电压控制PWM和PFM方法介绍

描述

  不论开关稳压器与否,电压稳压器的功能为产生稳定化的输出电压,必须将输出电压反馈至控制电路来进行环路控制。有关电压控制的方式,例如该进行何种控制才能将输入电压调整为5V等,下面具体来了解下。

  电压控制PWM和PFM方法

  开关稳压器如名称所示,借着开关输入电压,就是ON/OFF来转换成希望的输出电压,简单来说就是开关后平均化以均衡已设定输入电压的输出电压,此输入电压的开关法主要有2种方法。

  PWM控制(脉冲宽度调制):PWM是最普通的电压控制方法。在恒定周期下,将开关设为ON,从输入截取符合输出所需功率的部分。因此,ON和OFF的比率、占空比会随必要的输出功率而变化。

  由于频率恒定,故有可预测即将产生的开关噪声、滤波器处理容易等优点。缺点是因为频率恒定,重负载时和轻负载时的开关次数都相同,自我消耗电流不变,故轻负载时开关损耗是主要损耗而效率降低。

  

 

PWM

 

  (1)频率恒定根据占空比调整输出电压,频率恒定,易于过滤噪声;频率恒定,轻负载时开关损耗效率显著恶化。

  ・PFM控制(脉冲频率调制)

  PFM有固定ON时间型和固定OFF时间型。以固定ON时间型为例(下图参考),ON时间恒定OFF时间变化。 换句话说,接下来一直到ON之前的时间会改变。当负载变大时,将会随着负载增加时间内的ON次数。也就是说,重负载时频率会变高,轻负载时频率会变低。

  其优点是,轻负载时无需增加功率,开关频率变低,开关次数减少,开关损耗减少,故轻负载时也可维持高效率。其缺点是,频率会变化,开关相关噪声不稳定且难以滤波。噪声难消除。此外,频率一进入可听带20kHz时有可能会发生声响等对音响设备的S/N造成影响。从这个意义来说,PWM比较容易操作。

  

 

PWM

 

  (2)ON(或OFF)时间设为恒定,调整OFF(或ON)时间

  轻负载时会降频率工作,故开关损耗会减少而维持效率;频率不稳定,故噪声滤波困难而有进入听觉范围的可能性。

  利用哪一方必须在理解各特性后权衡,不过有些IC为了能够利用双方的优点,于稳定工作时采PWM工作,于轻负载时开关成PFM来维持效率。

  

 

PWM

 

  (3)PWM和PFM的效率特性示意图

  PWM轻负载时恒定周期开关,故效率低下。PFM轻负载时会降频率工作,故开关损耗减少而维持效率。有些IC于稳定工作时采PWM工作,于轻负载时开关成PFM来维持效率。

  关键要点:

  ・PWM(脉冲宽度调制),频率恒定通过ON/OFF的时间比(占空比)控制。

  ・PFM(脉冲频率调制),脉冲的ON(或OFF时间)恒定通过OFF时间(或ON时间)变化控制。

  ・理解优缺点区分使用。

  ・双方控制切换使用,越来越多加入详细控制模式的IC。

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