Yllä kuvattuja yksinkertaisia diodi-kondensaattoripiirejä on mahdollista käyttää tasajännitelähteen jännitteen kaksinkertaistamiseen, kun jännitteen kaksinkertaistinta edeltää hakkuripiiri. Käytännössä tämä muuntaa tasavirran vaihtovirraksi ennen jännitteen kaksinkertaistimeen syöttämistä. Tehokkaampia piirejä voidaan rakentaa ohjaamalla kytkentälaitteita ulkoisesta kellosta niin, että molemmat toiminnot, pilkkominen ja kertominen, toteutetaan samanaikaisesti. Tällaisia piirejä kutsutaan kytkentäkondensaattoripiireiksi. Tämä lähestymistapa on erityisen hyödyllinen matalajännitteisissä paristokäyttöisissä sovelluksissa, joissa integroidut piirit vaativat suurempaa jännitettä kuin mitä paristo voi tuottaa. Usein kellosignaali on helposti saatavilla integroidussa piirissä ja sen tuottamiseen tarvitaan vain vähän tai ei lainkaan lisäpiirejä.
Konseptuaalisesti ehkä yksinkertaisin kytketty kondensaattorikokoonpano on kuvassa 5 kaavamaisesti esitetty. Tässä kaksi kondensaattoria ladataan samanaikaisesti samaan jännitteeseen rinnakkain. Tämän jälkeen syöttö kytketään pois päältä ja kondensaattorit kytketään sarjaan. Lähtö otetaan kahden sarjassa olevan kondensaattorin poikki, jolloin lähtöjännite on kaksinkertainen syöttöjännitteeseen verrattuna. Tällaisessa piirissä voidaan käyttää monia erilaisia kytkentälaitteita, mutta integroiduissa piireissä käytetään usein MOSFET-laitteita.
Toinen peruskonsepti on latauspumppu, jonka eräs versio on esitetty kaavamaisesti kuvassa 6. Varauspumpun kondensaattori, CP, ladataan ensin tulojännitteeseen. Sen jälkeen siirrytään lataamaan lähtökondensaattoria, CO, sarjaan tulojännitteen kanssa, jolloin CO latautuu lopulta kaksinkertaiseksi tulojännitteeseen nähden. Voi kestää useita syklejä, ennen kuin latauspumppu onnistuu lataamaan CO:n täyteen, mutta vakaan tilan saavuttamisen jälkeen CP:n tarvitsee pumpata vain pieni määrä varausta, joka vastaa CO:sta kuormalle syötettävää varausta. Kun CO on irrotettu latauspumpusta, se purkautuu osittain kuormaan, jolloin lähtöjännite aaltoilee. Tämä aaltoilu on pienempi korkeammilla kellotaajuuksilla, koska purkautumisaika on lyhyempi, ja se on myös helpompi suodattaa. Vaihtoehtoisesti kondensaattorit voidaan tehdä pienemmiksi tiettyä ripple-erittelyä varten. Käytännön maksimikellotaajuus integroiduissa piireissä on tyypillisesti satoja kilohertzejä.
Dickson charge pumpEdit
Dicksonin latauspumppu eli Dicksonin kertoja koostuu diodi-kondensaattorikennojen kaskadista, jossa jokaisen kondensaattorin pohjalevyä ohjataan kellopulssisarjalla. Piiri on Cockcroft-Walton-kertoimen muunnos, mutta se ottaa tasavirtatulon, jossa kellojunat tuottavat kytkentäsignaalin vaihtovirtatulon sijasta. Dickson-kerroin edellyttää tavallisesti, että vaihtoehtoisia kennoja ohjataan vastakkaisen vaiheen kellopulsseista. Koska kuvassa 7 esitetty jännitteen kaksinkertaistaja vaatii kuitenkin vain yhden kertolaskuvaiheen, tarvitaan vain yksi kellosignaali.
Dickson-kerrointa käytetään usein integroiduissa piireissä, joissa syöttöjännite (esimerkiksi paristosta) on alhaisempi kuin piirin vaatima jännite. Integroitujen piirien valmistuksessa on edullista, että kaikki puolijohdekomponentit ovat periaatteessa samantyyppisiä. MOSFETit ovat yleisesti vakiologiikkalohko monissa integroiduissa piireissä. Tästä syystä diodit korvataan usein tämäntyyppisellä transistorilla, mutta johdotettuna toimimaan diodina – järjestelyä kutsutaan diodilla johdotetuksi MOSFETiksi. Kuvassa 8 on esitetty Dicksonin jännitteen kaksinkertaistin, jossa käytetään diodilla johdotettuja n-kanavaisia enhancement-tyyppisiä MOSFETejä.
Dicksonin perusvaraajapumppuun on monia variaatioita ja parannuksia. Monet niistä koskevat transistorin tyhjennyslähdejännitteen vaikutuksen vähentämistä. Tämä voi olla hyvin merkittävää, jos tulojännite on pieni, kuten pienjännitteinen paristo. Ihanteellisilla kytkinelementeillä ulostulo on tulon kokonaiskertainen monikerta (kaksinkertaistajan tapauksessa kaksi), mutta yhden kennon pariston ollessa tulolähteenä ja MOSFET-kytkimien kanssa ulostulo on paljon tätä arvoa pienempi, koska suuri osa jännitteestä putoaa transistorien yli. Erilliskomponentteja käyttävässä piirissä Schottky-diodi olisi parempi valinta kytkentäelementiksi, koska sen jännitehäviö on erittäin pieni päälläolotilassa. Integroitujen piirien suunnittelijat käyttävät kuitenkin mieluummin helposti saatavilla olevaa MOSFET:iä ja kompensoivat sen puutteita piirin monimutkaisuuden lisääntymisellä.
Esimerkiksi alkaliparistokennon nimellisjännite on 1,5 V. Jännitteen kaksinkertaistaja, joka käyttää ihanteellisia kytkentäelementtejä, joiden jännitehäviö on nolla, antaa ulostulon kaksinkertaisena eli 3,0 V. Kuitenkin diodilla johdotetun MOSFET:n tyhjennyslähteen jännitehäviö, kun se on päällä, on oltava vähintään portin kynnysjännite, joka voi tyypillisesti olla 0,9 V. Tämä jännitteen ”kaksinkertaistaja” onnistuu nostamaan ulostulojännitettä vain noin 0,6 V:lla 2,1 V:iin. Jos myös viimeisen tasoitustransistorin poikki tuleva häviö otetaan huomioon, virtapiiri ei välttämättä kykene kasvattamaan jännitettä lainkaan, jos ei käytetä useampia vaiheita. Tyypillisen Schottky-diodin päälläolojännite voi sen sijaan olla 0,3 V. Tätä Schottky-diodia käyttävällä kaksinkertaistimella saadaan aikaan 2,7 V:n jännite tai tasoitusdiodin jälkeisessä ulostulossa 2,4 V.
Ristikytketyt kytketyt kondensaattoritEdit
Ristikytkettyjen kytkettyjen kondensaattoreiden piirit pääsevät oikeuksiinsa hyvin pienillä tulojännitteillä. Langattomat akkukäyttöiset laitteet, kuten hakulaitteet, bluetooth-laitteet ja vastaavat, saattavat vaatia yksikennoisen akun jatkavan virransyöttöä, kun se on purkautunut alle volttiin.
Kun kello ϕ 1\\displaystyle \phi _{1}\ }
on alhainen, transistori Q2 sammutetaan. Samalla kello ϕ 2 {\displaystyle \phi _{2}\ }
on korkea ja kytkee transistorin Q1 päälle, jolloin kondensaattori C1 latautuu Viniin. Kun ϕ 1 {\displaystyle \phi _{1}\ }
nousee korkeaksi, C1:n ylälevy työntyy kaksinkertaiseen Viniin. Samalla kytkin S1 sulkeutuu, joten tämä jännite näkyy ulostulossa. Samalla Q2 kytkeytyy päälle, jolloin C2 pääsee latautumaan. Seuraavalla puolijaksolla roolit ovat päinvastaiset: ϕ 1 {\displaystyle \phi _{1}\ }
on alhainen, ϕ 2 {\displaystyle \phi _{2}\ }
on korkea, S1 avautuu ja S2 sulkeutuu. Lähtöön syötetään siis 2Vin vuorotellen piirin kummaltakin puolelta.
Häviö on tässä piirissä pieni, koska siinä ei ole diodijohdotettuja MOSFETeja ja niihin liittyviä kynnysjänniteongelmia. Piirin etuna on myös se, että ripple-taajuus kaksinkertaistuu, koska siinä on käytännössä kaksi jännitteen kaksinkertaistinta, jotka molemmat syöttävät ulostulon vaiheettomista kelloista. Tämän piirin ensisijainen haittapuoli on se, että hajakapasitanssit ovat paljon merkittävämpiä kuin Dickson-kertoimessa, ja ne aiheuttavat suuremman osan tämän piirin häviöistä.