DC-DC转换器的输出电压调节模式
dc-dc----输出电压调节模式
引言：pwm和pfm是两种dc-dc转换器的输出电压调节模式，两种模式的原理和性能是不一样的，尤其体现在重负载和轻负载时的效率。简单地讲，dc-dc转换的过程就是将直流暂时转换成交流，对其进行平滑滤波处理后再转回直流。
1.pwm
pwm(pulse width modulation)：脉冲宽度调制，即驱动信号为恒定频率，但是改变一个周期内的高低电平比例(占空比)，如图7-2(此图是将几种负载情况下波形放到一起，实际一种负载场景时只有一个pwm on/off比)所示，pwm 由于频率恒定，因此无论负载如何都会恒定切换，固定一个周期t内有总一个fet打开，开关次数也会相同。所以存在rdson损耗，在负载较轻时效率会显著降低。而pfm则能够在轻负载时减少开关次数(理解为频率变慢)，从而可以保持效率。
图7-1：pwm产生原理
图7-1简单表示了pwm信号的产生过程：输出的两个分压电阻出来做采样信号，然后通过一个补偿器和精准源的比较，再把输出的误差信号和一个固定频率ramp(三角波比较)，得到固定周期的脉冲，开关频率由pwm斜坡信号(三角波)频率设定(实际决定开关频率的是输出iout大小，vout的值并不会显著影响开关频率的选择，这一点需要分清)。脉冲信号经由drv驱动器驱动上下mos开关。
图7-2：pwm模拟波形
pwm的特点是周期恒定，on/off时间比变动，在轻负载时使用pwm，由于频率恒定，开关损耗导致效率劣化，但频率恒定，更易于过滤噪声，vout纹波较pfm小。
2.pfm
pfm(pulse frequency modulation)：脉冲频率调制，即驱动信号为变频，on的时间恒定，来调整off时间，或者off的时间恒定来调整on的时间，等效周期t变动(图7-3，此图是将几种负载情况下波形放到一起，实际一种负载情况只对应一个pfm周期)。本质上是一个间歇式接通和关断的固定频率 (pwm) 的转换器。在效率方面，pfm更具优势，所以也叫低功耗模式，可以在较长时间段内只保持一个fet打开，但由于pfm的开关频率会随负载的变化而变化，因此开关噪声的频率不确定，从而难以滤除噪声。另外，如果频率发生变化并进入可听频段，有可能会产生振铃问题。pwm由于频率恒定，可推测产生噪声的频点频率和倍频频率，易于滤除噪声。
图7-3：pfm模拟波形
pfm的特点是on时间恒定off时间变动=周期变动，降低频率后工作，开关损耗减少，但是变频特性，导致后级滤波比较有难度。从vout纹波来看，纹波变大，因为它这种模式下已经不是每个周期都调整pwm，而是反馈信号到了窗口比较器的上限或者下限的时候才做出调整。
3.pwm到pfm的切换
pfm模式通过减少振荡，降低开关损耗来提升效率，当增加负载时，振荡慢慢减少，最后变为pwm模式，图7-4到图7-6逐渐演示了这一过程。脉冲跳跃间隔(pfm)取决于负载，随着负载的增加，开关脉冲出现的频度增高(例如在40ma时每6.5us出现一次，而在1ma时则是每100us出现一次)，如果负载继续增加到一定程度，则转换器将进入恒定频率(pwm)模式。
图7-4：pfm模式，iout=0a
图7-5：pfm模式，iout=0.2a(轻载)
图7-6：pwm模式，iout=0.6a
4.psm
psm：脉冲跨周期调制，即驱动信号定频定宽，但是脉冲时有时无，当负载变轻时，驱动信号就会跳过一些开关周期，在被跨过的周期内，开关功率管一直保持为关断的状态。当负载发生变化时，通过改变跨周期出现的次数，来实现对系统的调整与控制(也可以将psm理解为进阶的pfm，或者说是动态的pfm，相关波形这里不再给出，感兴趣的可以自己绘制)。psm有更高的效率，并且其开关损耗与系统的输出功率成正比。但是这种调控方式，会使输出电压有着比较大的纹波电压，不适合用于为对电源电压精度要求很高的一些系统供电，所以psm的运用比较少见，更多以为pwm配合pfm为主。
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引言：pwm和pfm是两种dc-dc转换器的输出电压调节模式，两种模式的原理和性能是不一样的，尤其体现在重负载和轻负载时的效率。简单地讲，dc-dc转换的过程就是将直流暂时转换成交流，对其进行平滑滤波处理后再转回直流。
1.pwm
pwm(pulse width modulation)：脉冲宽度调制，即驱动信号为恒定频率，但是改变一个周期内的高低电平比例(占空比)，如图7-2(此图是将几种负载情况下波形放到一起，实际一种负载场景时只有一个pwm on/off比)所示，pwm 由于频率恒定，因此无论负载如何都会恒定切换，固定一个周期t内有总一个fet打开，开关次数也会相同。所以存在rdson损耗，在负载较轻时效率会显著降低。而pfm则能够在轻负载时减少开关次数(理解为频率变慢)，从而可以保持效率。
图7-1：pwm产生原理
图7-1简单表示了pwm信号的产生过程：输出的两个分压电阻出来做采样信号，然后通过一个补偿器和精准源的比较，再把输出的误差信号和一个固定频率ramp(三角波比较)，得到固定周期的脉冲，开关频率由pwm斜坡信号(三角波)频率设定(实际决定开关频率的是输出iout大小，vout的值并不会显著影响开关频率的选择，这一点需要分清)。脉冲信号经由drv驱动器驱动上下mos开关。
图7-2：pwm模拟波形
pwm的特点是周期恒定，on/off时间比变动，在轻负载时使用pwm，由于频率恒定，开关损耗导致效率劣化，但频率恒定，更易于过滤噪声，vout纹波较pfm小。
2.pfm
pfm(pulse frequency modulation)：脉冲频率调制，即驱动信号为变频，on的时间恒定，来调整off时间，或者off的时间恒定来调整on的时间，等效周期t变动(图7-3，此图是将几种负载情况下波形放到一起，实际一种负载情况只对应一个pfm周期)。本质上是一个间歇式接通和关断的固定频率 (pwm) 的转换器。在效率方面，pfm更具优势，所以也叫低功耗模式，可以在较长时间段内只保持一个fet打开，但由于pfm的开关频率会随负载的变化而变化，因此开关噪声的频率不确定，从而难以滤除噪声。另外，如果频率发生变化并进入可听频段，有可能会产生振铃问题。pwm由于频率恒定，可推测产生噪声的频点频率和倍频频率，易于滤除噪声。
图7-3：pfm模拟波形
pfm的特点是on时间恒定off时间变动=周期变动，降低频率后工作，开关损耗减少，但是变频特性，导致后级滤波比较有难度。从vout纹波来看，纹波变大，因为它这种模式下已经不是每个周期都调整pwm，而是反馈信号到了窗口比较器的上限或者下限的时候才做出调整。
3.pwm到pfm的切换
pfm模式通过减少振荡，降低开关损耗来提升效率，当增加负载时，振荡慢慢减少，最后变为pwm模式，图7-4到图7-6逐渐演示了这一过程。脉冲跳跃间隔(pfm)取决于负载，随着负载的增加，开关脉冲出现的频度增高(例如在40ma时每6.5us出现一次，而在1ma时则是每100us出现一次)，如果负载继续增加到一定程度，则转换器将进入恒定频率(pwm)模式。
图7-4：pfm模式，iout=0a
图7-5：pfm模式，iout=0.2a(轻载)
图7-6：pwm模式，iout=0.6a
4.psm
psm：脉冲跨周期调制，即驱动信号定频定宽，但是脉冲时有时无，当负载变轻时，驱动信号就会跳过一些开关周期，在被跨过的周期内，开关功率管一直保持为关断的状态。当负载发生变化时，通过改变跨周期出现的次数，来实现对系统的调整与控制(也可以将psm理解为进阶的pfm，或者说是动态的pfm，相关波形这里不再给出，感兴趣的可以自己绘制)。psm有更高的效率，并且其开关损耗与系统的输出功率成正比。但是这种调控方式，会使输出电压有着比较大的纹波电压，不适合用于为对电源电压精度要求很高的一些系统供电，所以psm的运用比较少见，更多以为pwm配合pfm为主。
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