摘要
本文详细介绍了开关电源的三种主要调制方式:PWM(脉冲宽度调制)、PFM(脉冲频率调制)和PSM(脉冲跨周期调制)。PWM通过调整脉冲宽度保持恒定频率,适用于重负载,但轻负载效率低。PFM则在轻负载时效率高,通过改变频率调整输出。PSM结合了PWM和PFM的特点,轻负载时效率高且开关损耗与输出功率成正比。现代电源控制器常采用PWM和PFM混合模式,以实现全负载范围的高效运行。
1. PWM/PFM/PSM 三种控制模式的定义通常来说,开关电源(DC-DC)有三种最常见的调制方式分别为:
- 脉冲宽度调制(PWM)
- 脉冲频率调制(PFM)
- 脉冲跨周期调制(PSM)
在功率集成电路 (PIC: Power Inregrated Circuit) 中广泛采用了脉冲跨周期调制模式 (PSM, Pulse Skip Modulation),可以克服脉冲调宽调制模式 (PWM: Pulse Width Modulation) 轻负载情况下变换效率较低、脉冲调频调制模式 (PFM: Pulse Frequency Modulation) 频谱分布随机的缺点。
他们调制行为的示意图可以用下图所示
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一句话解读一下:
PWM(频率不变,不断调整脉冲宽度)
PFM(脉冲宽度不变,调整频率)
PSM(频率和脉宽都不变,脉冲时有时无)
1.1. PWM方式顾名思义,它是一种固定开关周期,变化Ton来改变占空比的调制方式。PWM方式,可称之为定频调宽,即开关频率保持恒定,而通过改变在每一个周期内的驱动信号的占空比来达到调制的目的,这是最常用的一种调制方式。当输出电压发生变化时,通过环路的控制,便会使驱动信号的占空比发生改变,从而维持输出电压的恒定。
作为最常用的调制方式,PWM方式有以下优点:控制电路简单,易于设计与实现,输出纹波电压小,频率特性好,线性度高,并且在重负载的情况下有比较高的效率。PWM是从处理器到被控系统信号都是数字形式的,再进行数模转换。可将噪声影响降到最低。其缺点是随着负载的变轻,其效率也下降,尤其是轻负载的情况下,其效率很低。PWM 由于误差放大器的影响,回路增益及响应速度会受到限制。
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