開關(guān)電源三種控制技術(shù)全面解析

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FMPWM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，現(xiàn)在市場(chǎng)上有多款性能好、價(jià)格低的PWM集成芯片，如UCl842/2842/3842、TDAl6846、TL494、SGl525/2525/3525等;PFM具有靜態(tài)功耗小的優(yōu)點(diǎn)，但它沒有限流的功能也不能工作于連續(xù)導(dǎo)電方式，具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等;PWM-PFM兼有PWM和PFM的優(yōu)點(diǎn)。

DC/DC變換器是通過(guò)與內(nèi)部頻率同步開關(guān)進(jìn)行升壓或降壓，通過(guò)變化開關(guān)次數(shù)進(jìn)行控制，從而得到與設(shè)定電壓相同的輸出電壓。PFM控制時(shí)，當(dāng)輸出電壓達(dá)到在設(shè)定電壓以上時(shí)即會(huì)停止開關(guān)，在下降到設(shè)定電壓前，DC/DC變換器不會(huì)進(jìn)行任何操作。但如果輸出電壓下降到設(shè)定電壓以下，DC/DC變換器會(huì)再次開始開關(guān)，使輸出電壓達(dá)到設(shè)定電壓。PWM控制也是與頻率同步進(jìn)行開關(guān)，但是它會(huì)在達(dá)到升壓設(shè)定值時(shí)，盡量減少流入線圈的電流，調(diào)整升壓使其與設(shè)定電壓保持一致。

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，所以雜訊濾波器設(shè)計(jì)比較容易，消除雜訊也較簡(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。

就DC-DC變換器而言目前業(yè)界PFM只有Single Phase，且以Ripple Mode的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)，故需求輸出端的Ripple較大。沒有負(fù)向電感電流，故可提高輕載效率。由於是看輸出Ripple，所以Transient很好，在做Dynamic的時(shí)候沒有under-shoot。PWM有Single Phase Multi-phase，多以Voltage Mode or Current Mode來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)輸出Ripple沒有要求，輕載時(shí)存在電感負(fù)向電流，故輕載效率較差，Compensation較Ripple相比較慢。將PWM于PFM結(jié)合使用，當(dāng)偵測(cè)到電感負(fù)電流的時(shí)候，變出現(xiàn)Pulse Skipping，而不再受內(nèi)部Clock控制。此時(shí)，controller will turn off both h-mos l-mos，Coss L會(huì)出現(xiàn)阻尼振蕩。

每位工程師接觸的領(lǐng)域不一樣，可能有的領(lǐng)域是用PFM比較多，有的是用PWM比較多，但從整個(gè)電源行業(yè)來(lái)說(shuō),相信目前還是PWM用的多.上世紀(jì)80年代至今，PWM開始了在電源變換領(lǐng)域的“王朝統(tǒng)治地位,因?yàn)槊糠N方式都有缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn).關(guān)鍵還是看是否適合客戶需要吧在論壇看到一位網(wǎng)友是這樣寫的，我覺得寫的比較形象，他說(shuō)如果把PFM與PWM的電源用車來(lái)比較的話,用PFM的=奔馳,用PWM的=大眾。

PFM相比較PWM主要優(yōu)點(diǎn)在于效率

1、對(duì)于外圍電路一樣的PFM和PWM而言,其峰值效率PFM與PWM相當(dāng),但在峰值效率以前,PFM的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PWM的效率,這是PFM的主要優(yōu)勢(shì).

2、PWM由于誤差放大器的影響，回路增益及響應(yīng)速度受到限制，PFM具有較快的響應(yīng)速度

PFM相比較PWM主要缺點(diǎn)在于濾波困難

1、濾波困難(諧波頻譜太寬)。

2、峰值效率以前,PFM的頻率低于PWM的頻率,會(huì)造成輸出紋波比PWM偏大。

3、PFM控制相比PWM控制 IC 價(jià)格要貴。

PFM之所以應(yīng)用沒有PWM多最主要的一個(gè)原因就是另外一個(gè)原因就是PWM的巨大優(yōu)點(diǎn)了：控制方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)容易，PFM控制方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)不太容易。