怎么区分开关电源的PFM与PWM模式?

原文来自微信公众号:工程师看海
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dcdc开关电源有两种常见的工作模式,就是我们常听说的pwm模式和pfm模式,一种是普通工作模式,另一种是低功耗工作模式,本节以buck结构开关电源为例介绍二者工作的特点,以及区分方法。
pwm:pulse width modulation,是脉冲宽度调制,特点是开关的频率固定或者说开关周期固定,占空比变化。
pfm:pulse frequency modulation,是脉冲频率调制,特点是开关频率是变化的,或者说开关周期是变化的。
二者的波形对比见下图。
为什么用pfm模式呢?
这是因为负载根据不同的工作状态有不同的电流消耗,而且电流差异很大,小电流可能只有几个ma,大电流有几百ma甚至几a,而开关电源由于固定的开关频率而使得在低负载电流时效率并不高,为了提高电源的效率,降低电源自身在低电流时的开关损耗,就提出了pfm工作模式。
根据上图和历史文章《dcdc buck电路原理详细分析》(https://www.dianyuan.com/eestar/article-1574.html)
可以知道,pwm模式时buck的管子一直处于开关状态,电感不断地充电、放电,而pfm模式时管子只偶尔开关下,俗称间歇性开关,偶尔给电感充放电一次。
由于pwm模式buck的控制管子是连续开关,而pfm模式的管子是间歇性开关,这就导致了二者有个最显著的差异,即:pfm模式的纹波要大于pwm。
怎么判断电源工作在pfm还是pwm模式呢?
下图是某电源的pfm和pwm波形测试结果,第一行是输出电压纹波,可以看到pfm模式的纹波要大于pwm模式,第二行是电源开关节点sw位置的电压波形,可以看到pfm模式时开关导通下就停了,而pwm模式的sw节点是一直处于开关状态,这个可以作为区分pfm和pwm的标志。
第三行是电感的充放电电流波形,可以看到pfm模式下,电感间歇性的充放电波形,而pwm模式的电感是连续的充放电,这也可以作为区分pfm和pwm模式的标志。
上面波形中pfm模式是间歇性的开关一次,有的情况是间歇性开关多次,比如下图,第一行是开关节点的波形,就是间歇性的产生开关脉冲序列,从第三行可以看到电感,在开关时电感反复充放电,开关停止则充放电也就停止了。
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