做电源设计的人应该都知道PWM和PFM的概念。
开关电源的控制技术主要有三种:(1)脉宽调制(PWM); (2)脉冲频率调制(PFM); (3)脉宽频率调制(PWM-PFM)。
PWM:(脉宽调制)脉宽调制PWM是开关稳压电源中的术语。这是根据稳压控制方式来分类的。除PWM 型外,还有PFM 型以及PWM 和PFM 混合型。脉宽调制(PWM)开关稳压电路在控制电路的输出频率不变的情况下,通过电压反馈调节占空比,从而达到稳定输出电压的目的。
PFM:(脉冲频率调制)脉冲频率调制
一种脉冲调制技术,其中调制信号的频率随着输入信号的幅度而变化,而其占空比保持不变。由于调制信号通常是频率变化的方波信号,因此PFM也称为方波FM。
PWM是频率宽窄的变化,PFM是频率有无的变化,PWM是利用波形脉宽来控制输出,PFM是利用脉冲的有无来控制输出。
其中,PWM是目前开关电源中应用最广泛的控制方式。其特点是噪声低、满载效率高、能够在连续导通模式下工作。市场上有很多性能好、价格低的PWM。集成芯片,如UCl842/2842/3842、TDAl6846、TL494、SGl525/2525/3525等; PFM的优点是静态功耗小,但没有限流功能,不能工作在连续导通模式。具有PFM功能的集成芯片芯片有MAX641、TL497等; PWM-PFM兼有PWM和PFM的优点。
DC/DC转换器通过与内部频率同步开关来升压或降压,并通过改变开关数量来控制以获得与设定电压相同的输出电压。在PFM控制期间,当输出电压达到设定电压以上时,开关将停止。 DC/DC 转换器在降至设定电压之前不会执行任何操作。但如果输出电压降至设定电压以下,DC/DC 转换器将再次开始切换,使输出电压升至设定电压。 PWM控制也是与频率同步切换,但当达到升压设定值时,会尽量减少流入线圈的电流,调整升压与设定电压一致。
与PWM相比,PFM的输出电流较小,但由于PFM控制的DC/DC转换器在达到设定电压或以上时停止工作,因此消耗的电流变得很小。因此,电流消耗的减少提高了低负载时的效率。虽然PWM在低负载时效率较低,但其纹波电压较小且开关频率固定,因此更容易设计噪声滤波器并消除噪声。
如果需要兼具PFM和PWM的优点,可以选择PWM/PFM开关控制DC/DC转换器。该功能在负载较重时采用PWM控制,在负载较低时自动切换为PFM控制,即集PWM和PFM优点于一品。在具有待机模式的系统中,采用PFM/PWM开关控制的产品可以实现更高的效率。
就DC-DC转换器而言,目前业界的PFM只有Single Phase,并且是采用Ripple Mode实现的,因此要求输出端的Ripple较大。没有负电感电流,因此可以提高轻载效率。
由于它是看输出Ripple,Transient非常好,并且在做Dynamic时没有下冲。 PWM有单相多相之分,多以电压模式或电流模式实现。对输出纹波没有要求。轻载时存在负电感电流,因此轻载效率较差,且补偿比纹波慢。通过将PWM 与PFM 相结合,当检测到电感的负电流时,将发生脉冲跳跃,并且不再受内部时钟控制。此时,控制器将关闭两个h-mos l-mos,Coss L 将产生阻尼振荡。
每个工程师接触的领域不同。有的领域可能用PFM多,有的领域可能用PWM多。但从整个电源行业来看,我相信用得最多的还是PWM。从20世纪80年代到现在,PWM开始在功率转换领域占据“王朝统治地位”,因为每种方法都有其缺点和优点。关键是看是否适合客户的需求。我在论坛上看到一位网友这样写道。我觉得这样更生动。他说,如果比较汽车中的PFM和PWM电源,使用PFM的=奔驰,使用PWM的=大众。
PFM 与PWM 相比的主要优点是效率
1、对于外围电路相同的PFM和PWM,PFM的峰值效率与PWM相当,但在峰值效率之前,PFM的效率远高于PWM。这是PFM 的主要优点。
2、由于误差放大器的影响,PWM环路增益和响应速度受到限制,而PFM响应速度更快。
PFM相对于PWM的主要缺点是滤波困难
1、滤波困难(谐波频谱太宽)。
2. 在峰值效率之前,PFM 的频率低于PWM 的频率,这会导致输出纹波比PWM 的大。
3. PFM控制比PWM控制IC贵。
PFM不像PWM那样被广泛使用的主要原因之一是另一个原因是PWM的巨大优势:控制方法易于实现,但PFM控制方法不容易实现。