用分压器电源控制输出

2023年2月1日

关键的外卖

什么是分压?它如何应用于电路设计?
为什么分压器本身不能供电?
结合电压划分解锁电源的额外功能。

分压器电源允许用户将输出电压设置为低于最大值的大多数值。

在工程学科中，设计师经常面临权衡。俗话说得好:天下没有免费的午餐。设计的一个方面的改进必须被另一个方面的损失所抵消，这取决于开发团队如何最好地分配他们的资源，以最好地实现设备的设计意图。由于功率在整体性能中的重要性，更不用说基本的可操作性，因此功率是效率评估的常见主题。

然而，效率并不是衡量电源系统的唯一指标，事实上，有些电路故意设计为藐视效率，而支持其他关键参数。分压器电源这样做只是为了让用户在测试或在电路中调整电压输出。

分压器及其功能

分压器是一种简单的调节电压的机制，使用电路分析的最基本原理:欧姆定律和基尔霍夫定律。从后者开始，在具有理想元件的线性电路的任何分支中，电流保持恒定，而电压在整个电路元件中下降;更具体地说，这是基尔霍夫交点定则和循环定律。考虑到这些，可以将电压降低到输入的小数增量。从源电压开始:

分压器输出的推导。

在分压器传递函数的心脏阻抗函数的快速推导。

如上所述，输入端和输出端阻抗之间存在一个简单的关系:输出端的电压总是趋于零，输入阻抗越大，输出端的压降越大，输入阻抗越小，输出端的压降越小。为阻抗匹配的情况，输出电压正好是输入电压的一半;这是建立最大功率传输以及消除传输线中信号反射的常用技术。

分压器电源是一种选择吗?

最大功率传输是一个与电压划分和电源密切相关的话题，但在实践中有许多误解，即最大效率和最大传输之间的区别。如前所述，阻抗匹配(即相等的电阻和抵消电抗，也称为复共轭)将最大限度地提高功率传输速率，但将导致系统效率正好为50%。调整负载阻抗提高效率(更多的输入功率在负载上而不是在电路的其他地方耗散)，但是增加的阻抗降低了电路的总功率。相反，降低负载处的阻抗会使效率降至零，因为大部分功率在源而不是负载中耗散。因此，尽管最大功率传输会导致损耗，但在任何给定时刻对负载的最大功率的可用性将胜过这个问题。

由于分压器与电力传输的想法有着内在的联系，因此它们似乎是作为电源的绝佳选择。就其本身而言，分压器对其输出几乎没有控制，因为它们缺乏调节负载电流的能力。电压的变化将对负载上可用的电流产生直接影响，这可能会在高电流使用时使电子元件挨饿。即使在理想的操作环境下，功率也常常操作分压器将比传递给负载的电压高数量级。

电源输出分压与稳压相结合

虽然单独的分压器电路非常不适合作为电源，但最大功率传输的值是电源运行的关键概念。调节输出电压的能力，只有一对电阻是一种极其廉价和易于实现的控制各种电源电路。通常，这是通过电源IC上的反馈引脚实现的，该引脚作为电路的电压参考点。工程师可以利用输入和输出之间的阻抗关系快速确定减小输出电压的比例。例如，将5V电源转换为3.3V网络将需要从输入到输出阻抗的34%电压降，或者输出电压的66%余量。以小数表示，输入阻抗需要是总阻抗的0.34。因此，输出阻抗必须是总阻抗的0.66。粗略计算，输出阻抗应该是输入阻抗的两倍左右，才能达到期望的电压输出。

虽然电阻之间的关系是已知的，但实际值仍然是一个开放的选择。首先考虑的可能是最大化电阻值(同时保持预先确定的关系)以避免功率损失。然而，高输入阻抗，如反馈引脚所见，由于欧姆定律规定的电流减小，可能导致间歇性性能。此外，降低的信噪比可能导致运行时问题，并消除分压器的反馈。另一方面，较低的电阻值可能响应更快，但效率很低，并且由于过度散热导致附近组件和板材料过早老化。最佳解决方案是控制和效率之间的折衷，类似于最大功率转移定理中效率和功率可用性的平衡。