电源设计中,可以手动设置所需的输出电压。在大多数集成电源电路以及开关和线性稳压器 IC 中,这可以通过分压器来实现。为了能够设置所需的输出电压,两个电阻的阻值比必须合适。图 1 所示为一个分压器。

 

图 1. 电压调节器中的分压器用于调节输出电压。

 

内部基准电压(VREF)和所需的输出电压决定了电阻的阻值比,参见公式 1:

 

 

基准电压 VREF 由开关稳压器或线性稳压器 IC 定义,通常为 1.2V、0.8V 或 0.6V。该电压代表输出电压(VOUT)可设置的最低电压值。在已知基准电压和输出电压的情况下,等式中还有两个未知数:R1 和 R2。现在可以相对自由地选择两个电阻值中的其中一个,通常阻值小于 100kΩ。

 

如果电阻值太小,则工作期间因恒定流过的电流 VOUT/(R1+R2) 引起的功耗极高。如果 R1 和 R2 的值均为 1kΩ,那么输出电压为 2.4V 时流过的连续漏电流将为 1.2mA。这相当于仅分压器就产生 2.88mW 的功耗。

 

根据输出电压需要设置的精准度和 FB 引脚处的电源误差放大器的电流大小,可以通过考虑该电流更精确地利用公式 1。

 

但是,电阻值也不应该太大。如果电阻值均为 1MΩ,则功耗仅为 2.88μW。电阻值设得太大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会非常低,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。这会中止输出电压的调节并导致控制回路不稳定。特别是在开关稳压器中,这种特性十分关键,因为电流的快速开关会引起噪声,并耦合到反馈节点。

 

R1+R2 的有效电阻值介于 50kΩ和 500kΩ之间,具体取决于其它电路段的预期噪声、输出电压值以及减小功耗的需求。

 

另一个重要方面是分压器在电路板布局中的位置。反馈节点应设计得尽可能小,以便使耦合到这个高阻抗节点的噪声极低。电阻 R1 和 R2 也应非常靠近电源 IC 的反馈引脚。R1 和负载之间的连接通常不是高阻抗节点,因此可以设计采用较长的走线。图 2 所示为将电阻靠近反馈节点放置的一个示例。

 

图 2. 电源中配置恰当的分压器示例。

 

为了降低分压器的功耗,特别是在超低功耗应用(如能量收集)中,某些 IC(如 ADP5301 降压稳压器)配备了输出电压设置功能,仅在启动期间检查一次其 VID 引脚上的可变电阻值。然后将这个值存下来用于后续工作,而没有电流持续流过分压器。这是针对高效应用的非常明智的解决方案。

 

图 3. 调节输出电压而不会在分压器中产生连续功耗。

 

低功耗降压调节器 ADP5301,具有业界领先的超轻负载电源转换效率,可延长便携式设备的电池寿命。降压调节器 ADP5301 额定效率为 90%,静态电流仅为 180 nA,相比以前的器件能在更长时间内提供最大功率,非常适合物联网(IoT)应用,包括无线传感器网络和可穿戴设备,比如健身手环和智能手表。