图1所示为国外杂志上介绍的一种直流三倍压电路,能从5V直流电源得到接近15V的直流电压输出,用以给电流消耗较小但要求电压较高的负载(例如CMOS电路)供电。其基本原理是采用一个TTL六非门振荡器,使电路中的两个电容器交替地接电源正或地来达到目的。具体过程分析如下:

假定振荡器(由集成电路74HC14及阻容件R\(_{1}\)、C4构成)在某一瞬时a点电位为正,b点电位为负(即为地电位),则可将图1有关电路等效成图2。此时因为振荡器在a点产生的电位E'约等于电源电压E,极性都是正极在上,所以电容器C\(_{1}\)不会被充电,在a'~a之间形不成电位差,而电容器C2和C\(_{3}\)两端都将得到接近电源E的电压值(忽略二极管的压降损失)。

当振荡器翻转后,变为如图3所示的a点为地电位、b点为正电位,结果是E'(近似于E)同电容器C\(_{2}\)上的电压(近似于E)叠加,经二极管VD3将电容器C\(_{3}\)充电至2E,同时电源E也将C1充电至E。

再下一轮,振荡器又变为a正、b地(见图4),通过类似的分析可以知道、此时a'点电位Va'、b'点电位Vb'、C点电位V\(_{c}\)均为2E。

当振荡器再翻转过来时,等效电路变为图5。虽然从形式上看似乎与图3无异,但由于几次电荷转移,C\(_{2}\)两端已有2E电压,再与E'叠加后,便使b'点及C点的电位都变为3E。因此可以从C点对地之间获得接近3E的电压输出。

由分析可见,C\(_{1}\)、C2、C\(_{3}\)上承受的最大电压分别为E、2E、3E,所以可分别选用耐压为6V、10V、15V的电容器。
调整图1中的R\(_{1}\),可以改变振荡频率,以取得最佳结果。当R1为1kΩ时,电路振荡频率约为350kHz;R\(_{1}\)选100kΩ时,f≈4kHz。
图6是电源变换效率与负载电流的关系曲线。图7是输出电压与负载电流的关系曲线。可以看出,在10mA以下的负载状态下,变换效率不低于70%,输出直流电压也不低于11V。如果希望得到负的三倍压输出,只需将电源E、二极管VD\(_{1}\)~VD3及电容器C\(_{1}\)~C3的极性全部换向即可,但注意不能改动74HC14的电源供电极性。


据原文介绍,为了降低输出阻抗,可在输出端并接一个缓冲器(即电压跟随器)。笔者认为此法不可取,因为缓冲器的全部耗流(包括负载电流)也都必须从C点吸取,其结果并不能减轻三倍压电源的负担。(田进勤 编译)