Spannungsvervielfacher / Spannungsvervielfacherschaltungen

Spannungsvervielfachung 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 eine pulsierende Gleichspannung. Diese Ausgangsspannung eignet sich in der Regel nicht für die Stromversorgung.

Die hier abgebildete Schaltung ist eine zweistufige Spannungsvervielfacherschaltung. Durch die Kombination von 2 Villardschaltungen (Einpuls-Verdopplerschaltung) erhält man eine Spannungsvervielfacherschaltung.
An der Diode D₂ der ersten Villard-Schaltung liegt die Spannung an, die zur Speisung der nachgeschalteten Villard-Schaltung verwendet wird.
Daraus ergibt sich die Formel:

Bei der abgebildeten Schaltung handelt es sich um eine dreistufige Spannungsvervielfacherschaltung. Diese drei Stufen setzen sich aus je einer Villard-Schaltung zusammen. Je zwei Dioden und zwei Kondensatoren sind eine Stufe.
Jede weitere Stufe erhöht die im Leerlauf vorhandene Ausgangsspannung U_a um etwa das Doppelte.
Daraus ergibt sich die Formel:

n ist die Anzahl der Stufen.

Bei den Spannungsvervielfacherschaltungen müssen folgende Dinge beachtet werden:

• Der Eingangsstrom ist n-mal so groß wie der Laststrom.
• Der Innenwiderstand der Ausgangsspannung hängt wie bei allen anderen Gleichrichterschaltungen vom Innenwiderstand der Wechselspannungsquelle ab.
• Der Innenwiderstand steigt mit der Anzahl der Stufen. Er verringert sich mit der Vergrößerung der Kondensatorwerte.
• Die verwendeten Kondensatoren (außer C₁) müssen eine Spannung von 2 • û_S vertragen.
• Nach dem Einschalten einer Spannungsvervielfacherschaltung vergeht etwas Zeit, bis alle Kondensatoren aufgeladen sind.
• Bei der Stromentnahme wird der am Ende liegende Kondensator zuerst entladen. Dieser wird vom vorgeschalteten Kondensator wieder aufgeladen.
• Der Ausgangsstrom wird umso kleiner, je mehr Stufen verwendet werden. Bei hohen Lastströmen sind evt. Low-ESR-Elkos notwendig.

Anwendung der Spannungsvervielfacherschaltung:

• Hochspannungserzeugung für elektrostatische Staubfilter
• Hochspannungserzeugung für Fernsehbildröhren