2つの簡単な電圧倍増回路について説明します

この記事では、1つのIC 4049とIC 555、および他のいくつかの受動部品を使って、2つの簡単なDC to DC電圧倍増回路の作り方について学びます。

もしあなたが、シンプルなIC 555を使用して強力な電圧倍増回路を作ることができるのか疑問に思っているなら、この記事は、詳細を理解し、自宅で設計を行うのに役立ちます。

電圧倍増器とは

電圧倍増器は、ダイオードとコンデンサのみを使用して入力電圧を上げ、その2倍の高い電圧を出力できるような回路のことを指します。

電圧倍増器のコンセプトが初めてで、そのコンセプトを深く学びたい場合は、このウェブサイトでさまざまな電圧倍増器回路を説明した精巧な記事を用意していますので、参考にしてください。

電圧倍増回路も電圧倍増回路の一種で、ダイオード/コンデンサ・ステージを数段に制限し、出力が電源電圧の2倍の電圧を生成できるようにしたものです。

電圧増倍回路はすべてAC入力またはパルス入力を必要とするので、結果を達成するために発振回路が不可欠になる。

上記の例を参照すると、IC 555 回路を非安定マルチバイブレータステージとして構成していますが、これは実際には発振器の一種で、出力ピン#3 でパルス状の DC（ON/OFF）を生成するよう設計されていることがわかります。

以前、このホームページで紹介したLEDトーチの回路は、発振器部分はIC4049のゲートを使っていますが、電圧倍増回路を使った回路と全く同じです。

基本的には、IC 555のステージを他の発振回路に置き換えても、電圧倍増の効果は得られますが、IC 555を使用すると、外部電流アンプステージなしで他のICベースの発振回路より多くの電流を生成することができるため、若干のメリットがあります。

上の図でわかるように、実際の電圧倍増はD1、D2、C2、C3ステージによって実装され、ハーフブリッジ2段の電圧倍増ネットワークとして構成されます。

このステージでIC555のピン#3状況に対応してシミュレーションを行うことは少し難しく、私はまだ脳内で正しく実行することに苦労している状態です。

私の頭の中のシミュレーションでは、前述の電圧倍増ステージの動作は、次のように説明できます：

IC出力端子#3がローロジックまたはグランドレベルのとき、D1はC2と端子#3の負電位を介して順バイアスできるのでC2を充電でき、同時にD1、D2経由でC3が充電されます。
さて、次の瞬間、3番ピンがハイロジックまたは電源のプラス電位になると、事態は少し混乱することになります。
ここでC2はD1経由で放電できないので、D1、C2、C3から電源レベルが出力されます。
他の多くのサイトでは、この時点でC2内の蓄積電圧とD1からのプラスがC3の出力と結合して2倍の電圧を生成すると書かれていますが、これは意味を成しません。
論理的に説明すると、ピン#3 がハイになると、C2 のマイナスが正レベルになり、その正端も電源レベルに保持されるため、逆電荷パルスを生成せざるを得ず、C3 の電荷と加算されて、電源レベルの 2倍のピーク電圧を持つ瞬時電位スパイクを引き起こすというものである。

もし、もっと良い、あるいは技術的に正しい説明があれば、ぜひコメントで説明してください。

ICの3番ピンは最大200mA電流が流れるように設定されていて、最大ピーク電流はこの200mAレベルと予想されますが、C2、C3値によってピークは狭くなることが予想されます。このため、C2,C3の値を最適化する必要があり、100uF/25V程度で十分といえます。

上の回路図では、5V の供給源から 9V の LED 電球を点灯させるために、この回路を使用していることがわかりますが、通常 5V が LED に直接適用されると、これは不可能なことでした。

電圧ダブラ回路の周波数は重要ではありませんが、速い周波数は遅い周波数より良い結果を得るのに役立ちます。

R2は基本的にPWMを制御することができるので、100Kポットを使って可変抵抗器にすることができます。

次のCMOS ICベースの回路は任意のDC電源電圧（最大15V DCまで）2倍に使用することができます。図に見られるように、このDC電圧倍増回路は、提案された結果を達成するために、たった1つのIC 4049を使用しています。

IC 4049のピン配置

IC 4049は全部で6つのゲートを持っており、これらはすべて議論した電圧倍増動作を生成するのに有効である。

図の左端は発振器部分です。

100K抵抗と0.01コンデンサが基本的な周波数決定部品を形成します。
電圧ステップ動作を実行するには周波数が不可欠なので、ここでも発振器の関与が必要になります。

これらの発振は、出力におけるコンデンサの充電と放電を初期化するのに有効で、これは、コンデンサのセットにかかる電圧を、適用された電源電圧の2倍になるように乗算することに相当します。

これらの並列ゲートは、発電機ゲートから印加される周波数に対して良好なバッファリングを生成するため、結果として得られる周波数は電流に対して強く、出力において比較的高い負荷でも落ち込むことはありません。

出力コンデンサを100uFにすることで、より高い効率を得ることができます。

12Vを入力として、約22Vの出力が得られます。

部品表