PFM與PWM的技術總結

PFM與PWM的技術總結

做電源設計的應該都知道PWM 和PFM 這兩個概念
開關電源的控制技術主要有三種：(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：（pulse width modulation）脈沖寬度調制
脈寬調制PWM是開關型穩(wěn)壓電源中的術語。這是按穩(wěn)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(wěn)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(wěn)定輸出電壓的目的。
PFM：（Pulse frequency modulation) 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FM
PWM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連續(xù)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(tài)功耗小的優(yōu)點，但它沒有限流的功能也不能工作于連續(xù)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(yōu)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。但如果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，所以噪聲濾波器設計比較容易，消除噪聲也較簡單。
若需同時具備PFM與PWM的優(yōu)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(yōu)點與PFM的優(yōu)點。在備有待機模式的系統(tǒng)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(yè)界PFM只有Single Phase，且以Ripple Mode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。由于是看輸出Ripple，所以Transient很好，在做Dynamic的時候沒有under-shoot。PWM有Single Phase & Multi-phase，多以Voltage Mode or Current Mode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Pulse Skipping，而不再受內部Clock控制。此時，controller will turn off both h-mos & l-mos，Coss & L會出現阻尼振蕩。
每位工程師接觸的領域不一樣，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(yè)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(tǒng)治"地位,因為每種方式都有缺點和優(yōu)點.關鍵還是看是否適合客戶需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，他說如果把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主要優(yōu)點在于效率
1、對于外圍電路一樣的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的主要優(yōu)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主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多最主要的一個原因就是另外一個原因就是PWM的巨大優(yōu)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。