怎么区分开关电源的PFM与PWM模式?

原创 工程师看海 2022-11-23 07:16
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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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