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开关电源三种控制模式:PWM/PFM/PSM_负载_频率

南宫静远 2024-11-29 00:44:38 0

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常日来说﹐开关电源(DC-DC)有三种最常见的调制办法分别为:

1、脉冲宽度调制(PWM)

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2、脉冲频率调制(PFM)

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(图片来自网络侵删)

3、脉冲跨周期调制(PSM)

在功率集成电路(PIC:Power Inregrated Circuit)中广泛采取了脉冲跨周期调制模式(PSM,Pulse Skip Modulation),可以战胜脉冲调宽调制模式(PWM:Pulse Width Modulation)轻负载情形下变换效率较低、脉冲调频调制模式(PFM:Pulse Frequency Modulation)频谱分布随机的缺陷。

他们调制行为的示意图可以用如图1所示

一句话解读一下:

PWM(频率不变,不断调度脉冲宽度)

PFM(脉冲宽度不变,调度频率)

PSM(频率和脉宽都不变,脉冲时有时无)

PWM办法

顾名思义,它是一种固定开关周期,变革Ton来改变占空比的调制办法。
PWM办法,可称之为定频调宽,即开关频率保持恒定,而通过改变在每一个周期内的驱动旗子暗记的占空最近达到调制的目的,这是最常用的一种调制办法。
当输出电压发生变革时,通过环路的掌握,便会使驱动旗子暗记的占空比发生改变,从而坚持输出电压的恒定。

作为最常用的调制办法,PWM办法有以下优点:掌握电路大略,易于设计与实现,输出纹波电压小,频率特性好,线性度高,并且在重负载的情形下有比较高的效率。
PWM是从处理器到被控系统旗子暗记都是数字形式的,再进行数模转换。
可将噪声影响降到最低。
其缺陷是随着负载的变轻,其效率也低落,尤其是轻负载的情形下,其效率很低。
PWM 由于偏差放大器的影响,回路增益及相应速率会受到限定。

2. PFM办法

PFM模式在正常事情时,驱动旗子暗记的脉冲宽度保持恒定,但脉冲涌现的频率发生改变,即所谓的定宽调频。
当输出电压发生变革时,通过环路的调度,而使脉冲涌现的频率发生改变,从而实现对电路的掌握与调度。
PFM 又可以分为恒定驱动旗子暗记的高电位韶光以及恒定驱动旗子暗记的低电平时间两种办法。

在具有模式切换的DC-DC电路中,PFM也是很常见到的一种调制。
这种调制办法的优点是:在轻负载的情形下,效率很高,并且频率特性也十分好。
对付外围电路一样的 PFM 和 PWM 而言,其峰值效率 PFM 与 PWM 相称,但在峰值效率以前,PFM 的效率远远高于 PWM 的效率,这是 PFM 的紧张上风,但是在重负载的情形下,其效率会明显低于PWM办法,并且由于其纹波的频谱比较分散,没有多少规律,这使得滤波电路的设计变得十分繁芜与困难。

3. PSM办法

PSM 办法,可称之为定频定宽。
其驱动旗子暗记的频率与宽度都保持恒定,只是,当负载为最重的情形时,驱动旗子暗记满频事情,当负载变轻时,驱动旗子暗记就会跳过一些开关周期,在被跨过的周期内,开关功率管一贯保持为关断的状态。
当负载发生变革时,通过改变跨周期涌现的次数,来实现对系统的调度与掌握。

相对付前面的两种掌握办法,PSM 办法在工业上的运用要晚一些。
比较于PWM办法,在轻负载的情形下,PSM要有更高的效率,并且其开关损耗与系统的输出功率成正比,与负载的变革情形关系不大。
但是这种调控办法,会使输出电压有着比较大的纹波电压,不适宜用于为对电源电压精度哀求很高的一些系统供电。

PSM通过掌握开关管在一个周期内是否事情来调节输出功率。
在达到稳定后,开关管的均匀事情频率,即有效频率f e 由负载决定。
如果负载足够大,开关管将在每个周期内均事情, 此时有效频率达到最大事情频率fmax = 1/ T。
在一样平常情形下,开关管仅仅在部分周期内导通, 此时有效频率f e 将小于fmax。
调制度越大,被跳过的周期越多

二、PWM和PFM的优缺陷

PWM在小负载情形下的效率较低。

PFM可支持的输出电流小,电感的电流是线性上升的,如果Ton是固定的,那么,每个周期电感上的峰值电流也是固定的。

PWM纹波电压小,且开关频率固定,以是噪声滤波器设计比较随意马虎,肃清噪声也较大略。

PWM调制办法占主流。

三、PWM和PFM(或者PSM)合营事情

现在有些新的电源掌握器,为了提高轻载到重载全部工况的电源效率,通过同时支持PWM和PFM两种事情模式,来供应全时效率。
很多电路中常日都选择PWM与PFM或者PSM相结合的办法,以担保系统在全体负载范围内都有比较高的效率。

l 若需同时具备PFM与PWM的优点的话,可选择PWM/PFM切换掌握式DC/DC变换器。

l 此功能是在重负荷时由PWM掌握,低负荷时自动切换到PFM掌握,即在一款产品中同时具备PWM的优点与PFM的优点。

l 在备有待机模式的系统中,采取PFM/PWM切换掌握的产品能得到较高效率。
例如:PWM/PFM判断ton韶光来切换

为什么轻载的时候,切换成PFM的效率更高。

我们知道开关电源在开关管上的损耗,紧张分为:开关损耗、导通损耗。

由于开关管相同的情形下,导通损耗相同,与掌握模式无关。

但是在轻载的时候PFM的频率低落了,那么单位韶光的开关次数变少了。
而PWM的单位韶光的开关次数没有变革。
那么PFM的开关损耗就变小了,以是他的效率更高。
(PSM轻载效率高实质跟PFM是相同的道理,原来凌特还有定义Burst模式,与PSM界线比较模糊,基本都差不多。

有些电源在进入轻载之后,进入了PFM模式,会导致开关频率变得非常低,大约是靠近20kHz以下,或者产生一些低频的分量,频率进入了人耳能够听到的频率范围,以是会导致不可避免的电源周边的电感、陶瓷电容的啸叫。
有些桌面设备为了客户体验是不能忍受的,开拓者不得不增加一些负载,规避进入轻载的PFM模式。

上图是某款电源掌握器,在低负载的场景下进入了“节能模式”,开关频率从410kHz降落到了138kHz。

三种调控办法各有优缺陷,我们该当根据电路的运用情形而进行合理的选择,或者选择可以支持多重模式的芯片

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