Voltage kan worden verdubbeld (en dus vermenigvuldigd met elke macht van twee met behulp van cascade-apparaten) met zuiver elektronische middelen zonder gebruik te maken van een transformator. Spanning-stroom verhoudingen zijn van toepassing, dus verdubbeling is niet een kwestie van het verkrijgen van gratis elektrische energie die voorheen niet bestond. Verdubbeling van de spanning en dus vermindering van de beschikbare stroom aan de uitgang is soms geen goede zaak, maar vaak is dit geen probleem.
Er zijn veel variaties op de verdubbelaarschakelingen, maar alle spanningsverdubbelaars en -vermenigvuldigers hebben vergelijkbare werkingsprincipes.
De geschakelde-capacitor spanningsverdubbelaar werkt op een gelijkstroomingang. Twee condensatoren laden op tot de ingangsspanning terwijl ze parallel staan. Wanneer vervolgens de twee schakelaars gelijktijdig worden geworpen, worden zij geïsoleerd van de ingang, verbonden met de uitgang en in serie geplaatst zodat bij ontlading tweemaal de ingang aan de uitgang verschijnt. Het is duidelijk dat handbediende schakelaars niet praktisch zijn als er geen demon is om de schakelaars snel te bedienen. Een verscheidenheid van real-world schakelstrategieën is geïmplementeerd:
In ac-to-dc converters zorgt wisselstroom aan de ingang, naast het leveren van de te verdubbelen spanning, ook voor het schakelen door middel van oscillerende polariteiten.
Een intern choppercircuit kan gelijkstroom omzetten in wisselstroom vóór toepassing op de spanningsverdubbelaarsectie.
Een externe klok (die vaak ook andere functies uitvoert op dezelfde printplaat) kan chopping en spanningsvermenigvuldiging bewerkstelligen.
In geïntegreerde schakelingen zorgen MOSFET’s vaak voor de schakelwerking.
Een spanningsdrievoudiger kan worden gebouwd door het stapelen van een spanningsverdubbelaar, gewoonlijk 5-Vpp bij 1 kHz, en een eenvoudige halve-golfgelijkrichter, bestaande uit een diode en een condensator, verbonden van een ingangsklem naar de tegenoverliggende uitgangsklem. De 10 V verdubbelaaruitgang in serie met de 5 V gelijkrichteruitgang levert 15 V aan de tripleruitgang. Verdubbelaars en triplers, in cascade geschakeld, leveren theoretisch een oneindig aantal gehele uitgangen.
In prototyping lijn-aangedreven voedingen, zelfs zonder transformator, is er een potentieel gevaar voor schokken. Let er ook op dat elektrolytische condensatoren ontploffen als de polariteit wordt omgedraaid. De gecascadeerde multiplicatorschakelingen zouden in een ladderconfiguratie moeten worden gebouwd zodat het progressief stijgende voltagepotentieel niet over individuele lager-potentiaal secties kan vatten. Op die manier wordt de hele ladder niet vernietigd door een enkele kortgesloten diode of condensator. Zonder de ladderconfiguratie, kon één enkel kort opeenvolgende aangrenzende componenten uit branden, uiteindelijk toepassend overvoltage op de volledige multiplicator, het testmateriaal en experimenter.
Voltagevermenigvuldigers kunnen miljoenen volts voor high-energy experimenten produceren. De transformatortechnologie in dergelijke toepassingen zou uitvoerige vloeistof-gevulde bijlagen en isolatie vereisen met hoog voltage.
The de wijdst gebruikte methode om output met hoog voltage, zwakstroom te produceren is de meertrappige Cockcroft-Walton-vermenigvuldiger toe te schrijven aan zijn lage kosten en bescheiden isolatievereisten. Het voltage daalt abrupt wanneer het aan een lage impedantiebelasting wordt toegevoerd. Het werd uitgebreid gebruikt in CRT TV-toestellen waar een 30 kV tweede anode versnellend voltage niettegenstaande de hoge rimpel werd vereist. Omdat getrapte spanningen beschikbaar zijn, is deze bron gebruikt in deeltjesversnellers en voor biasing in fotomultiplicatorbuizen. Zij worden gebruikt om dergelijk divers materiaal zoals deeltjesversnellers, röntgenstraalmachines, kathodestraal buisTVs, magnetrons in microgolfovens, fotokopieerapparaten, en insect zappers.
Multi-stadium Cockcroft-Walton voltagevermenigvuldigers kan in één enkele ladder worden gevormd. Deze spanningsvermenigvuldiger gebruikt een laag-voltage pulserende gelijkstroom aan de ingang om een theoretisch onbeperkte uitgangsspanning te produceren. Bij elke verandering van polariteit vloeit er stroom door opeenvolgende diodes om extra condensatoren op te laden, helemaal tot het einde. Na de aanvankelijke activering is een bepaalde hoeveelheid tijd nodig om het geheel op te laden. Elke condensator heeft een tijdconstante en de totale tijd hangt af van de toegepaste spanning, de capaciteit van de condensatoren en de lengte van de ladder. De intermediaire kranen kunnen worden geïnstalleerd om tot intermediaire voltages.
The Cockcroft-Walton-voltagevermenigvuldiger is één type onder vele lastenpompen, genoemd naar de kenmerkende manier waarin zij een elektrolast langs een pijp-als reeks condensatoren forceren, elk waarvan de last opslaat tot de polariteit omkeert, waarna zij discharge.
In het algemeen, is een lastenpomp een voltagevermenigvuldiger die voor gebruik met een gelijkstroominput wordt geoptimaliseerd. U kon dc door middel van een oscillator hakken en het toepassen op een transformator, maar één van de voordelen in de technologie van de voltagevermenigvuldiging is dat de zware transformator met zijn enorme ruimtevereisten wordt geëlimineerd. In ons tijdperk van mobiele apparaten is de laadpomp een aanwinst.
Een laadpomp kan gebaseerd zijn op diodes, maar de gebruikelijke configuratie omvat geschakelde MOSFET’s met kleine keramische condensatoren. Het rendement van de laadpomp is hoog, zoals vereist in mobiele telefoons. In ontwerpen met discrete componenten wordt de voorkeur gegeven aan Schottky-dioden, gevormd door de junctie van een halfgeleider met metaal, vanwege hun lage voorwaartse spanningsval. In een laadpomp die als IC is geïmplementeerd, zijn hoogrendement MOSFET’s met lage ingangsimpedantie gebruikelijk.
Een laadpomp kan ook de polariteit aan de uitgang omkeren ten opzichte van de ingang. Naast het opvoeren van de spanning kan een laadpomp de ingang halveren of, in cascadeconfiguratie, delen door een geheel geheel getal. Door het gebruik van hoge klokfrequenties kan een lagere capaciteit worden gebruikt vanwege de kortere tijdsconstanten. De uitgangsspanning wordt geregeld door veranderingen in de duty cycle van de klokuitgang. Een voordeel van de laadpomp is dat deze kan schakelen tussen buck en boost modes, waardoor het leeglopen van de batterij tussen laadbeurten wordt gecompenseerd.
Wanneer meerdere gelijkspanningsuitgangen nodig zijn, is de laadpomp veel compacter en minder duur dan een lineaire voeding, die wordt gehinderd door een transformator met secundaire aftakkingen. Condensatoren kunnen elektrolytisch of keramisch zijn, afhankelijk van de schakelsnelheid.
Voltageverdubbelaars en inverters kunnen worden gebouwd rond het 555 timer IC met twee externe diodes en drie of vier externe condensatoren. Wanneer positieve en negatieve voedingen nodig zijn om een op-amp te voeden, kan de laadpomp worden geconfigureerd als een spanningsinverter.
Als een IC meerdere spanningen vereist, zoals bijvoorbeeld een enkele primaire bron met hoge stroomsterkte en aanvullende bronnen met lage stroomsterkte, is een laadpomp de ideale spanningsomzetter. Andere toepassingen zijn EEPROM’s en flash-geheugens.
Met minder componenten en geen spoel, de eenvoudige laadpomp vereist minder PCB-ruimte en het is efficiënter dan de lineaire voeding.
De nadelen zijn bescheiden: het is beperkt tot fractional-amp belastingen en net als alle SMPSs, genereert het enige elektromagnetische interferentie en is niet zo efficiënt als soortgelijke voedingen gebouwd rond spoelen, die grotere belastingen kunnen voeden, maar zijn duurder.
Alle spanningsvermenigvuldigers maken gebruik van een configuratie bestaande uit diodes en condensatoren om te vermenigvuldigen tot een door de eindgebruiker gewenst spanningsniveau, een piekwisselspanning (afgeleid van, in volgorde van toenemende variabiliteit, nutsbedrijf, onsite back-up of lokale omvormer) of door batterijen geleverde, hydro- of wilde gelijkstroom van een windturbine.
Diodes en condensatoren worden in overleg gebruikt om spanningsvermenigvuldigers te vormen. Deze kringen kunnen het voltage met een factor van vier of meer vermenigvuldigen om theoretisch om het even welk voltage, ver in de kilovoltwaaier te veroorzaken. De technologie wordt met goed gevolg gebruikt in transcontinentale elektrische distributie met hoog voltage om voltage en systeemovergangen te maken. Maar de dioden en de condensatoren moeten adequate omgekeerd-breakdown classificaties van tweemaal piekvoltage wegens de hoge voltages hebben die in meerfasig materiaal worden geproduceerd.
In het ontwerpen van en het diagnostiseren van voltagevermenigvuldigers, zijn de gemengd-signaaloscilloscopen of de verwante instrumentatie essentieel in het visualiseren van digitaal in juxtaposition met analoge signalen. Op kleine schaal bijvoorbeeld kan een intermitterende werking van de voeding de digitale gegevensstroom verstoren, en door beide golfvormen in real time weer te geven, kunnen deze problemen worden geanalyseerd.