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如何區(qū)分開關(guān)電源的PFM與PWM模式
開關(guān)電源的控制技術(shù)主要有三種:(1)脈沖寬度調(diào)制(PWM);(2)脈沖頻率調(diào)制(PFM);(3)脈沖寬度頻率調(diào)制(PWM-PFM).
PWM:(pulse width modulation)脈沖寬度調(diào)制
脈寬調(diào)制PWM是開關(guān)型穩(wěn)壓電源中的術(shù)語(yǔ)。這是按穩(wěn)壓的控制方式分類的,除了PWM型,還有PFM型和PWM、PFM混合型。脈寬寬度調(diào)制式(PWM)開關(guān)型穩(wěn)壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下,通過(guò)電壓反饋調(diào)整其占空比,從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
PFM:(Pulse frequency modulation) 脈沖頻率調(diào)制
一種脈沖調(diào)制技術(shù),調(diào)制信號(hào)的頻率隨輸入信號(hào)幅值而變化,其占空比不變。由于調(diào)制信號(hào)通常為頻率變化的方波信號(hào),因此,PFM也叫做方波FM
PWM是頻率的寬和窄的變化,PFM是頻率的有和無(wú)的變化, PWM是利用波脈沖寬度控制輸出,PFM是利用脈沖的有無(wú)控制輸出.
其中PWM是目前應(yīng)用在開關(guān)電源中最為廣泛的一種控制方式,它的特點(diǎn)是噪音低、滿負(fù)載時(shí)效率高且能工作在連續(xù)導(dǎo)電模式。
與PWM相比,PFM的輸出電流小,但是因PFM控制的DC/DC變換器在達(dá)到設(shè)定電壓以上時(shí)就會(huì)停止動(dòng)作,所以消耗的電流就會(huì)變得很小。因此,消耗電流的減少可改進(jìn)低負(fù)荷時(shí)的效率。PWM在低負(fù)荷時(shí)雖然效率較遜色,但是因其紋波電壓小,且開關(guān)頻率固定,所以噪聲濾波器設(shè)計(jì)比較容易,消除噪聲也較簡(jiǎn)單。
若需同時(shí)具備PFM與PWM的優(yōu)點(diǎn)的話,可選擇PWM/PFM切換控制式DC/DC變換器。此功能是在重負(fù)荷時(shí)由PWM控制,低負(fù)荷時(shí)自動(dòng)切換到PFM控制,即在一款產(chǎn)品中同時(shí)具備PWM的優(yōu)點(diǎn)與PFM的優(yōu)點(diǎn)。在備有待機(jī)模式的系統(tǒng)中,采用PFM/PWM切換控制的產(chǎn)品能得到較高效率。
PWM:pulse width modulation,是脈沖寬度調(diào)制,特點(diǎn)是開關(guān)的頻率固定或者說(shuō)開關(guān)周期固定,占空比變化。
PFM:Pulse frequency modulation,是脈沖頻率調(diào)制,特點(diǎn)是開關(guān)頻率是變化的,或者說(shuō)開關(guān)周期是變化的。
為什么用PFM模式呢?
這是因?yàn)樨?fù)載根據(jù)不同的工作狀態(tài)有不同的電流消耗,而且電流差異很大,小電流可能只有幾個(gè)mA,大電流有幾百mA甚至幾A,而開關(guān)電源由于固定的開關(guān)頻率而使得在低負(fù)載電流時(shí)效率并不高,為了提高電源的效率,降低電源自身在低電流時(shí)的開關(guān)損耗,就提出了PFM工作模式。
根據(jù)上圖和歷史文章《DCDC BUCK電路原理詳細(xì)分析》
可以知道,PWM模式時(shí)BUCK的管子一直處于開關(guān)狀態(tài),電感不斷地充電、放電,而PFM模式時(shí)管子只偶爾開關(guān)下,俗稱間歇性開關(guān),偶爾給電感充放電一次。
由于PWM模式BUCK的控制管子是連續(xù)開關(guān),而PFM模式的管子是間歇性開關(guān),這就導(dǎo)致了二者有個(gè)最顯著的差異,即:PFM模式的紋波要大于PWM。
怎么判斷電源工作在PFM還是PWM模式呢?
下圖是某電源的PFM和PWM波形測(cè)試結(jié)果,第一行是輸出電壓紋波,可以看到PFM模式的紋波要大于PWM模式,第二行是電源開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW位置的電壓波形,可以看到PFM模式時(shí)開關(guān)導(dǎo)通下就停了,而PWM模式的SW節(jié)點(diǎn)是一直處于開關(guān)狀態(tài),這個(gè)可以作為區(qū)分PFM和PWM的標(biāo)志。
第三行是電感的充放電電流波形,可以看到PFM模式下,電感間歇性的充放電波形,而PWM模式的電感是連續(xù)的充放電,這也可以作為區(qū)分PFM和PWM模式的標(biāo)志。
上面波形中PFM模式是間歇性的開關(guān)一次,有的情況是間歇性開關(guān)多次,比如下圖,第一行是開關(guān)節(jié)點(diǎn)的波形,就是間歇性的產(chǎn)生開關(guān)脈沖序列,從第三行可以看到電感,在開關(guān)時(shí)電感反復(fù)充放電,開關(guān)停止則充放電也就停止了。