【導讀】市場(chǎng)上很多的電壓分割器都是使用低成本的音頻功率放大器進(jìn)行分割電源的，在電源分割方案中適合使用。本文就由名廠(chǎng)分享利用音頻放大器進(jìn)行電壓分割的絕招。文中設計的音頻放大器設計簡(jiǎn)單、在重新調整設計之后都能正常工作。
有時(shí)需要將單個(gè)電源分割成兩個(gè)或多個(gè)并不一定相等的部分。在使用來(lái)自干電池或汽車(chē)蓄電池的6V、12V、15V、24V、36V或48V電源時(shí)經(jīng)常會(huì )遇到這種情況。雖然市場(chǎng)上有精確的專(zhuān)業(yè)電壓分割器，但不一定能買(mǎi)到，或者對某些項目來(lái)說(shuō)太過(guò)昂貴。而且有時(shí)候設計作為電壓分割器使用的IC不能提供所需的電流或功率。
幸運的是，對許多應用來(lái)說(shuō)當我們需要電壓分割器時(shí)，我們可以使用低成本的音頻功率放大器(PAA)(比如LM386、LM380、LM384、TBA820M、TDA2002、TDA2003、 TDA2030、TDA2040、TDA2050、LM1875等等)分割電源。這種電源分割方案特別適合于測試平臺和試驗系統使用。
我們可以圍繞音頻功率放大器為電子設備的電源搭建簡(jiǎn)單的、低成本并且非開(kāi)關(guān)型電壓分割器。上面列出的音頻功率放大器以及其它許多器件在許多項目中都是大批量采購的，這使得它們的使用和更換成本很低，負擔比較輕。
音頻功率放大器是許多制造商生產(chǎn)了好多年的產(chǎn)品，因此非常普及，內部電路也是公開(kāi)的，測試起來(lái)非常方便。受損后這些IC很容易更換。
三種類(lèi)型的電壓分割器
一般來(lái)說(shuō)有三種電壓分割器。這三種電壓分割器的框圖如圖1所示。
圖1a顯示了最常見(jiàn)的電壓分割器版本。+Vin和GNDin之間的輸入電壓被分割成兩個(gè)不必相等的部分。這兩個(gè)部分的電壓可以是固定的，也可以在一定范圍內調整。通常輸入和輸出電壓之間有少許的差別，這與具體的電壓分割器實(shí)現有關(guān)。
兩個(gè)輸出電壓分別是+V1和GNDout之間以及-V2和GNDout之間的電壓。在這種電壓分割器中，輸入和輸出電壓之間沒(méi)有隔離，輸入地GNDin和輸出地GNDout(有時(shí)稱(chēng)為虛地)之間沒(méi)有直接連接。
圖1b顯示了第二種電壓分割器的框圖。+Vin和GNDin之間的輸入電壓被分割成4個(gè)不必相等的部分。這些部分的電壓可以是固定的，也可以在一定范圍內調整。在這個(gè)案例中輸入地GNDin和輸出地GNDout之間是直接相連的。這種應用可以被稱(chēng)為多輸出線(xiàn)性穩壓器。
但需要注意的是，因為在這種電壓分割器中V1、V2和V3這幾個(gè)輸出都可以用推挽電路驅動(dòng)，而不用單路輸出緩沖器。這與線(xiàn)性穩壓器不同，因為線(xiàn)性穩壓器每個(gè)輸出端(輸出不是推挽電路)通常都有一個(gè)晶體管。
圖1c顯示了第三種電壓分割器。+Vin和GNDin之間的輸入電壓被分割成不必相等的4個(gè)部分。事實(shí)上這種應用有三個(gè)電壓分割器，每個(gè)分割器將自己的輸入電壓分成兩個(gè)部分。每個(gè)輸出地(GND1、GND2和GND3)都用推挽電路驅動(dòng)。
我們應該注意電壓分割器輸出電壓的測量方式。在這個(gè)例子中，V1和-V2是對GND1測量的，V3和-V4是對GND2測量的，V5和-V6是對GND3測量的。
我們主要使用基于圖1a所示框圖電路的電壓分割器，很少使用基于圖1b的電壓分割器。
基于音頻放大器的模擬電壓分割器優(yōu)勢
現代工業(yè)有許多種類(lèi)的開(kāi)關(guān)型DC/DC轉換器，這些轉換器可以當作某種電壓分割器使用。但這些器件并不總能長(cháng)期供貨，價(jià)格可能無(wú)法負擔，也可能產(chǎn)生大量電磁噪聲，或有其它缺點(diǎn)。
將音頻功率放大器、音頻運放(AOA)和類(lèi)似的IC和音頻模塊用作電壓分割器有許多優(yōu)勢：
●有許多制造商生產(chǎn)音頻功率放大器，并且有很多年歷史了。它們可以從許多分銷(xiāo)商處購買(mǎi)到，它們已經(jīng)非常普及，而且價(jià)格低
●音頻功率放大器的測試方便，而且需要更換也很容易
●音頻功率放大器在音頻范圍內和范圍外都具有很低的噪聲。它們不會(huì )產(chǎn)生大量輸出噪聲、射頻波或電磁干擾(EMI)
●許多音頻功率放大器都有內部熱保護、過(guò)流保護以及有些情況下的電抗性負載保護和過(guò)壓保護
●許多音頻功率放大器在需要時(shí)可以方便地安裝在附加散熱器上
只是作為例證，在我們考慮基于放大器的電壓分割器之前，我們先來(lái)了解一下基于二極管和晶體管的多種有用的電壓分割器。
基于二極管和齊納二極管的電壓分割器
我們可能需要從普通直流電源派生出來(lái)的兩個(gè)或多個(gè)低電壓電源或基準電壓源獲得幾個(gè)毫安的電流，而且這種電路的電源管理并不需要非常嚴格。在這些情況下，我們可以使用基于二極管、齊納二極管和并聯(lián)穩壓器的電壓分割器。
現代工業(yè)提供種類(lèi)繁多的齊納二極管，它們的功耗在0.3W和1.3W之間，基準電壓容差為±2%或更好。這些齊納二極管可以用于實(shí)現某些類(lèi)型的電壓分割器。圖2顯示了三種例子。
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圖2a顯示了使用二極管的簡(jiǎn)單電壓分割器。我們可以串聯(lián)任意合適數量的二極管或發(fā)光二極管(LED)，它們將用作分路或并聯(lián)穩壓器。在這個(gè)例子中，有兩個(gè)二極管D1和D2產(chǎn)生正的輸出電壓+V1，另外一個(gè)二極管D3產(chǎn)生負的輸出電壓-V3。輸出地GNDout可以在二極管之間的任何一點(diǎn)。
圖2b顯示了采用齊納二極管的簡(jiǎn)單電壓分割器。我們可以串聯(lián)任意合適數量的齊納二極管，它們將用作分路或并聯(lián)穩壓器。在這個(gè)例子中，有兩個(gè)二極管D1和D2產(chǎn)生正的輸出電壓+V1和+V2，另外兩個(gè)二極管D3和D4產(chǎn)生負的輸出電壓-V3和-V4。輸出地GNDout可以在齊納二極管之間的任意一點(diǎn)。在這個(gè)例子中GNDout位于D2和D3之間。齊納二極管可以采用相同或不同的種類(lèi)。
我們可以使用像TL431這樣的并聯(lián)穩壓器代替二極管和齊納二極管。這種解決方案的優(yōu)勢是，我們可以通過(guò)選擇電阻、或微調電位器或其它元件調整輸出電壓。
圖2c顯示了采用TL431可調并聯(lián)穩壓器的簡(jiǎn)單電壓分割器。在這個(gè)例子中，我們用兩個(gè)TL431或LM341產(chǎn)生正的輸出電壓+V1和負的輸出電壓-V3。電壓V1可以用微調電位器P1調節，負輸出電壓-V3可以用P2調節。
我們可以串聯(lián)連接任何合適數量的并聯(lián)穩壓器，如圖2a和圖2b所示。事實(shí)上，這些穩壓器可以被看作是可調的齊納二極管。
基于雙極結型晶體管(BJT)的電壓分割器
圖2所示的電壓分割器沒(méi)有推挽輸出電路，因此在沒(méi)有負載的情況下會(huì )浪費很多功率。我們可以使用基于雙極結型晶體管的電壓分割器避免這個(gè)問(wèn)題。當我們需要高輸出電壓、大電流、大功率或當我們不需要非常好的輸出電壓調節功能時(shí)，這種電壓分割器尤其適合。
作為例子我們隨后會(huì )討論幾個(gè)簡(jiǎn)單的應用。這些電路都有推挽輸出電路和輸出電壓的簡(jiǎn)單調節。它們類(lèi)似于作為直流放大器工作的晶體管型音頻放大器電路。
圖3顯示了圍繞兩個(gè)晶體管搭建的兩個(gè)簡(jiǎn)單電壓分割器例子。
圖3：采用晶體管搭建的簡(jiǎn)單電壓分割器。
圖3a中的晶體管T1和T2用于緩沖由電阻R1至R4和二極管D1與D2搭建的分壓器輸出電壓。二極管D1和D2起到溫度補償的作用，但不是必須的。如果使用這兩個(gè)二極管，D1應該與T1保持熱接觸，D2應該與T2保持熱接觸。如果不使用D1和D2，那么相應地要增加R2和R3值。
電阻R5、R6和R7提供簡(jiǎn)單的局部反饋，可起到少許改善和保護電路的作用。R5要比R6和R7大得多。電路中的元件值計算與射極跟隨器電路中的元件值計算是相似的。
圖3b使用了3個(gè)晶體管和帶負反饋的更有效的輸出電壓調節電路。電阻R1和微調電位器P1提供的負反饋可以穩定輸出電壓。輸出電壓+V1和-V2由P1、R1和R2設定。D1和D2用于溫度補償。電阻R4和R5提供局部負反饋，并在一定程度上保護輸出晶體管T2和T3。
有時(shí)我們需要調整和更有效地調節電壓分割器產(chǎn)生的輸出電壓。在這種情況下，我們可以使用用晶體管搭建的典型差分放大器來(lái)解決這些問(wèn)題。圖4顯示了基于T1至T5這5個(gè)晶體管搭建的電壓分割器。
圖4：在晶體管搭建的差分放大器基礎上設計的電壓分割器。
T1和T2用作差分放大器。T3是輸出晶體管T4和T5的放大器和驅動(dòng)器。電阻R6提供負反饋，用于穩定輸出電壓。R7*和C2*不是必須的。C1是必須的，因為它要提供電路的頻率補償。輸出電壓+V1和-V2由R1、R2和P1設定。二極管D1、D2和D3用于輸出晶體管的偏置和溫度補償。微調電位器P2用于調整輸出晶體管的靜態(tài)電流，比如從1mA至10mA，具體取決于負載情況。電阻R4和R5提供局部負反饋，并對輸出晶體管T4和T5提供一定程度的保護。
采用運放和雙極結型晶體管的電壓分割器
如果負載是變化的，或者不是對稱(chēng)的，圖3和圖4所示的電壓分割器可能效果并不好。為了解決這個(gè)問(wèn)題，有時(shí)我們會(huì )使用基于單運放(如TL071、OPA134、NE5534/A或LM741)和額外補充的雙極結型晶體管(如PN2222A+PN2907A、 BD135+BD136等)設計的電壓分割器。圖5顯示了這種電壓分割器的一個(gè)例子。
圖5：采用運放和雙極結型晶體管設計的簡(jiǎn)單電壓分割器。
輸出電壓用P1調節。這種電壓分割器工作起來(lái)像直流放大器一樣，增益Av等于A(yíng)v=1+R4/R5。R5如果不需要可以省略，此時(shí)的增益就是單位1。該電路也可以用作跟隨器和電流緩沖器。
電壓分割器的輸出電流限制為50mA至2000mA，具體取決于晶體管T1和T2以及運放的輸出能力。電容C4*只用于需要給運放提供外部頻率補償之時(shí)。大多數音頻功率放大器包含圖5所示的所有元件，因此非常適合于搭建可調和非可調的電壓分割器。
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