開(kāi)關(guān)電源的控制技術(shù)主要有三種:(1)脈沖寬度調制(PWM);(2)脈沖頻率調制(PFM);(3)脈沖寬度頻率調制(PWM-PFM).
PWM:(pulse width modulation)脈沖寬度調制
脈寬調制PWM是開(kāi)關(guān)型穩壓電源中的術(shù)語(yǔ)。這是按穩壓的控制方式分類(lèi)的,除了PWM型,還有PFM型和PWM、PFM混合型。脈寬寬度調制式(PWM)開(kāi)關(guān)型穩壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下,通過(guò)電壓反饋調整其占空比,從而達到穩定輸出電壓的目的。
PFM:(Pulse frequency modulation) 脈沖頻率調制
一種脈沖調制技術(shù),調制信號的頻率隨輸入信號幅值而變化,其占空比不變。由于調制信號通常為頻率變化的方波信號,因此,PFM也叫做方波FM
PWM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是目前應用在開(kāi)關(guān)電源中的一種控制方式,它的特點(diǎn)是噪音低、滿(mǎn)負載時(shí)效率高且能工作在連續導電模式,現在市場(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(méi)有限流的功能也不能工作于連續導電方式,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)與內部頻率同步開(kāi)關(guān)進(jìn)行升壓或降壓,通過(guò)變化開(kāi)關(guān)次數進(jìn)行控制,從而得到與設定電壓相同的輸出電壓。PFM控制時(shí),當輸出電壓達到在設定電壓以上時(shí)即會(huì )停止開(kāi)關(guān),在下降到設定電壓前,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定電壓以下,DC/DC變換器會(huì )再次開(kāi)始開(kāi)關(guān),使輸出電壓達到設定電壓。PWM控制也是與頻率同步進(jìn)行開(kāi)關(guān),但是它會(huì )在達到升壓設定值時(shí),盡量減少流入線(xiàn)圈的電流,調整升壓使其與設定電壓保持一致。
與PWM相比,PFM的輸出電流小,但是因PFM控制的DC/DC變換器在達到設定電壓以上時(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)低負荷時(shí)的效率。PWM在低負荷時(shí)雖然效率較遜色,但是因其紋波電壓小,且開(kāi)關(guān)頻率固定,所以雜訊濾波器設計比較容易,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(huà),可選擇PWM/PFM切換控制式DC/DC變換器。此功能是在重負荷時(shí)由PWM控制,低負荷時(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)。在備有待機模式的系統中,采用PFM/PWM切換控制的產(chǎn)品能得到較率。
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,故需求輸出端的Ripple較大。沒(méi)有負向電感電流,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(méi)有under-shoot。PWM有Single Phase & Multi-phase,多以Voltage Mode or Current Mode來(lái)實(shí)現,對輸出Ripple沒(méi)有要求,輕載時(shí)存在電感負向電流,故輕載效率較差,Compensation較Ripple相比較慢。將PWM于PFM結合使用,當偵測到電感負電流的時(shí)候,變出現Pulse Skipping,而不再受內部Clock控制。此時(shí),controller will turn off both h-mos & l-mos,Coss & L會(huì )出現阻尼振蕩。
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80年代至今,PWM開(kāi)始了在電源變換領(lǐng)域的“王朝統治"地位,因為每種方式都有缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn).關(guān)鍵還是看是否適合客戶(hù)需要吧在論壇看到一位網(wǎng)友是這樣寫(xiě)的,我覺(jué)得寫(xiě)的比較形象,他說(shuō)如果把PFM與PWM的電源用車(chē)來(lái)比較的話(huà),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、對于外圍電路一樣的PFM和PWM而言,其峰值效率PFM與PWM相當,但在峰值效率以前,PFM的效率遠遠高于PWM的效率,這是PFM的主要優(yōu)勢.
2、PWM由于誤差放大器的影響,回路增益及響應速度受到限制,PFM具有較快的響應速度
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之所以應用沒(méi)有PWM多zui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)現起來(lái)容易,PFM控制方法實(shí)現起來(lái)不太容易。