Spannungsverdoppler / Spannungsverdopplerschaltungen

Spannungsverdopplung ist eine Art der Gleichrichtung, bei der die Ausgangsgleichspannung größer ist als der Scheitelwert der Eingangswechselspannung.

Hinweis: Die Eingangsspannung ist eine Wechselspannung, die Ausgangsspannung ist in der Regel eine Gleichspannung. Wird eine Spannungsverdopplerschaltung belastet, ist die Ausgangsspannung nicht mehr stabil. Die Gleichspannung verändert sich zu einer Mischspannung mit hoher Restwelligkeit. Diese Ausgangsspannung eignet sich in der Regel nicht für die Stromversorgung.

Einpuls-Verdopplerschaltung D1 / Villard-Schaltung

Die Villard-Schaltung besteht aus einer Einweg-Gleichrichterschaltung (C₁ und D₁), der eine Diode und ein Kondensator (D₂ und C₂) nachgeschaltet ist.
Die Diode D₁ dient der Gleichrichtung. Das bedeutet, während einer Halbwelle werden die Elektrolytkondensatoren C₁ und C₂ aufgeladen. Bei der nächsten Halbwelle addiert sich diese Spannung zur Ausgangsspannung. Damit der Kondensator C₂ sich nicht wieder über den Kondensator C₁ entlädt, ist die Diode D₂ als Entladesperre in Sperrrichtung geschaltet.

Hinweis: Die eigentliche Villardschaltung besteht nur aus dem Elektrolytkondensator C₁ und der Diode D₁. Die nachgeschaltete Diode D₂ und der Elektrolytkondenstor C₂ stammen von Greinacher.

Formel zur Berechnung der Ausgangsgleichspannung

Formel zur Berechnung der Kondensatoren

Die Kapazität C der Elektrolytkondensatoren muss in Abhängigkeit des Laststroms berechnet werden. Der Strom I und die Spannung U entsprechen den Scheitelwerten. n ist die Anzahl der Stufen (Diode-Diode-Kondensator-Kombination). Die Konstante 34 wird in Sekunden angegeben. Das Ergebnis hat die Einheit As/V (Amperesekunden pro Volt).

Zweipuls-Verdopplerschaltung D2 (nach DIN 41761) / Delon-Schaltung oder Greinacher-Schaltung

Die Zweipuls-Verdopplerschaltung D2 besteht aus zwei Einweg-Gleichrichterschaltungen (Diode), denen jeweils ein Kondensator als Last nachgeschaltet ist.
Die Gleichrichterdiode D₁ erzeugt eine pulsierende Gleichspannung aus der positiven Halbwelle, die Gleichrichterdiode D₂ aus der negativen Halbwelle, der Eingangswechselspannung. Die Gleichrichterdioden D₁ und D₂ müssen dabei eine Sperrspannung vom doppelten Scheitelwert der Eingangswechselspannung vertragen können.
Die beiden Lastkondensatoren werden abwechselnd, fast auf den Scheitelwert, der Wechselspannung aufgeladen. Durch ihre Zusammenschaltung entsteht ein doppelter Scheitelwert.
Am Ausgang der Schaltung liegt eine Gleichspannung, die im unbelasteten Zustand ungefähr den doppelten Scheitelwert hat.

Formel zur Berechnung der Ausgangsspannung

Anwendung der Spannungsverdopplerschaltungen:

• In Messgeräten zur Anzeige von Spitze-Spitze-Spannungswerte.
• Für Speisespannungen mit geringer Stromstärke geeignet.
• Spannungsverdoppler werden z. B. in Fernsehgeräten verwendet, wenn die Röhre eine hohe Anodenspannung (ca. 400 V) benötigt.