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資訊詳情

做電源設計必須要懂得PWM和PFM兩個概念

分類:
行業新聞
作者:
北京穩固得
來源:
北京穩固得
2018/03/12 01:44
評論:

 

  開關電源的控制技術主要有三種:

  1、脈沖寬度調制(PWM);

  2、脈沖頻率調制(PFM);

  3、脈沖寬度頻率調制(PWM-PFM)。

  PWM:(pulse width modulation)脈沖寬度調制

  脈寬調制PWM是開關型穩壓電源中的術語。這是按穩壓的控制方式分類的,除了PWM型,還有PFM型和PWM、PFM混合型。脈寬寬度調制式(PWM)開關型穩壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下,通過電壓反饋調整其占空比,從而達到穩定輸出電壓的目的。

  PFM:(Pulse frequency modulation) 脈沖頻率調制

  一種脈沖調制技術,調制信號的頻率隨輸入信號幅值而變化,其占空比不變。由于調制信號通常為頻率變化的方波信號,因此,PFM也叫做方波FM。

  PWM是頻率的寬和窄的變化,PFM是頻率的有和無的變化,PWM是利用波脈沖寬度控制輸出,PFM是利用脈沖的有無控制輸出。

  其中PWM是目前應用在開關電源中最為廣泛的一種控制方式,它的特點是噪音低、滿負載時效率高且能工作在連續導電模式,現在市場上有多款性能好、價格低的PWM集成芯片,如UCl842/2842/3842、TDAl6846、TL494、SGl525/2525/3525等;PFM具有靜態功耗小的優點,但它沒有限流的功能也不能工作于連續導電方式,具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等;PWM-PFM兼有PWM和PFM的優點。

  DC/DC變換器是通過與內部頻率同步開關進行升壓或降壓,通過變化開關次數進行控制,從而得到與設定電壓相同的輸出電壓。PFM控制時,當輸出電壓達到在設定電壓以上時即會停止開關,在下降到設定電壓前,DC/DC變換器不會進行任何操作。但如果輸出電壓下降到設定電壓以下,DC/DC變換器會再次開始開關,使輸出電壓達到設定電壓。PWM控制也是與頻率同步進行開關,但是它會在達到升壓設定值時,盡量減少流入線圈的電流,調整升壓使其與設定電壓保持一致。

  與PWM相比,PFM的輸出電流小,但是因PFM控制的DC/DC變換器在達到設定電壓以上時就會停止動作,所以消耗的電流就會變得很小。因此,消耗電流的減少可改進低負荷時的效率。PWM在低負荷時雖然效率較遜色,但是因其紋波電壓小,且開關頻率固定,所以噪聲濾波器設計比較容易,消除噪聲也較簡單。

  若需同時具備PFM與PWM的優點的話,可選擇PWM/PFM切換控制式DC/DC變換器。此功能是在重負荷時由PWM控制,低負荷時自動切換到PFM控制,即在一款產品中同時具備PWM的優點與PFM的優點。北京穩固得電子有限公司電子工程師認為,在備有待機模式的系統中,采用PFM/PWM切換控制的產品能得到較高效率。

  就DC-DC變換器而言目前業界PFM只有Single Phase,且以Ripple Mode的模式來實現,故需求輸出端的Ripple較大。沒有負向電感電流,故可提高輕載效率。由于是看輸出Ripple,所以Transient很好,在做Dynamic的時候沒有under-shoot。PWM有Single Phase &Multi-phase,多以Voltage Mode or Current Mode來實現,對輸出Ripple沒有要求,輕載時存在電感負向電流,故輕載效率較差,Compensation較Ripple相比較慢。將PWM于PFM結合使用,當偵測到電感負電流的時候,變出現Pulse Skipping,而不再受內部Clock控制。此時,controller will turnoff both h-mos & l-mos,Coss & L會出現阻尼振蕩。

  每位工程師接觸的領域不一樣,可能有的領域是用PFM比較多,有的是用PWM比較多,但從整個電源行業來說,相信目前還是PWM用的多.上世紀80年代至今,PWM開始了在電源變換領域的“王朝統治"地位,因為每種方式都有缺點和優點.關鍵還是看是否適合客戶需要吧在論壇看到一位網友是這樣寫的,我覺得寫的比較形象,他說如果把PFM與PWM的電源用車來比較的話,用PFM的=奔馳,用PWM的=大眾。

  PFM相比較PWM主要優點在于效率

  1、對于外圍電路一樣的PFM和PWM而言,其峰值效率PFM與PWM相當,但在峰值效率以前,PFM的效率遠遠高于PWM的效率,這是PFM的主要優勢.

  2、PWM由于誤差放大器的影響,回路增益及響應速度受到限制,PFM具有較快的響應速度

  PFM相比較PWM主要缺點在于濾波困難

  1、濾波困難(諧波頻譜太寬)。

  2、峰值效率以前,PFM的頻率低于PWM的頻率,會造成輸出紋波比PWM偏大。

  3、PFM控制相比PWM控制 IC 價格要貴。

  PFM之所以應用沒有PWM多最主要的一個原因就是另外一個原因就是PWM的巨大優點了:控制方法實現起來容易,PFM控制方法實現起來不太容易。

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