电阻分压电路在硬件电路中应用很广泛,是不是仅仅考虑一个分压比率就可以的。比如Buck电源的反馈分压电阻,随便打开一个Buck芯片的规格书,都会有一个分压电阻的公式,比如下图用到的芯片,假设输出电压是5V,上分压电阻R1和下分压电阻R2的比值是R1/R2=5.25。那么问题来了,R1=1k,R2=5.25K可以,那么R1=-10k,R2=52.5K也可以。当然,文中提到了,R2不能超过80K,要不然,R1=100k,R2=525K也应该是可以,毕竟最后的R1/R2比值都是一样。选择R1和R2的阻值依据是什么,R2的阻值不能超过80K的原因是什么呢? 实际关于R1和R2的阻值选取有三个方面的考虑,第一个方面就是功耗的要求。现在可穿戴设备对待机功耗的要求越来越高,分压电阻选取的阻值太小,整个电源系统的待机功耗就会增加。简单举一个例子对比,当分压比不变的时候,阻值减小十倍,输出空载的时候,静态功耗增加10倍。因此在含电池或者对能效有要求的设备中,可以适当增大FB分压电阻的阻值,来减小设备待机功耗。 那么为了降低待机功耗,是不是就可以无穷尽的增大反馈分压电阻的阻值呢?答案显然是不是的。从上文RTQ2941的规格书中,也可以看到,R2的阻值有限制。这个是由于芯片FB-pin连接到芯片内部误差放大器的同相端。对于理想运放,是有虚断虚短的特性,认为运放输入端阻抗无穷大,但是对于实际运放,显然不可能阻抗无穷大。 进一步查看,芯片的规格书,可以看到芯片内部误差放大器的输入电流是50nA. 有了这个输入电流的参数,就涉及到反馈电阻选取的第二个方面的考虑。反馈分压的公式需要调整:当分压电阻阻值太大,就会造成分压电阻上面流过的电流太小,乃至于和FB的误差放大器的输入电流近似,此时就不能忽略误差放大器的输入电流。 从公式中够可以看出,由于误差放大器的输入电流的存在,实际的输出电压就会高于预设值,造成电压精度变差。因此为了保证输出电压精度,反馈分压电阻不能选择极大值,一般建议分压电阻阻值满足:Vout/(R1+R2)> 50IFB 选取分压电阻第三个方面的考虑,就是电源系统的环路特性。由于分压电阻是系统环路传递函数的一部分,以电压型反馈运放举例,补偿器的增益和上分压电阻R1有关。在动态负载对纹波有要求的场景,可以通过调整R1的阻值做进一步优化。其他类型的电流型运放,列出传递函数,可以发现,分压电阻不存在传递函数,因此对环路没有影响。所以,反馈分压电阻对环路的影响,需要根据具体芯片类型分析。 所以简要总结,良好的反馈分压电阻的设计,一可以减小待机功耗;二可以提高输出电压精度,三可以优化小信号环路。理解了原理后,在实际电路设计中,也就不用为选择1k电阻还是10k电阻而纠结了!
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