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如何區(qū)分開關電源的PFM與PWM模式
開關電源的控制技術主要有三種:(1)脈沖寬度調制(PWM);(2)脈沖頻率調制(PFM);(3)脈沖寬度頻率調制(PWM-PFM).
PWM:(pulse width modulation)脈沖寬度調制
脈寬調制PWM是開關型穩(wěn)壓電源中的術語。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。脈寬寬度調制式(PWM)開關型穩(wěn)壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下,通過電壓反饋調整其占空比,從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
PFM:(Pulse frequency modulation) 脈沖頻率調制
一種脈沖調制技術,調制信號的頻率隨輸入信號幅值而變化,其占空比不變。由于調制信號通常為頻率變化的方波信號,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是利用脈沖的有無控制輸出.
其中PWM是目前應用在開關電源中最為廣泛的一種控制方式,它的特點是噪音低、滿負載時效率高且能工作在連續(xù)導電模式。
與PWM相比,PFM的輸出電流小,但是因PFM控制的DC/DC變換器在達到設定電壓以上時就會停止動作,所以消耗的電流就會變得很小。因此,消耗電流的減少可改進低負荷時的效率。PWM在低負荷時雖然效率較遜色,但是因其紋波電壓小,且開關頻率固定,所以噪聲濾波器設計比較容易,消除噪聲也較簡單。
若需同時具備PFM與PWM的優(yōu)點的話,可選擇PWM/PFM切換控制式DC/DC變換器。此功能是在重負荷時由PWM控制,低負荷時自動切換到PFM控制,即在一款產品中同時具備PWM的優(yōu)點與PFM的優(yōu)點。在備有待機模式的系統(tǒng)中,采用PFM/PWM切換控制的產品能得到較高效率。
PWM:pulse width modulation,是脈沖寬度調制,特點是開關的頻率固定或者說開關周期固定,占空比變化。
PFM:Pulse frequency modulation,是脈沖頻率調制,特點是開關頻率是變化的,或者說開關周期是變化的。
為什么用PFM模式呢?
這是因為負載根據(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mA,大電流有幾百mA甚至幾A,而開關電源由于固定的開關頻率而使得在低負載電流時效率并不高,為了提高電源的效率,降低電源自身在低電流時的開關損耗,就提出了PFM工作模式。
根據(jù)上圖和歷史文章《DCDC BUCK電路原理詳細分析》
可以知道,PWM模式時BUCK的管子一直處于開關狀態(tài),電感不斷地充電、放電,而PFM模式時管子只偶爾開關下,俗稱間歇性開關,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,而PFM模式的管子是間歇性開關,這就導致了二者有個最顯著的差異,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波形測試結果,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,第二行是電源開關節(jié)點SW位置的電壓波形,可以看到PFM模式時開關導通下就停了,而PWM模式的SW節(jié)點是一直處于開關狀態(tài),這個可以作為區(qū)分PFM和PWM的標志。
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模式的標志。
上面波形中PFM模式是間歇性的開關一次,有的情況是間歇性開關多次,比如下圖,第一行是開關節(jié)點的波形,就是間歇性的產生開關脈沖序列,從第三行可以看到電感,在開關時電感反復充放電,開關停止則充放電也就停止了。