【R课堂】开关稳压器的基础：PWM和PFM

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开关稳压器的基础：PWM和PFM

针对开关稳压器的基础，介绍电压控制方法。不论开关稳压器与否，电压稳压器的功能为产生稳定化的输出电压。为此，已在“反馈控制方式”一项中说明，必须将输出电压反馈至控制电路来进行环路控制。在这里，要说明的是、有关电压控制的方式，例如该进行何种控制才能将输入电压调整为5V等。

开关稳压器如名称所示，是借着开关输入电压，也就是ON/OFF来转换成所希望的输出电压。此结构已在“工作原理”一项中说明，简单来说就是开关后平均化以均衡已设定输入电压的输出电压。此输入电压的开关法主要有2個方法。

・PWM控制（脉冲宽度调制）

PWM是最普通的电压控制方法。在恒定周期下，将开关设为ON，从输入截取符合输出所需功率的部分。因此，ON和OFF的比率、占空比会随必要的输出功率而变化。

由于频率恒定，故有可预测即将产生的开关噪声、滤波器处理容易等优点。其缺点是，由于频率恒定，重负载时和轻负载时的开关次数都相同，自我消耗电流不变，故轻负载时开关损耗是主要损耗而效率降低。

●频率恒定根据占空比调整输出电压

• 频率恒定，易于过滤噪声
• 频率恒定，轻负载时开关损耗效率显著恶化
  

・PFM控制（脉冲频率调制）

PFM有固定ON时间型和固定OFF时间型。以固定ON时间型为例（下图参考），ON时间恒定OFF时间变化。 换句话说，接下来一直到ON之前的时间会改变。当负载变大时，将会随着负载增加时间内的ON次数。也就是说，重负载时频率会变高，轻负载时频率会变低。

其优点是，轻负载时无需增加功率，开关频率变低，开关次数减少，开关损耗减少，故轻负载时也可维持高效率。其缺点是，频率会变化，开关相关噪声不稳定且难以滤波。噪声难消除。此外，频率一进入可听带20kHz时有可能会发生声响等对音响设备的S/N造成影响。从这个意义来说，PWM比较容易操作。

●ON（或OFF）时间设为恒定，调整OFF（或ON）时间

• 轻负载时会降频率工作，故开关损耗会减少而维持效率
• 频率不稳定，故噪声滤波困难而有进入听觉范围的可能性
  

利用哪一方，必须在理解各特性后权衡。

●PWM和PFM的效率特性示意图

• PWM轻负载时恒定周期开关，故效率低下。
• PFM轻负载时会降频率工作，故开关损耗减少而维持效率。
• 有些IC于稳定工作时采PWM工作，于轻负载时开关成PFM来维持效率。
  

有奖问答：有些IC为了能够利用双方的优点，于_________时采PWM工作，于_______时开关成PFM来维持效率。

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