【图文详解】脉宽调制与脉冲频率调制-KIA MOS管
脉宽调制与脉冲频率调制
定义：
PWM转换器
PWM = 脉宽调制
一种转换器架构:固定频率振荡器
驱动信号:恒定频率， 具有可变的占空比(功率FET导通时间与总开关周期之比)
PFM转换器
PFM = 脉冲频率调制
采用了一个可变频率时钟
PFM转换器实例:“恒定导通时间”或“恒定关断时间”控制DC-DC转换器。
PWM控制架构
PWM控制的优缺点:
优点:
中等和重负载条件下可实现良好的效率
开关频率由PWM斜坡信号频率设定
缺点:
效率在轻负载条件下显著下降，因为开关频率固定导致了开关损耗在轻载时效率不高快速瞬态响应和高稳定性需要仰仗上佳的补偿网络设计。
PWM模式与PFM模式
在轻负载时，PWM转换器能自动切换至一种“低功耗”模式以最大限度地减少电池电流消耗，该模式有时被称为“PFM”- 但实际上是一个间歇式地接通和关断的固定频率(PWM)转换器。
根据左边和右边的波形我们可以看到，左边的是经典的PWM模式，右边的图是在轻载或者时的PWM跳跃模式的波形，跳跃模式中的PWM的频率降低，所以开关损耗减少了。
如果我们从输出电压纹波来看的话，纹波是变大了，因为它这种模式下已经不是每个周期都调整PWM，而是反馈信号到了窗口比较器的上限或者下限的时候才做出调整。
转换器效率与损耗
“损耗”= 任何从输入吸收而未传送至输出的能量
损耗的组成部分:
MOSFET:开关损耗、栅极驱动器损耗、传导损耗。
无源组件:电感上的绕组和磁芯损耗、阻性损耗、电容器ESR损耗。
转换器IC:内部基准、振荡器电路、栅极驱动电路损耗。
转换器IC损耗:
在轻负载时，无源组件和FET损耗显著下降，IC内部电流受振荡器的支配，某个固定频率上，IC工作电流不会随负载而减小。
IC的工作电流会影响轻负载效率，假如负载电流约为1mA，则IC的内部电流在4mA左右，这时“最好情况”也只有效率<20%。如果负载电流约为200 mA，则IC的内部电流为4mA左右，这时“最好情况”效率> 90%。
省电模式PFM与强制PWM模式的对比
为了提高全范围负载的效率，轻载时，芯片进入PFM控制模式;重载时，芯片强制进入PWM模式。
多种省电模式
所谓的快速PFM和轻PFM,它们是根据输出的负载电流而定的，当我们设定好电流的阀值门槛的话，电路就可以自然地切换。快速PFM的效率高于PWM，但低于轻PFM(LPFM)，需要权衡折衷，如下图:为两种模式的输出电流和效率之间的关系图。
结论
优势：
在轻负载条件下可实现更好的效率
无需补偿器
易于实现: 允许使用多种电感器
可变频率架构可能存在一些问题：
EMI 频谱散布在所有的频率上，可能很难滤除
可听噪声(对于f<20 kHz )
与EMI有关的问题有时可以得到缓解:
EMI 由快速dv/dt和di/dt引起
在高功率 条件下采用固定频率PWM .
在省电模式中采用可变频率， 总输出功率级别非常低。
EMI可能不是问题
需要时可将转换器设定至“强制PWM”模式
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