【世說設(shè)計】電源中的分壓器知多少

在電源設(shè)計中，可以手動設(shè)置所需的輸出電壓。在大多數(shù)集成電源電路以及開關(guān)和線性穩(wěn)壓器IC中，這可以通過分壓器來實現(xiàn)。為了能夠設(shè)置所需的輸出電壓，兩個電阻的阻值比必須合適。

圖1所示為一個分壓器。

圖1. 電壓調(diào)節(jié)器中的分壓器用于調(diào)節(jié)輸出電壓。

內(nèi)部基準電壓(V_REF)和所需的輸出電壓決定了電阻的阻值比，參見公式1：

基準電壓V_REF由開關(guān)穩(wěn)壓器或線性穩(wěn)壓器IC定義，通常為1.2V、0.8V或0.6V。該電壓代表輸出電壓(V_OUT)可設(shè)置的最低電壓值。在已知基準電壓和輸出電壓的情況下，等式中還有兩個未知數(shù)：R1和R2。現(xiàn)在可以相對自由地選擇兩個電阻值中的其中一個，通常阻值小于100kΩ。

如果電阻值太小，則工作期間因恒定流過的電流V_OUT/(R1+R2) 引起的功耗極高。如果R1和R2的值均為1kΩ，那么輸出電壓為 2.4V時流過的連續(xù)漏電流將為1.2mA。這相當于僅分壓器就產(chǎn)生2.88mW的功耗。

根據(jù)輸出電壓需要設(shè)置的精準度和FB引腳處的電源誤差放大器的電流大小，可以通過考慮該電流更精確地利用公式1。

但是，電阻值也不應(yīng)該太大。如果電阻值均為1MΩ，則功耗僅為2.88μW。電阻值設(shè)得太大的一個主要缺點是它會導(dǎo)致非常高的反饋節(jié)點阻抗。流入反饋節(jié)點的電流可能會非常低，具體取決于電壓調(diào)節(jié)器。因此，噪聲會耦合到反饋節(jié)點并直接影響電源的控制回路。這會中止輸出電壓的調(diào)節(jié)并導(dǎo)致控制回路不穩(wěn)定。特別是在開關(guān)穩(wěn)壓器中，這種特性十分關(guān)鍵，因為電流的快速開關(guān)會引起噪聲，并耦合到反饋節(jié)點。

R1+R2的有效電阻值介于50kΩ和500kΩ之間，具體取決于其它電路段的預(yù)期噪聲、輸出電壓值以及減小功耗的需求。

另一個重要方面是分壓器在電路板布局中的位置。反饋節(jié)點應(yīng)設(shè)計得盡可能小，以便使耦合到這個高阻抗節(jié)點的噪聲極低。電阻R1和R2也應(yīng)非?？拷娫碔C的反饋引腳。R1和負載之間的連接通常不是高阻抗節(jié)點，因此可以設(shè)計采用較長的走線。圖2所示為將電阻靠近反饋節(jié)點放置的一個示例。

圖2. 電源中配置恰當?shù)姆謮浩魇纠?/span>

為了降低分壓器的功耗，特別是在超低功耗應(yīng)用（如能量收集）中，某些IC（如ADP5301 降壓穩(wěn)壓器）配備了輸出電壓設(shè)置功能，僅在啟動期間檢查一次其VID引腳上的可變電阻值。然后將這個值存下來用于后續(xù)工作，而沒有電流持續(xù)流過分壓器。這是針對高效應(yīng)用的非常明智的解決方案。

圖3. 調(diào)節(jié)輸出電壓而不會在分壓器中產(chǎn)生連續(xù)功耗。

低功耗降壓調(diào)節(jié)器ADP5301，具有業(yè)界領(lǐng)先的超輕負載電源轉(zhuǎn)換效率，可延長便攜式設(shè)備的電池壽命。降壓調(diào)節(jié)器ADP5301額定效率為90%，靜態(tài)電流僅為180 nA，相比以前的器件能在更長時間內(nèi)提供最大功率，非常適合物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和可穿戴設(shè)備，比如健身手環(huán)和智能手表。

ADP5301

• 輸入啟動電壓范圍：2.15 V至6.50 V

• 工作電壓低至2.00 V

• 超低靜態(tài)電流：180 nA（無負載）

• 可選輸出電壓：1.2 V至3.6V或0.8V至5.0V

• 輸出精度：±1.5%（PWM模式下的整個溫度范圍內(nèi)）

• 可選遲滯模式或PWM工作模式

• 輸出電流

• 遲滯模式下，電流最高達50 mA

• PWM模式下，電流最高達500 mA

• VOUTOK標志用于監(jiān)控輸出電壓

• 100%占空比工作模式

• 2 MHz開關(guān)頻率，可選同步輸入范圍為1.5 MHz至2.5 MHz

• QOD選項

• UVLO、OCP和TSD保護

• 9引腳、1.65 mm × 1.87 mm WLCSP封裝

• 結(jié)溫范圍：-40°C至+125°C