用分压器电源控制输出

2023年2月1日

关键的外卖

什么是电压划分?它如何应用于电路设计?
为什么分压器不能自己供电?
结合电压划分，从电源解锁额外的功能。

分压器电源允许用户将输出电压设置为最大值以下的大多数值。

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。在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。功率是效率评估的一个常见主题，因为它在整体性能中的重要性，更不用说基本的可操作性了。

然而，效率并不是衡量供电系统的唯一指标，事实上，有一些电路故意设计来藐视效率，以支持其他关键参数。分压器电源就是这样做的，以允许用户在测试或在电路中调整电压输出。

电压划分及其作用

分压器是一种简单的机制，利用电路分析的最基本原理:欧姆定律和基尔霍夫定律来调整电压。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，而整个电路元件的电压下降;更具体地说，这是基尔霍夫交点规则和循环定律。考虑到这些，有可能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。

快速推导分压器传递函数核心的阻抗函数。

如上所示，输入端阻抗和输出端阻抗之间存在一个简单的关系:输出端的电压总是向零下降，输入阻抗越大，输出端的压降就越大，输入阻抗越小，压降就越小。为阻抗匹配的情况，输出电压正好是输入电压的一半;这是在传输线中建立最大功率传输以及消除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分配和电源密切相关的话题，但对这种实践存在许多误解，即最大效率和最大传输之间的差异。如前所述，阻抗匹配(即相等的电阻和抵消的电抗，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%。调高负载阻抗可以提高效率(更多的输入功率被消耗在负载上，而不是电路的其他地方)，但阻抗的增加会降低电路的整体功率。相反，在负载处降低阻抗会使效率降至零，因为大部分功率会在源而不是负载中消散。因此，尽管最大功率传输会导致损失，但在任何给定时刻负载的最大功率可用性将优先考虑这一问题。

由于分压器与电力传输的思想有着内在的联系，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，这会在大电流使用的时刻饿死电子设备。即使在理想的运行情况下，电力也会操作分压器将比传输到负载的电压高数量级。

电源输出分压与调压相结合

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一个关键概念。仅用一对电阻调节输出电压的能力对于各种电源电路来说是一种非常便宜且易于实现的控制。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，快速确定降低输出电压的比例。例如，将5V电源转换为3.3V网络将需要34%的电压降从输入到输出阻抗，或者，输出电压的66%剩余。用小数表示，输入阻抗需要是总阻抗的.34。因此，输出阻抗必须为总阻抗的.66。粗略计算，输出阻抗应该是输入阻抗的两倍左右，以实现所需的电压输出。

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。第一个想法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，正如反馈引脚所看到的那样，由于欧姆定律所规定的电流减少，高输入阻抗会导致间歇性性能。此外，信噪比的降低会导致运行时问题，并消除来自分压器的反馈。另一方面，较低的电阻值可能反应更灵敏，但效率很低，并由于过度散热导致附近组件和板材料过早老化。最好的解决方案是控制和效率之间的妥协，类似于最大功率转移定理中效率和功率可用性的平衡。