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開關電源三種控制技術全面解析

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年05月15日  

開關電源的控制技術重要有三種:(1)脈沖寬度調制(pWM);(2)脈沖頻率調制(pFM);(3)脈沖寬度頻率調制(pWM-pFM).


pWM:(pulsewidthmodulation)脈沖寬度調制


脈寬調制pWM是開關型穩壓電源中的術語。這是按穩壓的控制方式分類的,除了pWM型,還有pFM型和pWM、pFM混合型。脈寬寬度調制式(pWM)開關型穩壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下,通過電壓反饋調整其占空比,從而達到穩定輸出電壓的目的。


pFM:(pulsefrequencymodulation)脈沖頻率調制


一種脈沖調制技術,調制信號的頻率隨輸入信號幅值而變化,其占空比不變。由于調制信號通常為頻率變化的方波信號,因此,pFM也叫做方波FMpWM是頻率的寬和窄的變化,pFM是頻率的有和無的變化,pWM是利用波脈沖寬度控制輸出,pFM是利用脈沖的有無控制輸出.


其中pWM是目前應用在開關電源中最為廣泛的一種控制方式,它的特點是噪音低、滿負載時效率高且能工作在持續導電模式,現在市場上有多款性能好、價格低的pWM集成芯片,如UCl842/2842/3842、TDAl6846、TL494、SGl525/2525/3525等;pFM具有靜態功耗小的優點,但它沒有限流的功能也不能工作于持續導電方式,具有pFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等;pWM-pFM兼有pWM和pFM的優點。


DC/DC變換器是通過與內部頻率同步開關進行升壓或降壓,通過變化開關次數進行控制,從而得到與設定電壓相同的輸出電壓。pFM控制時,當輸出電壓達到在設定電壓以上時即會停止開關,在下降到設定電壓前,DC/DC變換器不會進行任何操作。但假如輸出電壓下降到設定電壓以下,DC/DC變換器會再次開始開關,使輸出電壓達到設定電壓。pWM控制也是與頻率同步進行開關,但是它會在達到升壓設定值時,盡量減少流入線圈的電流,調整升壓使其與設定電壓保持一致。


與pWM相比,pFM的輸出電流小,但是因pFM控制的DC/DC變換器在達到設定電壓以上時就會停止動作,所以消耗的電流就會變得很小。因此,消耗電流的減少可改進低負荷時的效率。pWM在低負荷時雖然效率較遜色,但是因其紋波電壓小,且開關頻率固定,所以雜訊濾波器設計比較容易,消除雜訊也較簡單。


若需同時具備pFM與pWM的優點的話,可選擇pWM/pFM切換控制式DC/DC變換器。此功能是在重負荷時由pWM控制,低負荷時自動切換到pFM控制,即在一款產品中同時具備pWM的優點與pFM的優點。在備有待機模式的系統中,采用pFM/pWM切換控制的產品能得到較高效率。


就DC-DC變換器而言目前業界pFM只有Singlephase,且以RippleMode的模式來實現,故需求輸出端的Ripple較大。沒有負向電感電流,故可提高輕載效率。由於是看輸出Ripple,所以Transient很好,在做Dynamic的時候沒有under-shoot。pWM有Singlephase&Multi-phase,多以VoltageModeorCurrentMode來實現,對輸出Ripple沒有要求,輕載時存在電感負向電流,故輕載效率較差,Compensation較Ripple相比較慢。將pWM于pFM結合使用,當偵測到電感負電流的時候,變出現pulseSkipping,而不再受內部Clock控制。此時,controllerwillturnoffbothh-mos&l-mos,Coss&L會出現阻尼振蕩。


每位工程師接觸的領域不相同,可能有的領域是用pFM比較多,有的是用pWM比較多,但從整個電源行業來說,相信目前還是pWM用的多.上世紀80年代至今,pWM開始了在電源變換領域的“王朝統治"地位,因為每種方式都有缺點和優點.關鍵還是看是否適合客戶要吧在論壇看到一位網友是這樣寫的,我覺得寫的比較形象,他說假如把pFM與pWM的電源用車來比較的話,用pFM的=奔馳,用pWM的=大眾。


pFM相比較pWM重要優點在于效率


1、關于外圍電路相同的pFM和pWM而言,其峰值效率pFM與pWM相當,但在峰值效率以前,pFM的效率遠遠高于pWM的效率,這是pFM的重要優勢.


2、pWM由于誤差放大器的影響,回路增益及響應速度受到限制,pFM具有較快的響應速度


pFM相比較pWM重要缺點在于濾波困難


1、濾波困難(諧波頻譜太寬)。


2、峰值效率以前,pFM的頻率低于pWM的頻率,會造成輸出紋波比pWM偏大。


3、pFM控制相比pWM控制IC價格要貴。


pFM之所以應用沒有pWM多最重要的一個原因就是另外一個原因就是pWM的巨大優點了:控制方法實現起來容易,pFM控制方法實現起來不太容易。


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