脈寬調(diào)制與脈沖頻率調(diào)制
定義：
PWM轉(zhuǎn)換器
PWM = 脈寬調(diào)制
一種轉(zhuǎn)換器架構(gòu):固定頻率振蕩器
驅(qū)動(dòng)信號(hào):恒定頻率， 具有可變的占空比(功率FET導(dǎo)通時(shí)間與總開關(guān)周期之比)
PFM轉(zhuǎn)換器
PFM = 脈沖頻率調(diào)制
采用了一個(gè)可變頻率時(shí)鐘
PFM轉(zhuǎn)換器實(shí)例:“恒定導(dǎo)通時(shí)間”或“恒定關(guān)斷時(shí)間”控制DC-DC轉(zhuǎn)換器。
PWM控制架構(gòu)
PWM控制的優(yōu)缺點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn):
中等和重負(fù)載條件下可實(shí)現(xiàn)良好的效率
開關(guān)頻率由PWM斜坡信號(hào)頻率設(shè)定
缺點(diǎn):
效率在輕負(fù)載條件下顯著下降，因?yàn)殚_關(guān)頻率固定導(dǎo)致了開關(guān)損耗在輕載時(shí)效率不高快速瞬態(tài)響應(yīng)和高穩(wěn)定性需要仰仗上佳的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。
PWM模式與PFM模式
在輕負(fù)載時(shí)，PWM轉(zhuǎn)換器能自動(dòng)切換至一種“低功耗”模式以最大限度地減少電池電流消耗，該模式有時(shí)被稱為“PFM”- 但實(shí)際上是一個(gè)間歇式地接通和關(guān)斷的固定頻率(PWM)轉(zhuǎn)換器。
根據(jù)左邊和右邊的波形我們可以看到，左邊的是經(jīng)典的PWM模式，右邊的圖是在輕載或者時(shí)的PWM跳躍模式的波形，跳躍模式中的PWM的頻率降低，所以開關(guān)損耗減少了。
如果我們從輸出電壓紋波來看的話，紋波是變大了，因?yàn)樗@種模式下已經(jīng)不是每個(gè)周期都調(diào)整PWM，而是反饋信號(hào)到了窗口比較器的上限或者下限的時(shí)候才做出調(diào)整。
轉(zhuǎn)換器效率與損耗
“損耗”= 任何從輸入吸收而未傳送至輸出的能量
損耗的組成部分:
MOSFET:開關(guān)損耗、柵極驅(qū)動(dòng)器損耗、傳導(dǎo)損耗。
無源組件:電感上的繞組和磁芯損耗、阻性損耗、電容器ESR損耗。
轉(zhuǎn)換器IC:內(nèi)部基準(zhǔn)、振蕩器電路、柵極驅(qū)動(dòng)電路損耗。
轉(zhuǎn)換器IC損耗:
在輕負(fù)載時(shí)，無源組件和FET損耗顯著下降，IC內(nèi)部電流受振蕩器的支配，某個(gè)固定頻率上，IC工作電流不會(huì)隨負(fù)載而減小。
IC的工作電流會(huì)影響輕負(fù)載效率，假如負(fù)載電流約為1mA，則IC的內(nèi)部電流在4mA左右，這時(shí)“最好情況”也只有效率<20%。如果負(fù)載電流約為200 mA，則IC的內(nèi)部電流為4mA左右，這時(shí)“最好情況”效率> 90%。
省電模式PFM與強(qiáng)制PWM模式的對(duì)比
為了提高全范圍負(fù)載的效率，輕載時(shí)，芯片進(jìn)入PFM控制模式;重載時(shí)，芯片強(qiáng)制進(jìn)入PWM模式。
多種省電模式
所謂的快速PFM和輕PFM,它們是根據(jù)輸出的負(fù)載電流而定的，當(dāng)我們?cè)O(shè)定好電流的閥值門檻的話，電路就可以自然地切換。快速PFM的效率高于PWM，但低于輕PFM(LPFM)，需要權(quán)衡折衷，如下圖:為兩種模式的輸出電流和效率之間的關(guān)系圖。
結(jié)論
優(yōu)勢(shì)：
在輕負(fù)載條件下可實(shí)現(xiàn)更好的效率
無需補(bǔ)償器
易于實(shí)現(xiàn): 允許使用多種電感器
可變頻率架構(gòu)可能存在一些問題：
EMI 頻譜散布在所有的頻率上，可能很難濾除
可聽噪聲(對(duì)于f<20 kHz )
與EMI有關(guān)的問題有時(shí)可以得到緩解:
EMI 由快速dv/dt和di/dt引起
在高功率 條件下采用固定頻率PWM .
在省電模式中采用可變頻率， 總輸出功率級(jí)別非常低。
EMI可能不是問題
需要時(shí)可將轉(zhuǎn)換器設(shè)定至“強(qiáng)制PWM”模式
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