01、前言
大家好，我是磚一談芯。
本期文章給大家分享一下開關(guān)電源的三種控制模式。
在開關(guān)電源設(shè)計中，我們都希望電源要有“三高”：高效率（＞90%）、高功率密度（＞30W/cm³）、高頻化（100kHz~MHz級）。
那么我們要想實現(xiàn)三高，設(shè)計的核心挑戰(zhàn)之一就是高效控制。
為了實現(xiàn)高效控制開關(guān)電源，硬件仙人們發(fā)明了三種高效控制模式，分別是脈沖寬度調(diào)制PWM，脈沖頻率調(diào)制PFM，脈沖跨周期調(diào)制PSM。
一句話匯總一下三種調(diào)制方式的核心內(nèi)容：
PWM（頻率不變，脈寬隨負載變化）
PFM（脈沖寬度不變，頻率隨負載變化）
PSM（頻率和脈寬都不變，脈沖時有時無）
三種方式隨脈沖的變化曲線，如圖所示。
02、PWM，PFM和PSM的定義
（1）PWM概念
PWM：頻率不變，脈寬隨負載變化。
PWM是固定開關(guān)周期，通過調(diào)整導(dǎo)通時間來改變占空比的方式。即定頻調(diào)寬，即開關(guān)頻率一定時，調(diào)整每個周期內(nèi)驅(qū)動信號的占空比來實現(xiàn)調(diào)制目的。
PWM是開關(guān)電源最常用的一種控制方式，當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時，通過電壓單環(huán)或者電流環(huán)+電壓環(huán)雙環(huán)控制，驅(qū)動信號的占空比發(fā)生改變，從而控制輸出能量給后級，維持輸出的穩(wěn)定。
（2）PWM優(yōu)缺點分別是什么？
PWM優(yōu)點 PWM缺點
1.PWM適合重載，效率高達90%； 1.輕載時，效率低；
2.控制電路簡單，通常是MOS管控制； 2.PWM由于誤差放大器的影響，響應(yīng)速度會受到限制。
3.輸出電壓紋波??；
4.頻率特性好。
（3）PWM應(yīng)用場景
PWM由于適合重載工作，所以經(jīng)常被用于開關(guān)電源（包括充電器，適配器，LED驅(qū)動）、大電流設(shè)備（電機驅(qū)動）等。
2.2 PFM方式
（1）PFM概念
PFM：脈沖寬度不變，頻率隨負載變化。
PFM屬于定寬調(diào)頻，即脈沖寬度一定，調(diào)整脈沖的頻率。當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時，脈沖寬度不變，調(diào)整脈沖的頻率控制環(huán)路，從而輸出電壓達到穩(wěn)定狀態(tài)。
（2）PFM缺點分別是什么？
PFM優(yōu)點 PFM缺點
1.輕載時效率高，適合低功耗設(shè)備； 1.頻率時有時無，跟隨機數(shù)一樣，EMI難調(diào)；
2.頻率特性好。 2.重載效率低，低于20KHz，由可能聽到電感電容嘯叫 。
（3）PFM應(yīng)用場景
由于PFM輕載時效率高，特別適合低功耗的設(shè)備，比如手環(huán)，天貓精靈，小度等等。
2.3 PSM方式
（1）PSM概念
PSM：頻率和脈寬都不變，脈沖時有時無。
PSM屬于定頻定寬，驅(qū)動信號的頻率和寬度都保持不變。
03、PWM，PFM和PSM的橫向?qū)Ρ?/strong>
PFM能夠支持的輸出電流小，主要是特別適合輕載下工作，所以有些開關(guān)電源管理IC，采用了PFM+PWM控制方式，這樣負載從輕載到重載的全工況，電源效率都能做到很高。
那么為什么PFM在輕載的時候，效率高呢？
PFM核心控制原理是脈沖寬度不變，頻率隨負載變化。效率跟損耗是反比的關(guān)系，效率越高，意味著損耗越小。開關(guān)電源的三大損耗：開關(guān)管，變壓器，二極管，其中開關(guān)管有兩大損耗：開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。當(dāng)開關(guān)管相同時，導(dǎo)通損耗相同，因為導(dǎo)通損耗由于只跟導(dǎo)通阻抗有關(guān)，與控制模式?jīng)]有聯(lián)系。
當(dāng)我們的電源工作在輕載PFM狀態(tài)時，開關(guān)頻率要低，開關(guān)次數(shù)減小，那么開關(guān)損耗就會小。
而PWM控制原理是頻率不變，調(diào)整脈沖寬度，一旦發(fā)現(xiàn)輸出處于輕載時，PWM的開關(guān)次數(shù)幾乎不變，但是會導(dǎo)致開關(guān)損耗，輕載PWM控制方式下效率低。
04、參考書籍
硬件十萬個為什么-電源是怎樣練成的
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