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TOREX | DC/DC控制方式详解:PWM、PFM与混合自动切换

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【唯样已成为Torex Semiconductor/特瑞仕官方授权代理商】本文将就PWM控制、PFM控制、PFM/PWM自动切换控制的工作模式、特征及缺点进行解说。

唯样已成为Torex Semiconductor/特瑞仕官方授权代理商


关于DC/DC的控制方式,作为控制开关周期、导通时间的控制方式,存在PWM控制、PFM控制及PWM/PFM自动切换控制。这种控制方式的差异会显著影响轻载效率、噪声特性及输出纹波电压。


本文将就PWM控制、PFM控制、PFM/PWM自动切换控制的工作模式、特征及缺点进行解说。


PWM控制与PFM控制的区别


PWM控制与PFM控制最大的区别在于轻载时的效率差异。

下列效率数据是对同一产品切换为PWM控制和PFM控制两种控制方式时的效率进行比较所得,从中可知轻载时的效率存在显著差异。


图片

PWM控制(Pulse Width Modulation)

PWM控制是一种以固定频率导通/关断开关元件,并通过改变其导通时间宽度(脉宽)来稳定输出电压的控制方式。


当输出电压偏离目标值时,会根据该误差调整导通时间(占空比)。


特征:


开关频率固定: 噪声发生的频率易于预测,对策较容易。


输出纹波小: 始终以固定频率动作,因此输出电压的波动(纹波电压)小且稳定。


缺点:


轻载时的效率低: 即使在轻载条件下也会持续进行开关动作,因此在轻载下效率会因用于开关的消耗电流引起的损耗而下降。


PFM控制(Pulse Frequency Modulation)

PFM控制是一种保持开关元件的导通时间恒定,并通过改变开关频率来稳定输出电压的控制方式。


输出电压低于设定输出电压时,会以固定导通时间接通开关元件,负载变轻时,到下一个脉冲为止的关断时间会变长,频率随之降低。


特征:


轻载时的效率高: 负载轻时,通过降低开关频率,开关次数和损耗会减少,从而可实现高效率。


输出纹波大: 因开关频率波动,输出纹波电压的波动有增大的趋势。


噪声频谱波动: 开关频率随负载变化,因此噪声抑制困难,也可能产生可听频段噪声。


PWM/PFM自动切换控制

PWM/PFM自动切换控制是一种结合了上述两种控制方式优点的混合方式。


根据输出电流(负载)的大小,自动切换PWM控制和PFM控制。


重载时,需要稳定性和低纹波,因此切换到PWM控制,而轻载时,需要高效率,因此切换到PFM控制


特征:


满载范围内实现高效率: 可在宽广的负载范围内保持高效率。稳定性与效率的平衡: 可兼具两种控制的优点。


缺点:


切换时,可能产生瞬时输出波动或噪声。


工作模式
开关频率
导通时间宽度
轻载效率
输出纹波
噪声频谱
PWM控制
固定
可调
功率MOSFET
特定频率
PFM控制
可调
固定
随负载变化而波动
PFM/PWM自动切换
根据负载自动切换
可调
轻载:大, 重载:功率MOSFET
轻载:波动, 重载:特定频率



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