DCDC開(kāi)關(guān)電源有兩種常見(jiàn)的工作模式,就是我們常聽(tīng)說(shuō)的PWM模式和PFM模式,一種是普通工作模式,另一種是低功耗工作模式,本節(jié)以BUCK結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)
DCDC開(kāi)關(guān)電源有兩種常見(jiàn)的工作模式,就是我們常聽(tīng)說(shuō)的PWM模式和PFM模式,一種是普通工作模式,另一種是低功耗工作模式,本節(jié)以BUCK結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)電源為例介紹二者工作的特點(diǎn),以及區(qū)分方法。
PWM:pulse width modulation,是脈沖寬度調(diào)制,特點(diǎn)是開(kāi)關(guān)的頻率固定或者說(shuō)開(kāi)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(kāi)關(guān)頻率是變化的,或者說(shuō)開(kāi)關(guān)周期是變化的。
二者的波形對(duì)比見(jiàn)下圖。
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(kāi)關(guān)電源由于固定的開(kāi)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(kāi)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》(https://www.dianyuan.com/eestar/article-1574.html)
可以知道,PWM模式時(shí)BUCK的管子一直處于開(kāi)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(kāi)關(guān)下,俗稱間歇性開(kāi)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(kāi)關(guān),而PFM模式的管子是間歇性開(kāi)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(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)SW位置的電壓波形,可以看到PFM模式時(shí)開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)一次,有的情況是間歇性開(kāi)關(guān)多次,比如下圖,第一行是開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的波形,就是間歇性的產(chǎn)生開(kāi)關(guān)脈沖序列,從第三行可以看到電感,在開(kāi)關(guān)時(shí)電感反復(fù)充放電,開(kāi)關(guān)停止則充放電也就停止了。