开关电源|控制方式PWM、PFM、混合调制

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目录

脉宽调制(Pulse Width Modulation，缩写为 PWM)

脉频调制(Pulse Frequency Modulation，缩写为 PFM)

混合调制式

总结

开关电源的控制方式大致有以下三种

脉宽调制(Pulse Width Modulation，缩写为 PWM)

它是在固定开关频率下，通过改变脉冲宽度来调节占空比的。它的稳压原理是：当输出电压 Vo 升 高时，控制芯片通过电压电流采样比较调节输出脉冲信号的周期不变而脉冲宽度减小，使占空比减小，Vo 降低。目前，大多数开关电源均采用 PWM 方式。

或者换一个说法

工作在PWM调制方式下，开关管的开关频率保持不变，即有固定的周期T，改变每次的导通时间ton，从而调整占空比使输出电压保持稳定。

PWM模式的结构原理图

其中V.r为参考电压，由基准电压源提供，Vep为输出电压Vom的反馈电压，OSC为振荡器输出信号，VRAM为三角波信号。

工作原理分析

振荡器输出频率固定的信号OSC，经过三角波产生电路后变为频率固定的三角波信号。PWM比较器的正端连接误差放大器的输出信号Ve，负端连接三角波信号，比较后输出一个方波信号，该方波信号的占空比决定了开关管导通时间，也就是电感充电时间。若负载电流突然增加，输出电压Vom随之下降，反馈电压Vr减小，此时误差放大器的输出增高，PWM比较器输出方波信号的占空比增大，增加电感充电时间：若负载电流突然下降，PWM比较器输出方波信号的占空比减小，减少电感充电时间，从而稳定输出电压。

PWM调制的波形

如下 tp 表示脉冲宽度(即 开关管的导通时间 ton)，T 表示周期。

脉频调制(Pulse Frequency Modulation，缩写为 PFM)

它是将脉冲宽度 固定，通过改变开关频率来调节占空比的。其稳压原理是：当输出电压 Vo 升高 时，控制芯片通过电压电流采样比较后调节输出信号的脉冲宽度不变而周期变长， 即减小频率，使占空比减小，Vo 降低。

或者换个说法

与 PWM 调制方式有所不同，PFM 调制方式保持开关管导通时间 ton不变，通过改变调制 信号的频率来实现占空比的变化，从而稳定输出电压。

工作原理分析

频率调制器根据误差放大器的输出大小来改变方波信号的频率，若负载电流突然增加，输出电压 Vout随之下降，反馈电压 VFB 减小，此时误 差放大器的输出增高，频率调制器输出方波信号的频率增大，增加电感充电次数；若负载电 流突然下降，频率调制器输出方波信号的频率减小，减少电感充电次数，从而稳定输出电压。

PFM调制的波形

如下 tp 表示脉冲宽度(即 开关管的导通时间 ton)，T 表示周期。

混合调制式

是指脉冲宽度与开关频率均不固定，在调节过程中这两者都会改变的方式，它属于 PWM 和 PFM 的混合方式。

或者换个说法

PWM/PFM 调制方式将 PWM 和 PFM 调制方式结合到一个系统中。在轻载时，以 PFM调制方式工作，开关次数较少，获得更高的转换效率；重载时，以 PWM 调制方式工作，转换效率提高，且输出电压纹波更小。这两种模式的切换依据是负载电流的大小变化，需要设计合理的 PWM/PFM 自动切换电路，来实现更顺滑的切换。

总结

PWM 调制方式有着固定的开关频率，抗电磁干扰能力更强，输出电压纹波较小，动态响应速度较快，且设计结构较为简单。PWM 模式在重载情况下有很高的转换效率，但随着负载 减轻，若依然每个周期依然进行开关动作，功率开关管的开关损耗就会大大降低系统的转换效率。

PFM 调制方式的开关频率会发生变化，在轻载时会减少开关次数，从而减少了开关损耗，获得更高的转换效率。变化的开关频率会产生电磁干扰，且滤波电路设计复杂，外围元器件的选取困难，这也限制了 PFM 调制方式的应用。