A feszültséget tisztán elektronikus úton, transzformátor igénybevétele nélkül is meg lehet duplázni (és így kaszkádos eszközökkel tetszőleges kéttősséggel megszorozni). A feszültség-áram arányok érvényesek, tehát a megduplázás nem arról szól, hogy ingyen kapunk olyan elektromos energiát, ami korábban nem volt. A feszültség megduplázása és ezáltal a kimeneten rendelkezésre álló áram csökkentése néha nem jó dolog, de gyakran ez nem jelent problémát.
A duplázó áramköröknek számos változata létezik, de minden feszültségduplázó és szorzó hasonló működési elvű.
A kapcsolt kondenzátoros feszültségduplázó egyenáramú bemenetről működik. Két kondenzátor párhuzamosan töltődik a bemeneti feszültségre. Ezután, amikor a két kapcsolót egyszerre kapcsolják, a bemenetről leválasztják, a kimenethez csatlakoztatják és sorba helyezik, így a kisütéskor a bemenet kétszerese jelenik meg a kimeneten. Nyilvánvaló, hogy a kapcsolók gyors ütemű dobásához szükséges démon hiányában a kézi működtetésű kapcsolók nem praktikusak. A valóságban többféle kapcsolási stratégiát valósítottak meg:
A váltakozó áramból egyenáramú átalakítókban a bemeneten lévő váltakozó áram, amellett, hogy a megduplázandó feszültséget szolgáltatja, a kapcsolást is megvalósítja az oszcilláló polaritások segítségével.
Egy belső chopper áramkörrel a feszültségduplázó szakaszra történő alkalmazás előtt az egyenáramot váltakozóvá alakíthatjuk.
Egy külső óra (gyakran ugyanazon az áramköri lapon más funkciókat is ellátva) megvalósíthatja a choppingot és a feszültség megtöbbszörözését.
Az integrált áramkörökben gyakran MOSFET-ek biztosítják a kapcsolási műveletet.
A feszültségháromszorozó felépíthető egy feszültségduplázó, jellemzően 5 Vpp 1 kHz-en, és egy egyszerű félhullámú egyenirányító egymásra helyezésével, amely egy diódából és egy kondenzátorból áll, és az egyik bemeneti kapocsról az ellenkező kimeneti kapocsra csatlakozik. A 10 V-os duplázó kimenete az 5 V-os egyenirányító kimenetével sorba kapcsolva 15 V-ot biztosít a tripler kimenetén. A duplázók és triplázók kaszkádba kapcsolva elméletileg végtelen számú egészértékű kimenetet biztosítanak.
A vonali meghajtású tápegységek prototípusainál még transzformátor nélkül is fennáll az áramütés veszélye. Vigyázzon arra is, hogy az elektrolitkondenzátorok felrobbannak, ha a polaritás felcserélődik. A kaszkádos szorzóáramköröket létraszerűen kell felépíteni, hogy a fokozatosan növekvő feszültségpotenciál ne tudjon íveket vetíteni az egyes alacsonyabb potenciálú szakaszokra. Így az egész létrát nem teszi tönkre egyetlen rövidre zárt dióda vagy kondenzátor. A létra konfiguráció nélkül egyetlen rövidzárlat kiégetheti az egymás után következő szomszédos alkatrészeket, és végül túlfeszültséget okozhat az egész sokszorozónak, a vizsgálóberendezésnek és a kísérletezőnek.
A feszültségsokszorozók több millió voltot képesek generálni a nagy energiájú kísérletekhez. Az ilyen alkalmazások transzformátor-technológiája bonyolult, folyadékkal töltött burkolatokat és nagyfeszültségű szigetelést igényelne.
A nagyfeszültségű, kisáramú kimenet előállítására a legelterjedtebb módszer a többlépcsős Cockcroft-Walton-szorzó, alacsony költsége és szerény szigetelési követelményei miatt. A feszültség hirtelen csökken, ha kis impedanciájú terhelésbe tápláljuk. Ezt széles körben használták a CRT TV-készülékekben, ahol a nagy hullámzás ellenére 30 kV-os második anódgyorsító feszültségre volt szükség. Mivel lépcsőzetes feszültségek állnak rendelkezésre, ezt a forrást részecskegyorsítókban és fotomultiplikátorcsövek előfeszítésére használták. Olyan különféle berendezések táplálására használják, mint a részecskegyorsítók, röntgengépek, katódsugárcsöves tévékészülékek, mikrohullámú sütők magnetronjai, fénymásolók és poloskairtók.
A többfokozatú Cockcroft-Walton-feszültségsokszorozók egyetlen létrában konfigurálhatók. Ez a feszültségsokszorozó kisfeszültségű pulzáló egyenáramot használ a bemeneten, hogy elméletileg korlátlan kimeneti feszültséget állítson elő. Minden egyes polaritásváltozással áram folyik az egymást követő diódákon keresztül, hogy további kondenzátorokat töltsön fel, egészen a végéig. A kezdeti gerjesztés után meghatározott időre van szükség a teljes egység feltöltéséhez. Minden kondenzátornak van egy időállandója, és a teljes idő függ az alkalmazott feszültségtől, a kondenzátorok kapacitásától és a létra hosszától. A köztes feszültségek eléréséhez közbenső csapok telepíthetők.
A Cockcroft-Walton-féle feszültségsokszorozó a sok töltésszivattyú közül az egyik típus, amelyet arról a jellegzetes módról neveztek el, ahogyan az elektromos töltést egy csőszerű kondenzátor-sorozat mentén kényszerítik, amelyek mindegyike tárolja a töltést, amíg a polaritás meg nem fordul, és ekkor kisülnek.
A töltésszivattyú általában egy feszültségsokszorozó, amelyet egyenáramú bemenettel való használatra optimalizáltak. Az egyenáramot egy oszcillátor segítségével felapríthatná, és egy transzformátorra alkalmazhatná, de a feszültségsokszorozó technológia egyik előnye, hogy a nehéz transzformátor a hatalmas helyigényével együtt megszűnik. A mobileszközök korában a töltőszivattyú előnyt jelent.
A töltőszivattyú alapulhat diódákon, de a szokásos konfigurációban kapcsolható MOSFET-eket használnak kis kerámia kondenzátorokkal. A töltőszivattyú hatásfoka magas, ahogyan az a mobiltelefonokban szükséges. A diszkrét alkatrészeket használó tervekben a Schottky-diódákat, amelyeket egy félvezető és fém találkozásából képeznek, előnyben részesítik az alacsony előremenő feszültségesésük miatt. Az IC-ként megvalósított töltőszivattyúban az alacsony bemeneti impedanciájú, nagy hatásfokú MOSFET-ek a szokásosak.
A töltőszivattyú a kimeneten a bemenethez képest a polaritást is megfordíthatja. A feszültségnövelés mellett a töltőszivattyú képes megfelezni, vagy kaszkádkonfigurációban bármilyen egész számmal osztani a bemenetet. A magas órajelfrekvenciák használata a rövidebb időállandó miatt lehetővé teszi a kisebb kapacitás használatát. A kimeneti feszültséget az óra kimeneti munkaszünetének változása szabályozza. A töltőszivattyú egyik előnye, hogy képes váltani a bak és boost üzemmódok között, kompenzálva az akkumulátor lemerülését a töltések között.
Ahol több egyenfeszültségű kimenetre van szükség, a töltőszivattyú sokkal kompaktabb és olcsóbb, mint a lineáris tápegység, amelyet egy szekunder csapokkal ellátott transzformátor terhel. A kondenzátorok a kapcsolási sebességtől függően lehetnek elektrolitikusak vagy kerámia kondenzátorok.
Feszültségduplázók és inverterek építhetők az 555-ös időzítő IC köré két külső diódával és három vagy négy külső kondenzátorral. Ha pozitív és negatív tápfeszültségre van szükség egy op-amp táplálásához, a töltőszivattyú feszültséginverterként konfigurálható.
Ha egy IC több feszültséget igényel, mint például egyetlen nagyáramú elsődleges forrás és kisáramú kiegészítő források, a töltőszivattyú az ideális tápátalakító. További alkalmazások az EEPROM-ok és a flash-memóriák.
Mivel kevesebb alkatrész és induktor nélkül az egyszerű töltőszivattyú kevesebb helyet igényel a NYÁK-on, és hatékonyabb, mint a lineáris tápegység.
A hátrányai szerények: csak tört amperes terhelésekre korlátozódik, és mint minden SMPS, némi elektromágneses interferenciát generál, és nem olyan hatékony, mint az induktorokra épülő hasonló tápegységek, amelyek nagyobb terhelések ellátására képesek, de drágábbak.
Minden feszültségsokszorozó diódákból és kondenzátorokból álló konfigurációt használ, hogy a végfelhasználó által kívánt feszültségszintre, egy (a növekvő változékonyság sorrendjében a közüzemi, a helyszíni tartalék vagy a helyi inverterből származó) váltakozó csúcsfeszültségre vagy akkumulátorral táplált, vízi vagy szélturbinából származó vad egyenáramra szorozza a feszültséget.
A diódákat és kondenzátorokat együttesen használják a feszültségsokszorozók kialakításához. Ezek az áramkörök képesek a feszültséget négyszeresére vagy többszörösére szorozni, hogy elméletileg bármilyen feszültséget előállítsanak, akár a kilovoltos tartományba is. Ezt a technológiát a nagyfeszültségű transzkontinentális elektromos elosztásban használják jó hatásfokkal a feszültség- és rendszerátmenetekhez. A diódáknak és kondenzátoroknak azonban a többfokozatú berendezésekben előállított nagy feszültségek miatt megfelelő, a csúcsfeszültség kétszeresét kitevő fordított törési névleges értékkel kell rendelkezniük.
A feszültségsokszorozók tervezésénél és diagnosztizálásánál a vegyes jelű oszcilloszkópok vagy a kapcsolódó műszerek elengedhetetlenek az analóg jelekkel szembeállított digitális jelek megjelenítéséhez. Kis léptékben például az időszakos tápellátás megzavarhatja a digitális adatáramlást, és mindkét hullámforma valós idejű megjelenítésével ezek a problémák elemezhetők.