开关电源三种控制技术全面解析

2020-05-15      1261 次浏览

开关电源的控制技术重要有三种:(1)脉冲宽度调制(pWM);(2)脉冲频率调制(pFM);(3)脉冲宽度频率调制(pWM-pFM).


pWM:(pulsewidthmodulation)脉冲宽度调制


脉宽调制pWM是开关型稳压电源中的术语。这是按稳压的控制方式分类的,除了pWM型,还有pFM型和pWM、pFM混合型。脉宽宽度调制式(pWM)开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下,通过电压反馈调整其占空比,从而达到稳定输出电压的目的。


pFM:(pulsefrequencymodulation)脉冲频率调制


一种脉冲调制技术,调制信号的频率随输入信号幅值而变化,其占空比不变。由于调制信号通常为频率变化的方波信号,因此,pFM也叫做方波FMpWM是频率的宽和窄的变化,pFM是频率的有和无的变化,pWM是利用波脉冲宽度控制输出,pFM是利用脉冲的有无控制输出.


其中pWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式,它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在持续导电模式,现在市场上有多款性能好、价格低的pWM集成芯片,如UCl842/2842/3842、TDAl6846、TL494、SGl525/2525/3525等;pFM具有静态功耗小的优点,但它没有限流的功能也不能工作于持续导电方式,具有pFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等;pWM-pFM兼有pWM和pFM的优点。


DC/DC变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压,通过变化开关次数进行控制,从而得到与设定电压相同的输出电压。pFM控制时,当输出电压达到在设定电压以上时即会停止开关,在下降到设定电压前,DC/DC变换器不会进行任何操作。但假如输出电压下降到设定电压以下,DC/DC变换器会再次开始开关,使输出电压达到设定电压。pWM控制也是与频率同步进行开关,但是它会在达到升压设定值时,尽量减少流入线圈的电流,调整升压使其与设定电压保持一致。


与pWM相比,pFM的输出电流小,但是因pFM控制的DC/DC变换器在达到设定电压以上时就会停止动作,所以消耗的电流就会变得很小。因此,消耗电流的减少可改进低负荷时的效率。pWM在低负荷时虽然效率较逊色,但是因其纹波电压小,且开关频率固定,所以杂讯滤波器设计比较容易,消除杂讯也较简单。


若需同时具备pFM与pWM的优点的话,可选择pWM/pFM切换控制式DC/DC变换器。此功能是在重负荷时由pWM控制,低负荷时自动切换到pFM控制,即在一款产品中同时具备pWM的优点与pFM的优点。在备有待机模式的系统中,采用pFM/pWM切换控制的产品能得到较高效率。


就DC-DC变换器而言目前业界pFM只有Singlephase,且以RippleMode的模式来实现,故需求输出端的Ripple较大。没有负向电感电流,故可提高轻载效率。由於是看输出Ripple,所以Transient很好,在做Dynamic的时候没有under-shoot。pWM有Singlephase&Multi-phase,多以VoltageModeorCurrentMode来实现,对输出Ripple没有要求,轻载时存在电感负向电流,故轻载效率较差,Compensation较Ripple相比较慢。将pWM于pFM结合使用,当侦测到电感负电流的时候,变出现pulseSkipping,而不再受内部Clock控制。此时,controllerwillturnoffbothh-mos&l-mos,Coss&L会出现阻尼振荡。


每位工程师接触的领域不相同,可能有的领域是用pFM比较多,有的是用pWM比较多,但从整个电源行业来说,相信目前还是pWM用的多.上世纪80年代至今,pWM开始了在电源变换领域的“王朝统治"地位,因为每种方式都有缺点和优点.关键还是看是否适合客户要吧在论坛看到一位网友是这样写的,我觉得写的比较形象,他说假如把pFM与pWM的电源用车来比较的话,用pFM的=奔驰,用pWM的=大众。


pFM相比较pWM重要优点在于效率


1、关于外围电路相同的pFM和pWM而言,其峰值效率pFM与pWM相当,但在峰值效率以前,pFM的效率远远高于pWM的效率,这是pFM的重要优势.


2、pWM由于误差放大器的影响,回路增益及响应速度受到限制,pFM具有较快的响应速度


pFM相比较pWM重要缺点在于滤波困难


1、滤波困难(谐波频谱太宽)。


2、峰值效率以前,pFM的频率低于pWM的频率,会造成输出纹波比pWM偏大。


3、pFM控制相比pWM控制IC价格要贵。


pFM之所以应用没有pWM多最重要的一个原因就是另外一个原因就是pWM的巨大优点了:控制方法实现起来容易,pFM控制方法实现起来不太容易。


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