वोल्टेज परिवर्धक

एक वोल्टेज परिवर्धक एक विद्युत परिपथ है, जो इनपुट वोल्टेज से संधारित्र को चार्ज करता है और इन चार्ज को इस तरह से स्विच करता है कि, आदर्श स्थितियों को, इसके इनपुट के रूप में आउटपुट पर दो बार वोल्टेज का उत्पादन होता है।

इन परिपथों में में सबसे सरल परिशोधक का एक रूप है जो एक एसी वोल्टेज को इनपुट के रूप में लेता है और एक दोगुनी डीसी वोल्टेज को आउटपुट करता है। स्विचिंग तत्व सरल डायोड होते हैं और वे केवल इनपुट के वैकल्पिक वोल्टेज द्वारा स्थिति को बदलने के लिए प्रेरित होते हैं। डीसी-टू-डीसी वोल्टेज परिवर्धक इस तरह से स्विच नहीं कर सकते हैं और स्विचिंग को नियंत्रित करने के लिए ड्राइविंग परिपथ की आवश्यकता होती है। उन्हें अधिकांशतः एक स्विचिंग तत्व की भी आवश्यकता होती है जिसे सीधे नियंत्रित किया जा सकता है, जैसे ट्रांजिस्टर, सामान्य एसी-टू-डीसी केस के रूप में स्विच में वोल्टेज पर निर्भर होने अतिरिक्त।

वोल्टेज परिवर्धक विभिन्न प्रकार के वोल्टेज गुणक परिपथ होते हैं। कई, लेकिन सभी नहीं, वोल्टेज परिवर्धक परिपथ को एक उच्च क्रम गुणक के एकल चरण के रूप में देखा जा सकता है: समान चरणों को एक साथ मिलाने से अधिक वोल्टेज गुणन प्राप्त होता है।

विलार्ड परिपथ
विलार्ड परिपथ, पॉल उलरिच विलार्ड द्वारा परिकल्पित, केवल एक संधारित्र और एक डायोड होता है। जबकि इसमें सरलता का बड़ा लाभ है, इसके उत्पादन में बहुत खराब तरंग (विद्युत) विशेषताएँ हैं। अनिवार्य रूप से, परिपथ एक डायोड क्लैंप परिपथ है। संधारित्र कोको पीक एसी वोल्टेज (Vpk)के नकारात्मक आधे चक्र पर चार्ज किया जाता है। आउटपुट इनपुट एसी वेवफॉर्म और संधारित्र के स्थिर डीसी का सुपरपोजिशन है। परिपथ का प्रभाव तरंग के डीसी मान को स्थानांतरित करना है। डायोड द्वारा AC वेवफ़ॉर्म की ऋणात्मक चोटियों को 0 V (वास्तव में -VF, डायोड का छोटा फ़ॉरवर्ड बायस वोल्टेज) पर "क्लैंप" किया जाता है, इसलिए आउटपुट वेवफ़ॉर्म की धनात्मक चोटियाँ 2Vpk हैं। पीक-टू-पीक रिपल एक विशाल 2Vpk है और इसे तब तक स्मूथ नहीं किया जा सकता जब तक कि परिपथ को प्रभावी रूप से अधिक परिष्कृत रूपों में से एक में नहीं बदल जाता। यह एक माइक्रोवेव ओवन में मैग्नेट्रॉन के लिए नकारात्मक उच्च वोल्टेज की आपूर्ति करने के लिए उपयोग किया जाने वाला परिपथ (डायोड रिवर्स के साथ) है।

ग्रीनाचर परिपथ
अतिरिक्त घटकों में एक छोटी सी लागत के लिए विलार्ड परिपथ पर ग्रीनाचर वोल्टेज परिवर्धक एक महत्वपूर्ण सुधार है। ओपन-परिपथ लोड स्थितियों के अनुसार तरंग बहुत कम हो जाती है, नाममात्र शून्य होती है, लेकिन जब करंट खींचा जाता है तो लोड के प्रतिरोध और उपयोग किए गए संधारित्र के मूल्य पर निर्भर करता है। परिपथ एक विलार्ड सेल चरण का अनुसरण करके काम करता है, जो कि एक पीक डिटेक्टर या लिफाफा डिटेक्टर चरण है। पीक डिटेक्टर सेल में आउटपुट पर पीक वोल्टेज को संरक्षित करते हुए अधिकांश रिपल को हटाने का प्रभाव होता है। ग्रीनाचर परिपथ को सामान्यतः, हाफ-वेव वोल्टेज परिशोधक के रूप में भी जाना जाता है। इस परिपथ का आविष्कार पहली बार 1913 में हेनरिक ग्रीनाचर द्वारा किया गया था (1914 में प्रकाशित ) अपने नए आविष्कृत आयनोमीटर के लिए आवश्यक 200-300 V प्रदान करने के लिए, ज्यूरिख पावर स्टेशनों द्वारा आपूर्ति की गई 110 V AC उस समय अपर्याप्त थी। बाद में उन्होंने इस विचार को 1920 में मल्टीप्लायरों के एक झरने में विस्तारित किया। ग्रीनाचर कोशिकाओं के इस झरने को अधिकांशतः गलत विधि से विलार्ड झरना कहा जाता है। इसे कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन जनरेटर भी कहा जाता है। जॉन कॉकक्रॉफ्ट और अर्नेस्ट वाल्टन द्वारा निर्मित कण त्वरक मशीन के बाद कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन गुणक कहा जाता है, जिन्होंने स्वतंत्र रूप से 1932 में परिपथ की खोज की थी। इस टोपोलॉजी में अवधारणा को एक ही एसी स्रोत से संचालित विपरीत ध्रुवों के दो ग्रीनाचर कोशिकाओं का उपयोग करके एक वोल्टेज चौगुनी परिपथ तक बढ़ाया जा सकता है। आउटपुट को दो अलग-अलग आउटपुट में लिया जाता है। ब्रिज परिपथ की तरह, इस परिपथ के इनपुट और आउटपुट को एक साथ ग्राउंड करना असंभव है।

डेलोन परिपथ
डेलोन परिपथ वोल्टेज दोहरीकरण के लिए के लिए एक पुल टोपोलॉजी का उपयोग करता है; Jules Delon (1876-1941) was an engineer for the French company Société française des câbles électriques Berthoud-Borel. He used a mechanical rectifier, which was based on a rotating commutator (contact tournant). परिपथ में दो अर्ध-तरंग पीक डिटेक्टर होते हैं, ठीक उसी तरह से काम करते हैं जैसे कि ग्रेनाचर परिपथ में पीक डिटेक्टर सेल। दो शिखर संसूचक कोशिकाओं में से प्रत्येक आने वाली तरंग के विपरीत अर्ध-चक्र पर संचालित होती है। चूंकि उनके आउटपुट श्रृंखला में हैं, आउटपुट पीक इनपुट वोल्टेज का दोगुना है।
 * His apparatus was exhibited at the 1908 Exposition d'électricité in Marseille, France: Georges Tardy (August 15, 1908) "Contact tournant de la Société  française des câbles électriques Systeme Berthoud-Borel", L'Electricien:  Revue Internationale de l'Electricité et de ses Applications, 2nd series, 36 (920) :  97-98.  (Article includes photograph of machine.)  The equipment was used to test insulation on high-voltage commercial power lines.
 * The operation of Delon's bridge rectifier is also explained (with schematic) in: E. von Rziha and Josef Seidener, Starkstromtechnik:  Taschenbuch für Elektrotechniker (High-current technology:  A Pocket book for Electrical Engineers), 5th ed., vol. 1, (Berlin, Germany:  Wilhelm Ernst & Sohn, 1921), pages 710-711.
 * Delon's name and dates appear in: Friedrich Heilbronner, Internationale Liste von Elektrotechnikern (2013), pp. 14-15.  Brief obituary of Jules Delon, Technica (Journal of the Association des anciens eleves de l'ecole centrale Lyonnaise (Association of the Alumni of the Central School of Lyon)), 2nd series, no. 25, page 24 (December 1941).  Available on-line at:  Technica.  See also Delon's U.S. patents no. 1,740,076, no. 1,837,952, and no. 1,995,201. फलस्वरूप इसे फुल-वेव वोल्टेज परिवर्धक भी कहा जाता है। परिपथ का यह रूप, एक समय में, सामान्यतः कैथोड रे ट्यूब टेलीविजन सेटों में पाया जाता था जहां इसका उपयोग अतिरिक्त उच्च तनाव (ईएचटी) आपूर्ति प्रदान करने के लिए किया जाता था। एक ट्रांसफॉर्मर के साथ 5 केवी से अधिक वोल्टेज उत्पन्न करने से घरेलू उपकरणों के संदर्भ में सुरक्षा संबंधी समस्याएं होती हैं और किसी भी स्थितियों में यह असंवैधानिक है। चूँकि, ब्लैक एंड व्हाइट टेलीविज़न सेट के लिए e.h.t की आवश्यकता होती है। 10 केवी के रंग और भी अधिक सेट करता है। वोल्टेज परिवर्धक का उपयोग या तो मुख्य ट्रांसफॉर्मर पर ईएचटी वाइंडिंग पर वोल्टेज को दोगुना करने के लिए किया जाता था या लाइन फ्लाईबैक ट्रांसफार्मर पर वेवफॉर्म पर लगाया जाता था।

स्विच संधारित्र परिपथ
एक अंतरायित्र (विद्युत्स) के साथ वोल्टेज परिवर्धक से पहले डीसी स्रोत के वोल्टेज को दोगुना करने के लिए ऊपर वर्णित सरल डायोड-संधारित्र परिपथ का उपयोग करना संभव है। असल में, यह वोल्टेज परिवर्धक में लगाने से पहले डीसी को एसी में बदल देता है। स्विचिंग उपकरणों को बाहरी घड़ी से चलाकर अधिक कुशल परिपथ बनाए जा सकते हैं जिससे दोनों कार्य, संकर्तक करना और गुणा करना, एक साथ प्राप्त किया जा सके। ऐसे परिपथ को स्विच्ड संधारित्र परिपथ के रूप में जाना जाता है। यह दृष्टिकोण विशेष रूप से कम वोल्टेज बैटरी संचालित अनुप्रयोगों में उपयोगी होता है, जहां एकीकृत परिपथ को बैटरी से अधिक वोल्टेज की आपूर्ति की आवश्यकता होती है। अकसर, एकीकृत परिपथ पर एक घड़ी संकेत आसानी से उपलब्ध होता है और इसे उत्पन्न करने के लिए बहुत कम या कोई अतिरिक्त परिपथ की आवश्यकता नहीं होती है। संकल्पनात्मक रूप से, संभवतः सबसे सरल स्विच्ड संधारित्र कॉन्फ़िगरेशन है जो चित्र 5 में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है। यहां दो संधारित्र समानांतर में एक ही वोल्टेज पर एक साथ चार्ज किए जाते हैं। फिर आपूर्ति बंद कर दी जाती है और संधारित्र को श्रृंखला में बदल दिया जाता है। आउटपुट श्रृंखला में दो संधारित्र से लिया जाता है जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट आपूर्ति वोल्टेज दोगुना हो जाती है। कई अलग-अलग स्विचिंग डिवाइस हैं जिनका उपयोग इस तरह के परिपथ में किया जा सकता है, लेकिन एकीकृत परिपथ में मोसफेट डिवाइस अधिकांशतः कार्यरत होते हैं। एक अन्य बुनियादी अवधारणा चार्ज पंप है, जिसका एक संस्करण योजनाबद्ध रूप से चित्र 6 में दिखाया गया है। चार्ज पंप संधारित्र, सीP, पहले इनपुट वोल्टेज के लिए चार्ज किया जाता है। फिर इसे आउटपुट संधारित्र, CO को इनपुट वोल्टेज के साथ श्रृंखला में चार्ज करने के लिए स्विच किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सीO को अंततः इनपुट वोल्टेज से दोगुना चार्ज किया जाता है। चार्ज पंप CO को पूरी तरह से चार्ज करने में सफल होने से पहले कई चक्र लग सकते हैं लेकिन स्थिर अवस्था में पहुँच जाने के बाद यह केवल CP के लिए CO से लोड को आपूर्ति की जा रही चार्ज के बराबर थोड़ी मात्रा में पंप करना आवश्यक है। जबकि CO चार्ज पंप से डिस्कनेक्ट होने पर यह लोड में आंशिक रूप से डिस्चार्ज हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट वोल्टेज पर रिपल (इलेक्ट्रिकल) होता है। यह तरंग उच्च घड़ी आवृत्तियों के लिए छोटी होती है क्योंकि डिस्चार्ज का समय कम होता है, और फ़िल्टर करना भी आसान होता है।वैकल्पिक रूप से, दिए गए तरंग विनिर्देश के लिए संधारित्र को छोटा बनाया जा सकता है। एकीकृत परिपथों में व्यावहारिक रूप से अधिकतम क्लॉक फ्रीक्वेंसी सामान्यतः सैकड़ों किलोहर्ट्ज़ में होती है।

डिक्सन चार्ज पंप
डिक्सन चार्ज पंप, या डिक्सन गुणक में घड़ी पल्स ट्रेन द्वारा संचालित प्रत्येक संधारित्र की निचली प्लेट के साथ डायोड/संधारित्र कोशिकाओं का एक कैस्केड होता है, जिसमें क्लॉक पल्स ट्रेन द्वारा संचालित प्रत्येक कैपेसिटर की निचली प्लेट होती है। परिपथ कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन गुणक का एक संशोधन है, लेकिन एसी इनपुट अतिरिक्त स्विचिंग सिग्नल प्रदान करने वाली क्लॉक ट्रेनों के साथ डीसी इनपुट लेता है। डिक्सन गुणक के लिए सामान्यतः पर आवश्यक होता है कि वैकल्पिक कोशिकाएं विपरीत चरण की घड़ी की दालों से संचालित हों। चूँकि, चित्र 7 में दिखाए गए वोल्टेज परिवर्धक के लिए केवल एक चरण के गुणन की आवश्यकता होती है, केवल एक घड़ी संकेत की आवश्यकता होती है। डिक्सन गुणक अधिकांशतः एकीकृत परिपथों में नियोजित होता है, जहां आपूर्ति वोल्टेज (उदाहरण के लिए बैटरी से) परिपथ्री द्वारा आवश्यक से कम होता है। एकीकृत परिपथ निर्माण में यह लाभप्रद है कि सभी अर्धचालक घटक मूल रूप से एक ही प्रकार के होते हैं। मोस्फेट्स सामान्यतः कई एकीकृत परिपथों में मानक लॉजिक ब्लॉक होते हैं। इस कारण से डायोड को अधिकांशतः इस प्रकार के ट्रांजिस्टर से बदल दिया जाता है, लेकिन डायोड के रूप में कार्य करने के लिए वायर्ड - एक व्यवस्था जिसे डायोड-वायर्ड मोसफेट कहा जाता है। चित्र 8 डायोड-वायर्ड एन-चैनल एन्हांसमेंट प्रकार मोस्फेट्स का उपयोग करके डिक्सन वोल्टेज परिवर्धक दिखाता है। बेसिक डिक्सन चार्ज पंप के लिए कई संशोधित डिक्सन गुणक हैं। इनमें से कई ट्रांजिस्टर ड्रेन-सोर्स वोल्टेज के प्रभाव को कम करने से संबंधित हैं। यह बहुत महत्वपूर्ण हो सकता है यदि इनपुट वोल्टेज छोटा हो, जैसे कि लो-वोल्टेज बैटरी। आदर्श स्विचिंग तत्वों के साथ आउटपुट इनपुट का एक अभिन्न गुणक है (एक परिवर्धक के लिए दो) लेकिन इनपुट स्रोत और मोसफेट स्विच के रूप में सिंगल-सेल बैटरी के साथ आउटपुट इस मान से बहुत कम होगा क्योंकि ट्रांजिस्टर के पार बहुत अधिक वोल्टेज गिरा दिया जाएगा। असतत घटकों का उपयोग करने वाले परिपथ के लिए स्कॉटकी डायोड स्विचिंग तत्व का एक बेहतर विकल्प होगा, जो स्थिति को बेहद कम वोल्टेज ड्रॉप के लिए होता है। चूँकि, एकीकृत परिपथ डिजाइनर आसानी से उपलब्ध एमओएसएफईटी का उपयोग करना पसंद करते हैं और बढ़ी हुई परिपथ जटिलता के साथ इसकी अपर्याप्तता की भरपाई करते हैं। एक उदाहरण के रूप में, एक क्षारीय बैटरी सेल में 1.5 V का नाममात्र वोल्टेज होता है। शून्य वोल्टेज ड्रॉप के साथ आदर्श स्विचिंग तत्वों का उपयोग करने वाला एक वोल्टेज परिवर्धक इसे अर्थात् 3.0 V दोगुना आउटपुट देगा। चूँकि, डायोड-वायर्ड मोसफेट का ड्रेन-सोर्स वोल्टेज ड्रॉप जब यह चालू अवस्था में हो तो कम से कम गेट थ्रेशोल्ड वोल्टेज होना चाहिए जो सामान्यतः 0.9 V हो सकता है। यह वोल्टेज परिवर्धक केवल आउटपुट वोल्टेज को लगभग 0.6 वी से 2.1 वी तक बढ़ाने में सफल होगा। यदि अंतिम चौरसाई ट्रांजिस्टर में गिरावट को भी ध्यान में रखा जाता है, तो परिपथ कई चरणों का उपयोग किए बिना वोल्टेज को बढ़ाने में सक्षम नहीं हो सकता है।. दूसरी ओर, एक विशिष्ट स्कॉटकी डायोड में 0.3 V का ऑन-स्टेट वोल्टेज हो सकता है। इस शॉट्की डायोड का उपयोग करने वाले परिवर्धक के परिणामस्वरूप 2.7 V का वोल्टेज होगा, या स्मूथिंग डायोड के बाद आउटपुट पर 2.4 V होगा।

क्रॉस-युग्मित स्विच्ड संधारित्र
क्रॉस-युग्मित स्विच्ड संधारित्र परिपथ बहुत कम इनपुट वोल्टेज के लिए स्वयं में आते हैं। वायरलेस बैटरी चालित उपकरण जैसे कि पेजर, ब्लूटूथ डिवाइस और इस तरह के एक वोल्ट के अनुसार डिस्चार्ज होने पर बिजली की आपूर्ति जारी रखने के लिए एकल-सेल बैटरी की आवश्यकता हो सकती है। जब घड़ी $$\phi_1 \ $$निम्न ट्रांजिस्टर Q2 बंद है। उसी समय घड़ी $$\phi_2 \ $$ट्रांजिस्टर Q1 को हाई टर्निंग ऑन कर रहा है जिसके परिणामस्वरूप संधारित्र C1 को Vin पर चार्ज किया जा रहा है. कब $$\phi_1 \ $$उच्च जाता है C1 की शीर्ष प्लेट को दो बार Viदो बार वी तक धकेल दिया जाता है। उसी समय स्विच S1 बंद हो जाता है जिससे यह वोल्टेज आउटपुट पर दिखाई देता है। उसी समय C2 को चार्ज करने की अनुमति देने के लिए Q2 को चालू किया जाता है। अगले आधे चक्र में भूमिकाओं को उलट दिया जाएगा: $$\phi_1 \ $$कम होगा, $$\phi_2 \ $$ उच्च होगा, S1 खुलेगा और S2 बंद होगा। इस प्रकार, आउटपुट को परिपथ के प्रत्येक तरफ से वैकल्पिक रूप से 2Vin के साथ आपूर्ति की जाती है।

इस परिपथ में नुकसान कम है क्योंकि डायोड-वायर्ड मोस्फेट्स और उनसे संबंधित थ्रेशोल्ड वोल्टेज की समस्या नहीं है। परिपथ का यह भी फायदा है कि तरंग की आवृत्ति दोगुनी हो जाती है क्योंकि प्रभावी रूप से दो वोल्टेज परिवर्धक होते हैं जो दोनों चरण की घड़ियों से आउटपुट की आपूर्ति करते हैं। इस परिपथ का प्राथमिक नुकसान यह है कि डिक्सन गुणक की तुलना में स्ट्रे संधारित्र बहुत अधिक महत्वपूर्ण हैं और इस परिपथ में घाटे के बड़े हिस्से के लिए जिम्मेदार हैं।

यह भी देखें

 * बूस्ट कनर्वटर
 * बक-बूस्ट कनवर्टर
 * डीसी से डीसी कनवर्टर
 * फ्लाईबैक कन्वर्टर

ग्रन्थसूची

 * Ahmed, Syed Imran Pipelined ADC Design and Enhancement Techniques, Springer, 2010 ISBN 90-481-8651-X.
 * Campardo, Giovanni; Micheloni, Rino; Novosel, David VLSI-design of Non-volatile Memories, Springer, 2005 ISBN 3-540-20198-X.
 * Kories, Ralf; Schmidt-Walter, Heinz Taschenbuch der Elektrotechnik: Grundlagen und Elektronik, Deutsch Harri GmbH, 2004 ISBN 3-8171-1734-5.
 * Liou, Juin J.; Ortiz-Conde, Adelmo; García-Sánchez, F. Analysis and Design of मोस्फेट्स, Springer, 1998 ISBN 0-412-14601-0.
 * McComb, Gordon Gordon McComb's gadgeteer's goldmine!, McGraw-Hill Professional, 1990 ISBN 0-8306-3360-X.
 * Mehra, J; Rechenberg, H The Historical Development of Quantum Theory, Springer, 2001 ISBN 0-387-95179-2.
 * Millman, Jacob; Halkias, Christos C. Integrated Electronics, McGraw-Hill Kogakusha, 1972 ISBN 0-07-042315-6.
 * Peluso, Vincenzo; Steyaert, Michiel; Sansen, Willy M. C. Design of Low-voltage Low-power CMOS Delta-Sigma A/D Converters, Springer, 1999 ISBN 0-7923-8417-2.
 * Wharton, W.; Howorth, D. Principles of Television Reception, Pitman Publishing, 1971 ISBN 0-273-36103-1.
 * Yuan, Fei CMOS Circuits for Passive Wireless Microsystems, Springer, 2010 ISBN 1-4419-7679-5.
 * Zumbahlen, Hank Linear Circuit Design Handbook, Newnes, 2008 ISBN 0-7506-8703-7.
 * Wharton, W.; Howorth, D. Principles of Television Reception, Pitman Publishing, 1971 ISBN 0-273-36103-1.
 * Yuan, Fei CMOS Circuits for Passive Wireless Microsystems, Springer, 2010 ISBN 1-4419-7679-5.
 * Zumbahlen, Hank Linear Circuit Design Handbook, Newnes, 2008 ISBN 0-7506-8703-7.
 * Zumbahlen, Hank Linear Circuit Design Handbook, Newnes, 2008 ISBN 0-7506-8703-7.