[资料] 与电源设计相关的PFM与PWM技术总结

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发表于 2017-3-17 18:05:18   545 查看 1 回复 显示全部楼层 倒序浏览
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做电源设计的应该都知道PWM 和PFM 这两个概念
开关电源的控制技术主要有三种:
(1)脉冲宽度调制(PWM);
(2)脉冲频率调制(PFM);
(3)脉冲宽度频率调制(PWM-PFM).


PWM:(pulse width modulation)脉冲宽度调制
脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。这是按稳压的控制方式分类的,除了PWM型,还有PFM型和PWM、PFM混合型。脉宽宽度调制式(PWM)开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下,通过电压反馈调整其占空比,从而达到稳定输出电压的目的。

PFM:(Pulse frequency modulation) 脉冲频率调制
一种脉冲调制技术,调制信号的频率随输入信号幅值而变化,其占空比不变。由于调制信号通常为频率变化的方波信号,因此,PFM也叫做方波FM


PWM是频率的宽和窄的变化,PFM是频率的有和无的变化, PWM是利用波脉冲宽度控制输出,PFM是利用脉冲的有无控制输出。
其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式,它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式,现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片,如UCl842/2842/3842、TDAl6846、TL494、SGl525/2525/3525等;PFM具有静态功耗小的优点,但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式,具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等;PWM-PFM兼有PWM和PFM的优点。


DC/DC变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压,通过变化开关次数进行控制,从而得到与设定电压相同的输出电压。PFM控制时,当输出电压达到在设定电压以上时即会停止开关,在下降到设定电压前,DC/DC变换器不会进行任何操作。但如果输出电压下降到设定电压以下,DC/DC变换器会再次开始开关,使输出电压达到设定电压。PWM控制也是与频率同步进行开关,但是它会在达到升压设定值时,尽量减少流入线圈的电流,调整升压使其与设定电压保持一致。


PWM相比,PFM的输出电流小,但是因PFM控制的DC/DC变换器在达到设定电压以上时就会停止动作,所以消耗的电流就会变得很小。因此,消耗电流的减少可改进低负荷时的效率。PWM在低负荷时虽然效率较逊色,但是因其纹波电压小,且开关频率固定,所以噪声滤波器设计比较容易,消除噪声也较简单。


若需同时具备PFM与PWM的优点的话,可选择PWM/PFM切换控制式DC/DC变换器。此功能是在重负荷时由PWM控制,低负荷时自动切换到PFM控制,即在一款产品中同时具备PWM的优点与PFM的优点。在备有待机模式的系统中,采用PFM/PWM切换控制的产品能得到较高效率。


就DC-DC变换器而言目前业界PFM只有Single Phase,且以Ripple Mode的模式来实现,故需求输出端的Ripple较大。没有负向电感电流,故可提高轻载效率。由于是看输出Ripple,所以Transient很好,在做Dynamic的时候没有under-shoot。PWM有Single Phase & Multi-phase,多以Voltage Mode or Current Mode来实现,对输出Ripple没有要求,轻载时存在电感负向电流,故轻载效率较差,Compensation较Ripple相比较慢。将PWM于PFM结合使用,当侦测到电感负电流的时候,变出现Pulse Skipping,而不再受内部Clock控制。此时,controller will turn off both h-mos & l-mos,Coss & L会出现阻尼振荡。
每位工程师接触的领域不一样,可能有的领域是用PFM比较多,有的是用PWM比较多,但从整个电源行业来说,相信目前还是PWM用的多。上世纪80年代至今,PWM开始了在电源变换领域的“王朝统治“地位,因为每种方式都有缺点和优点。关键还是看是否适合客户需要吧在论坛看到一位网友是这样写的,我觉得写的比较形象,他说如果把PFM与PWM的电源用车来比较的话,用PFM的=奔驰,用PWM的=大众 。


PFM相比较PWM主要优点在于效率
1、对于外围电路一样的PFM和PWM而言,其峰值效率PFM与PWM相当,但在峰值效率以前,PFM的效率远远高于PWM的效率,这是PFM的主要优势。
2、PWM由于误差放大器的影响,回路增益及响应速度受到限制,PFM具有较快的响应速度


PFM相比较PWM主要缺点在于滤波困难
1、滤波困难(谐波频谱太宽)。
2、峰值效率以前,PFM的频率低于PWM的频率,会造成输出纹波比PWM偏大。
3、PFM控制相比PWM控制 IC 价格要贵。
PFM之所以应用没有PWM多最主要的一个原因就是另外一个原因就是PWM的巨大优点了:控制方法实现起来容易,PFM控制方法实现起来不太容易。

标签:PWM

实习生

发表于 2017-3-22 11:59:52  
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