■ 用水的比喻来理解PWM控制与PFM控制

若将DC/DC转换器的运作比作水槽与水桶，便更容易理解。将左侧的水槽视为输入电源，右侧的水槽视为输出端的电容器。右侧水槽的水面即为输出电压VOUT，从右侧流出的水即为负载电流IOUT。

在DC/DC转换器中，我们设想使用水桶将水从左侧水槽转移到右侧水槽，从而保持右侧水面（即VOUT）恒定。此时，水桶的移动方式在PWM控制和PFM控制中有所不同。

(a) PWM控制    (b) PFM控制

■ PWM控制：以固定周期进行精细调节的方式

PWM控制是一种以固定周期进行开关控制的方法。例如，以每秒100万次这样的固定频率来控制开关。用水的比喻来说，就是每次以相同的周期移动水桶，同时调整每次舀起的水量，从而保持右侧水面恒定。如果负载电流增大，则增加每次转移的水量。当负载电流变小时，则减少每次转移的水量。

通过这种方式，在保持周期不变的前提下，通过改变开关导通时间来控制输出电压。

■ PWM控制的优势

PWM控制的一大优点是开关频率保持恒定。由于频率恒定，因此相对容易进行抗干扰措施和滤波器设计。此外，由于易于将输出电压的纹波抑制在较小范围内，因此适用于需要稳定电源质量的应用场景。

例如，在以下应用中，PWM控制非常有效。

• 需要控制噪声频率的设备
• 包含传感器或模拟电路的设备
• 希望抑制对射频通信影响的设备
• 在负载电流相对较大的状态下运行的设备
• 需要稳定电源质量的系统

■ PWM控制的注意事项

PWM控制即使在负载电流较小的情况下，也会以固定周期持续进行开关操作。因此，在轻负载时，开关操作所需的消耗电流影响较大，容易导致效率降低。

对于电池供电设备中休眠时间较长，或负载电流长期维持在数µA至数mA范围的情况，仅采用PWM控制可能难以解决轻负载时的效率问题。

■ PFM控制：仅在必要时工作的方式

PFM控制是一种通过改变开关周期来调节的控制方式。用水的比喻来说，只有当右侧水槽的水位降至一定水平以下时，才会将一桶水转移过去。在水面下降之前，不会移动水桶。也就是说，当负载电流较小时，水面很难下降，因此移动水桶的次数就会减少。就DC/DC转换器而言，轻负载时开关次数减少，工作频率降低。

PFM控制的优势

PFM控制的一大优点是容易提高轻负载时的效率。当负载电流较小时，由于可以减少开关操作次数，因此更容易抑制电源IC本身的消耗电流。

因此，它适用于以下用途：

• 需依靠电池长时间运行的设备
• 待机时间较长的IoT终端
• 希望降低待机电流的传感器设备
• 周期性短时间运行的无线设备
• 重视轻负载下效率的系统

对于重视电池寿命的设备而言，不仅最大负载时的效率重要，轻负载时的效率也至关重要。

■ PFM控制的注意事项

■ PWM/PFM自动切换的理念

PWM控制和PFM控制各有其优点。PWM控制具有纹波小、频率恒定、便于管理电源质量等特点。PFM控制则是一种易于提高轻负载时的效率、延长电池寿命的方案。因此，有一种方案是在轻载时采用PFM控制以实现高效运行，当负载增大时切换至PWM控制。这就是PWM/PFM自动切换控制。

在电池设备中，可以在睡眠或待机时采用PFM控制来抑制消耗电流，而在通信或运算等负载电流较大的情况下，则采用PWM控制来提供稳定的电源。

■ 通过MODE引脚切换控制方式时

部分产品支持通过MODE引脚从外部切换PWM控制与PWM/PFM控制模式。例如，当负载电路工作时采用PWM控制，以保持噪声频率恒定。另一方面，当负载电路处于睡眠状态时，切换至PWM/PFM控制，以提高轻负载时的效率。

通过这种方式，根据系统的工作模式切换控制方式，更容易在噪声性能与电池寿命之间取得平衡。

■ 什么是F-PWM控制

作为PWM控制的一种，有F-PWM控制（Forced PWM，强制PWM控制）。与禁止线圈电流反向流动的PWM控制不同，F-PWM控制允许线圈电流反向流动。通过让线圈电流反向流动，即使在轻负载时也能维持接近连续模式的运行状态。

这种工作方式使得从轻负载到重负载的DUTY变化较小，即使在轻负载时也不易发生脉冲跳过（即间歇振荡）。因此，具有易于进行电磁干扰（EMI）对策的优势。

另一方面，需要注意的是，与PFM控制或PWM/PFM自动切换控制相比，轻负载时的效率容易降低。

■ 按用途选择

控制方式应根据应用场景的优先事项进行选择。

若需管理电源噪声

PWM控制是有效方案。由于频率恒定，便于实施抗干扰措施。

若重视电池寿命

PFM控制或PWM/PFM自动切换控制效果显著。可有效提升轻负载时的效率。

若工作模式不同导致条件变化

可选用带MODE引脚的产品，在运行时采用PWM模式，待机时切换为PWM/PFM模式。

■ 设计时需确认的要点

在选择DC/DC转换器的控制方式时，确认以下项目将有助于决策。

• 负载电流是常时较大，还是轻负载时间较长
• 是否重视电池寿命
• 能容忍多大的纹波电压
• 是否需要将噪声频率控制在一定范围内
• 是否存在RF、传感器、音频等对噪声敏感的电路
• 是否希望在待机和运行状态下切换控制方式
• 是否需要通过MODE引脚进行外部控制
• 是否已在实际使用电流范围内验证过数据手册中的效率曲线