淺談開(kāi)關(guān)電源的PFM與PWM模式，淺談是多淺？

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大家好，我是工程師看海。

DCDC開(kāi)關(guān)電源有兩種常見(jiàn)的工作模式，就是我們常聽(tīng)說(shuō)的PWM模式和PFM模式，一種是普通工作模式，另一種是低功耗工作模式，本節(jié)以BUCK結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)電源為例介紹二者工作的特點(diǎn)，以及區(qū)分方法。

PWM：pulse width modulation，是脈沖寬度調(diào)制，特點(diǎn)是開(kāi)關(guān)的頻率固定或者說(shuō)開(kāi)關(guān)周期固定，占空比變化。

PFM：Pulse frequency modulation，是脈沖頻率調(diào)制，特點(diǎn)是開(kāi)關(guān)頻率是變化的，或者說(shuō)開(kāi)關(guān)周期是變化的。

二者的波形對(duì)比見(jiàn)下圖。

為什么用PFM模式呢？

這是因?yàn)樨?fù)載根據(jù)不同的工作狀態(tài)有不同的電流消耗，而且電流差異很大，小電流可能只有幾個(gè)mA，大電流有幾百mA甚至幾A，而開(kāi)關(guān)電源由于固定的開(kāi)關(guān)頻率而使得在低負(fù)載電流時(shí)效率并不高，為了提高電源的效率，降低電源自身在低電流時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗，就提出了PFM工作模式。

原文來(lái)自我的原創(chuàng)書(shū)籍《硬件設(shè)計(jì)指南 從器件認(rèn)知到手機(jī)基帶設(shè)計(jì)》

可以知道，PWM模式時(shí)BUCK的管子一直處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，電感不斷地充電、放電，而PFM模式時(shí)管子只偶爾開(kāi)關(guān)下，俗稱(chēng)間歇性開(kāi)關(guān)，偶爾給電感充放電一次。

由于PWM模式BUCK的控制管子是連續(xù)開(kāi)關(guān)，而PFM模式的管子是間歇性開(kāi)關(guān)，這就導(dǎo)致了二者有個(gè)最顯著的差異，即：PFM模式的紋波要大于PWM。

怎么判斷電源工作在PFM還是PWM模式呢？

下圖是某電源的PFM和PWM波形測(cè)試結(jié)果，第一行是輸出電壓紋波，可以看到PFM模式的紋波要大于PWM模式，第二行是電源開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)SW位置的電壓波形，可以看到PFM模式時(shí)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通下就停了，而PWM模式的SW節(jié)點(diǎn)是一直處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，這個(gè)可以作為區(qū)分PFM和PWM的標(biāo)志。

第三行是電感的充放電電流波形，可以看到PFM模式下，電感間歇性的充放電波形，而PWM模式的電感是連續(xù)的充放電，這也可以作為區(qū)分PFM和PWM模式的標(biāo)志。

上面波形中PFM模式是間歇性的開(kāi)關(guān)一次，有的情況是間歇性開(kāi)關(guān)多次，比如下圖，第一行是開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的波形，就是間歇性的產(chǎn)生開(kāi)關(guān)脈沖序列，從第三行可以看到電感，在開(kāi)關(guān)時(shí)電感反復(fù)充放電，開(kāi)關(guān)停止則充放電也就停止了。

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