pwm三种控制方式（pwm和pfm模式）

1. PWM/PFM/PSM 三种控制模式定义

一般来说，开关电源（DC-DC）最常见的调制方式有以下三种：

1.脉宽调制（PWM）

2.脉冲频率调制（PFM）

3. 脉冲跨度调制（PSM）

在功率集成电路（PIC:Power Inregulated Circuit）中，广泛采用脉冲跳跃调制方式（PSM，Pulse Skip Modulation），它可以克服脉宽调制方式（PWM:Pulse Width Modulation）的低转换效率和脉冲频率调制的问题。轻负载条件。模式（PFM:脉冲频率调制）的缺点是频谱分布随机。

其调制行为的示意图如图1 所示

用一句话解释一下：

PWM（频率不变，脉宽连续调节）

PFM（脉冲宽度不变，频率调整）

PSM（频率和脉冲宽度保持不变，脉冲来来去去）

顾名思义，PWM方式是一种固定开关周期，通过改变Ton来改变占空比的调制方式。 PWM方式可以称为固定频宽调制，即开关频率保持恒定，通过改变每个周期内驱动信号的占空比来达到调制的目的。这是最常用的调制方法。当输出电压变化时，通过环路的控制改变驱动信号的占空比，从而保持输出电压恒定。

PWM方式作为最常用的调制方式，具有以下优点：控制电路简单，易于设计实现，输出纹波电压小，频率特性好，线性度高，在重负载情况下具有较高的效率。 PWM是从处理器到受控系统的信号都是数字形式，然后进行数模转换。噪音的影响可以降到最低。缺点是随着负载变轻，其效率也随之下降，特别是在轻负载下，其效率很低。由于误差放大器的影响，PWM环路增益和响应速度会受到限制。 PFM模式正常工作时，驱动信号的脉冲宽度保持不变，但脉冲的频率发生变化，即所谓的定宽调频。当输出电压变化时，通过环路的调节，脉冲的频率发生变化，从而实现对电路的控制和调节。 PFM可分为恒定驱动信号高电平时间和恒定驱动信号低电平时间两种方法。 PFM 也是具有模式切换功能的DC-DC 电路中非常常见的调制。这种调制方式的优点是：在轻载下效率高，并且具有非常好的频率特性。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，但在重负载情况下，其效率会明显低于PWM方式，而且由于其纹波频谱比较分散，不太规则，使得滤波电路的设计变得非常复杂，难的。 PSM模式PSM模式又可以称为固定频率和固定宽度。驱动信号的频率和宽度保持恒定。然而，当负载最重时，驱动信号工作在全频。当负载变轻时，驱动信号将跳过一些开关周期。在跳过的周期内，开关功率管保持关断状态。当负载变化时，可以通过改变跨周期的发生次数来调节和控制系统。

与前两种控制方法相比，PSM方法在工业上的应用较晚。与PWM方式相比，PSM在轻负载条件下具有更高的效率，并且其开关损耗与系统的输出功率成正比，与负载的变化关系不大。但这种控制方式会导致输出电压有较大的纹波电压，不适合为一些对电源电压精度要求较高的系统供电。

PSM通过控制开关管在一个周期内是否工作来调节输出功率。达到稳定后，开关管的平均工作频率，即有效频率fe由负载决定。如果负载足够大，开关管每个周期都会工作，此时有效频率达到最大工作频率fmax=1/T。一般情况下，开关管仅在部分周期内导通，此时有效频率fe将小于fmax。调制程度越大，跳过的周期越多。 2. PWM和PFM的优缺点

PWM 在小负载时效率较低。

PFM能支持的输出电流较小，电感电流线性上升。如果Ton 固定，则每个周期电感上的峰值电流也固定。

PWM纹波电压小且开关频率固定，因此更容易设计噪声滤波器并消除噪声。

PWM调制方式是主流。

3. PWM和P****FM（或PSM）一起工作

如今，一些新型电源控制器为了提高从轻载到重载的所有工作条件下的电源效率，通过支持PWM 和PFM 工作模式来提供全时效率。在许多电路中，通常选择PWM与PFM或PSM的组合，以确保系统在整个负载范围内具有较高的效率。

l 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。

l 该功能在重负载时采用PWM控制，在低负载时自动切换到PFM控制，即集PWM和PFM优点于一品。

l 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。例如： PWM/PFM 决定ton 切换时间

为什么轻载时切换到PFM 效率更高？

我们知道，开关电源对开关管的损耗主要分为：开关损耗和导通损耗。

由于开关管的导通损耗相同，因此与控制方式无关。

但在轻载时，PFM的频率降低，因此单位时间内的开关次数变少。 PWM单位时间内的开关次数不变。那么PFM的开关损耗变得更小，因此其效率更高。 （PSM的轻载效率高，本质上和PFM是一样的，原来Linear还定义了一种Burst模式，和PSM边界模糊，基本是一样的。）

有些电源进入轻载后进入PFM模式，这会导致开关频率变得很低，大约在20kHz以下，或者产生一些低频成分，频率会进入人耳可以听到的频率范围，所以它会造成电源周围的电感器和陶瓷电容器不可避免的啸叫。有些桌面设备对于客户体验来说无法忍受，开发者不得不增加一些负载以避免进入轻负载的PFM模式。

上图为某电源控制器在低负载场景下进入“节能模式”，开关频率从410kHz降低至138kHz。

三种控制方法各有其优点和缺点。我们应该根据电路的应用做出合理的选择，或者选择能够支持多种模式的芯片。