et problem.
Der findes mange fordoblerkredsløbsvarianter, men alle spændingsfordoblere og multiplikatorer har samme funktionsprincip.
Den koblede kondensatorspændingsfordobler kører fra en jævnstrømsindgang. To kondensatorer oplades til indgangsspændingen, mens de er parallelle. Når de to afbrydere derefter aktiveres samtidig, isoleres de fra indgangen, forbindes til udgangen og sættes i serie, således at der ved afladning vises det dobbelte af indgangsspændingen på udgangen. Det er klart, at manuelt betjente afbrydere ikke er praktiske, da der ikke findes en dæmon til at slå afbryderne hurtigt. Der er blevet gennemført en række forskellige reelle koblingsstrategier:
I vekselstrøms- til jævnstrømsomformere udfører vekselstrøm ved indgangen, ud over at levere den spænding, der skal fordobles, også kobling ved hjælp af svingende polariteter.
Et internt chopperkredsløb kan konvertere jævnstrøm til vekselstrøm, inden det anvendes i spændingsfordoblingssektionen.
Et eksternt ur (der ofte også udfører andre funktioner på samme printkort) kan opnå chopping og spændingsmultiplikation.
I integrerede kredsløb sørger MOSFET’er ofte for koblingsvirkningen.
En spændingsdobler kan bygges ved at stable en spændingsfordobler, typisk 5-Vpp ved 1 kHz, og en simpel halvbølge-ligretter, bestående af en diode og en kondensator, der er forbundet fra den ene indgangsterminal til den modsatte udgangsterminal. Udgangen fra 10 V fordobleren i serie med 5 V ensretterudgangen giver 15 V ved triplerudgangen. Fordoblere og triplere giver i kaskade teoretisk set et uendeligt antal hele udgange.
I prototyper af netdrevne strømforsyninger, selv uden transformer, er der en potentiel risiko for stød. Vær også opmærksom på, at elektrolytiske kondensatorer eksploderer, hvis polariteten omvendes. Kaskaderede multiplikatorkredsløb bør opbygges i en stigekonfiguration, så det progressivt stigende spændingspotentiale ikke kan bues over de enkelte sektioner med lavere spændingspotentiale. På den måde ødelægges hele stigen ikke af en enkelt kortsluttet diode eller kondensator. Uden stigekonfigurationen kan en enkelt kortslutning brænde på hinanden følgende tilstødende komponenter af og i sidste ende give overspænding til hele multiplikatoren, testudstyret og eksperimentatoren.
Spændingsmultiplikatorer kan generere millioner af volt til højenergi-eksperimenter. Transformatorteknologi i sådanne anvendelser ville kræve udførlige væskefyldte kabinetter og højspændingsisolering.
Den mest udbredte metode til at generere højspænding med lavt strømoutput er den flertrins Cockcroft-Walton-multiplikator på grund af dens lave omkostninger og beskedne isoleringskrav. Spændingen falder brat, når den føres ind i en lavimpedansbelastning. Den blev i vid udstrækning anvendt i CRT-tv-apparater, hvor der var behov for en 30 kV anden anodeaccelerationsspænding på trods af den høje ripple. Da der er mulighed for trinvis spænding, er denne kilde blevet anvendt i partikelacceleratorer og til forspænding i fotomultiplikatorrør. De anvendes til at drive så forskelligt udstyr som partikelacceleratorer, røntgenmaskiner, katodestrålerør-tv’er, magnetroner i mikrobølgeovne, fotokopieringsmaskiner og bug zappers.
Multi-stage Cockcroft-Walton-spændingsmultiplikatorer kan konfigureres i en enkelt ladder. Denne spændingsmultiplikator bruger en pulserende jævnstrøm med lav spænding ved indgangen til at producere en teoretisk ubegrænset udgangsspænding. Ved hver ændring i polariteten strømmer strømmen gennem på hinanden følgende dioder for at oplade yderligere kondensatorer, hele vejen til slutningen. Efter den første aktivering er der behov for et bestemt tidsrum for at oplade hele samlingen. Hver kondensator har en tidskonstant, og den samlede tid afhænger af den anvendte spænding, kondensatorernes kapacitans og stigenes længde. Der kan installeres mellemliggende taps for at få adgang til mellemliggende spændinger.
Cockcroft-Walton-spændingsmultiplikatoren er en type blandt mange ladningspumper, der er opkaldt efter den karakteristiske måde, hvorpå de tvinger en elektrisk ladning langs en rørlignende serie af kondensatorer, som hver især lagrer ladningen, indtil polariteten vendes, hvorefter de aflader.
Generelt er en ladningspumpe en spændingsmultiplikator, der er optimeret til brug med en jævnstrømsindgang. Man kunne hakke dc’en ved hjælp af en oscillator og anvende den på en transformer, men en af fordelene ved spændingsmultiplikationsteknologien er, at man slipper for den tunge transformer med dens massive pladsbehov. I vores tidsalder med mobile enheder er ladningspumpen et aktiv.
En ladningspumpe kan være baseret på dioder, men den sædvanlige konfiguration omfatter switchede MOSFET’er med små keramiske kondensatorer. Ladningspumpens effektivitet er høj, hvilket er påkrævet i mobiltelefoner. I konstruktioner, der anvender diskrete komponenter, foretrækkes Schottky-dioder, der er dannet af en halvleders overgang til metal, på grund af deres lave spændingsfald i fremadgående retning. I en ladningspumpe, der er implementeret som en IC, er højeffektive MOSFET’er med lav indgangsimpedans almindelige.
En ladningspumpe kan også invertere polariteten ved udgangen i forhold til indgangen. Ud over at øge spændingen kan en ladningspumpe halvere eller, i kaskadekonfiguration, dividere indgangen med et vilkårligt helt tal. Anvendelse af høje clockfrekvenser gør det muligt at anvende lavere kapacitans på grund af de kortere tidskonstanter. Udgangsspændingen reguleres ved hjælp af ændringer i clockudgangens duty cycle. En fordel ved ladningspumpen er, at den kan skifte mellem buck- og boost-tilstand, hvilket kompenserer for batteridræn mellem opladningerne.
Hvor der er behov for flere jævnspændingsudgange, er ladningspumpen langt mere kompakt og billigere end en lineær strømforsyning, som er besværet af en transformer med sekundære aftag. Kondensatorer kan være elektrolytiske eller keramiske afhængigt af koblingshastigheden.
Spændingsfordoblere og invertere kan bygges omkring 555-timer-IC’et med to eksterne dioder og tre eller fire eksterne kondensatorer. Når der kræves positive og negative forsyninger til at forsyne en op-amp, kan ladningspumpen konfigureres som en spændingsinverter.
Hvis et IC kræver flere spændinger som f.eks. en enkelt primær kilde med høj strømstyrke og supplerende kilder med lav strømstyrke, er en ladningspumpe den ideelle strømkonverter. Andre anvendelser er EEPROM’er og flashhukommelser.
Med færre komponenter og ingen induktor kræver den enkle ladningspumpe mindre PCB-plads, og den er mere effektiv end den lineære strømforsyning.
Nedlemmerne er beskedne: Den er begrænset til belastninger med brøkdelampere, og som alle SMPS’er genererer den en vis elektromagnetisk interferens, og den er ikke så effektiv som lignende strømforsyninger bygget omkring induktorer, som kan forsyne større belastninger, men er dyrere.
Alle spændingsmultiplikatorer anvender en konfiguration bestående af dioder og kondensatorer til at multiplicere til et spændingsniveau, der ønskes af slutbrugeren, en spidsvekselspænding (afledt af, i rækkefølge efter stigende variabilitet, forsyningsvirksomhed, onsite backup eller lokal inverter) eller batteriforsyet, vandkraft eller vild jævnstrøm fra en vindmølle.
Dioder og kondensatorer anvendes i fællesskab for at danne spændingsmultiplikatorer. Disse kredsløb er i stand til at multiplicere spændingen med en faktor fire eller mere for at producere teoretisk set enhver spænding, langt op i kilovoltområdet. Teknologien anvendes med god effekt i transkontinentale højspændingsstrømsanlæg til at foretage spændings- og systemovergange. Men dioderne og kondensatorerne skal have passende reverse-breakdown-værdier på det dobbelte af spidsspændingen på grund af de høje spændinger, der produceres i flertrinsudstyr.
Ved design og diagnosticering af spændingsmultiplikatorer er oscilloskoper med blandede signaler eller beslægtet instrumentering afgørende for at visualisere digitale i samspil med analoge signaler. For eksempel kan intermitterende strømforsyning i lille skala forstyrre den digitale datastrøm, og ved at vise begge kurveformer i realtid kan disse problemer analyseres.