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  • 脈寬調(diào)制和脈沖頻率調(diào)制介紹
    • 發(fā)布時(shí)間:2022-10-29 16:14:02
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    脈寬調(diào)制和脈沖頻率調(diào)制介紹
    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)動信號: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。
    脈寬調(diào)制 脈沖頻率調(diào)制 PWM PFM
    PWM控制架構(gòu)
    脈寬調(diào)制 脈沖頻率調(diào)制 PWM PFM
    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)際上是一個間歇式地接通和關(guān)斷的固定頻率(PWM)轉(zhuǎn)換器。
    脈寬調(diào)制 脈沖頻率調(diào)制 PWM PFM
    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)不是每個周期都調(diào)整PWM,而是反饋信號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
    脈寬調(diào)制 脈沖頻率調(diào)制 PWM PFM
    損耗的組成部分:
    MOSFET:開關(guān)損耗、柵極驅(qū)動器損耗、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)動電路損耗。
    轉(zhuǎn)換器IC損耗:
    脈寬調(diào)制 脈沖頻率調(diào)制 PWM PFM
    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,某個固定頻率上,IC工作電流不會隨負(fù)載而減小。
    IC的工作電流會影響輕負(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模式的對比
    脈寬調(diào)制 脈沖頻率調(diào)制 PWM PFM
    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)我們設(shè)定好電流的閥值門檻的話,電路就可以自然地切換??焖貾FM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。
    脈寬調(diào)制 脈沖頻率調(diào)制 PWM PFM
    結(jié)論
    優(yōu)勢:
    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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