分压器在电源设计中的应用

作者：Frederik Dostal

在电源设计中，可以手动设置所需的输出电压。这是在大多数集成电源电路以及开关和线性稳压器 IC 中借助分压器实现的。两个电阻值的比率必须适合于设置所需的输出电压。图 1 显示了一个分压器。内部参考电压 （VREF） 和所需的输出电压决定了电阻值的比率，如公式 1 所示：

参考电压 VREF 由开关稳压器或线性常规 IC 定义，通常为 1.2 V、0.8 V 甚至 0.6 V。此电压代表输出电压 （VOUT） 可以设置的最低电压。在已知参考电压和输出电压的情况下，等式中仍有两个未知数：R1 和 R2。现在可以相对自由地选择两个电阻值之一，因为通常值低于 100 kΩ。

如果电阻值过低，则在运行期间由于恒定流动的电流 VOUT/（R1 + R2） 导致的功率损耗非常高。如果 R1 和 R2 的值均为 1 kΩ，则在 2.4 V 的输出电压下将流过 1.2 mA 的连续漏电流。这对应于仅由分压器产生的 2.88 mW 功率损耗。

取决于输出电压的设置精度以及 FB 引脚上电源误差放大器中的电流有多高，通过考虑该电流可以更精确地指定公式 1。

图 1. 稳压器中用于调节输出电压的分压器。

但是，电阻值不应太高。如果电阻值均为 1 MΩ，我们将只有 2.88 µW 的功率损耗。这种具有非常高值的电阻器尺寸的一个主要缺点是它会导致非常高的反馈节点阻抗。流入反馈节点的电流可能非常低，具体取决于电压调节器。因此，噪声会耦合到反馈节点并直接影响电源的控制回路。这会停止输出电压的调节并导致控制回路不稳定。尤其是在开关稳压器中，这种行为至关重要，因为电流的快速切换会产生噪声，并且会耦合到反馈节点。

R1 + R2 的有用电阻值介于 50 kΩ 和 500 kΩ 之间，具体取决于其他电路段的预期噪声、输出电压值以及降低功率损耗的需要。

图 2. 电源中放置良好的分压器示例。

另一个重要方面是分压器在电路板布局上的放置。反馈节点应设计得尽可能小，以便非常少的噪声可以耦合到这个高阻抗节点。电阻器 R1 和 R2 也应该非常靠近电源 IC 的反馈引脚。R1 和负载之间的连接通常不是高阻抗节点，因此可以设计为具有更长的走线。图 2 显示了靠近反馈节点放置的电阻器示例。

图 3. 在分压器中没有连续功率损耗的情况下调整输出电压。

为了降低分压器的功率损耗，特别是在能量收集等超低功耗应用中，一些 IC（如ADP5301降压稳压器）具有输出电压设置功能，其中 VID 上的可变电阻值引脚仅在启动期间检查一次。然后存储该值以用于持续运行，而无需电流不断流过分压器。对于高效应用而言，这是一个非常明智的解决方案。