導語

 

數字電源的調製方式可以分為脈衝寬度調製（Pulse Width Modulation，PWM）和脈衝頻率調製（Pulse Frequcncy Modulation，PFM）模式。

 

脈衝寬度調製（簡稱脈寬調製）是在不改變頻率的情況下，通過調節脈衝的占空比來調節功率管的開關時間；而脈衝頻率調製（脈頻調製）模式是在不改變脈衝占空比的情況下，通過調節脈衝頻率來控製開管的開啟時間。兩種調製模式各有其優缺點。

 

脈寬調製方式，開關頻率恒定
，通過調節導通脈衝寬度來改變占空比，從而實現對電能的控製

，稱之為“定頻調寬”
；脈頻調製方式，其脈衝寬度恒定，通過調節開關頻率改變通斷比，從而實現對電能的控製，稱之為“定寬調頻”。

1、脈衝寬度調製

 

PWM的調製方法可分為定頻調調節和頻率調節兩大類，其中變頻調節又可分為恒定遲滯環寬控製、定開通時間控製和定管斷時間控製。

 

01、恒定遲滯環寬控製

 

恒定遲滯環寬控製的電路工作原理：施shi密mi特te觸chu發fa器qi初chu始shi輸shu出chu高gao電dian平ping，開kai關guan管guan開kai通tong
，輸shu出chu電dian壓ya上shang升sheng，當dang上shang升sheng到dao電dian壓ya最zui大da值zhi時shi，則ze施shi密mi特te觸chu發fa器qi輸shu出chu反fan轉zhuan，輸shu出chu低di電dian平ping，開kai關guan管guan關guan斷duan
；隨後輸出電壓下降，當下降到電壓最小值時，施密特觸發器輸出再次翻轉，輸出電平，開關管開通，如此周而複始地運行。

 

02、定開通時間控製

 

定開通時間控製的電路工作原理：單穩態觸發器初始位於穩態，輸出電平
，開關管截止

，輸出電壓下降；當dang下xia降jiang到dao電dian壓ya最zui小xiao值zhi時shi，施shi密mi特te觸chu發fa器qi輸shu出chu再zai次ci翻fan轉zhuan
，輸shu出chu高gao電dian平ping，開kai關guan管guan開kai通tong。通tong過guo時shi間jian後hou，單dan穩wen態tai觸chu發fa器qi自zi動dong翻fan轉zhuan進jin入ru穩wen態tai，輸shu出chu低di電dian平ping，開kai關guan管guan關guan斷duan

，完wan成cheng一yi個ge周zhou期qi的de運yun行xing。

 

03、定管斷時間控製

 

定管斷時間控製的電路工作原理：單穩態觸發器初始處於穩態，輸出高電平，開關管開通，輸出電壓上升
；當電壓上升到最大值時

，比較器翻轉
，輸出低電平，觸發單穩觸發器進入暫態，輸出低電平

，開關管關斷；經過時間後
，單穩態觸發器自動翻轉進入穩態，輸出高電平，開關管開通，如此周而複始地運行。

 

以上3種控製方法都屬於變頻控製方法，雖然電路相對簡單，但是頻率不固定，噪聲頻譜不固定

，加大了電磁幹擾的控製難度。

 

04
、定頻控製

 

定頻控製是當前最為廣泛的一種控製方法，該控製方法得以廣泛應用的主要原因有：

 

更易於變壓器和濾波器的設計，從而更便於減少電磁幹擾；

 

可以比較容易買到高性能價格比的PWM控製芯片。

 

定頻控製電路的穩態工作原理：輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)再(zai)誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)中(zhong)做(zuo)減(jian)法(fa)運(yun)算(suan)
，其(qi)誤(wu)差(cha)再(zai)放(fang)大(da)生(sheng)成(cheng)誤(wu)差(cha)電(dian)壓(ya)。在(zai)時(shi)鍾(zhong)脈(mai)衝(chong)到(dao)來(lai)時(shi)，鋸(ju)齒(chi)波(bo)複(fu)位(wei)
，比(bi)較(jiao)器(qi)輸(shu)出(chu)高(gao)電(dian)平(ping)
，開(kai)關(guan)管(guan)開(kai)通(tong)
，同(tong)時(shi)鋸(ju)齒(chi)波(bo)的(de)斜(xie)坡(po)信(xin)號(hao)由(you)零(ling)線(xian)性(xing)增(zeng)大(da)，當(dang)鋸(ju)齒(chi)波(bo)的(de)電(dian)壓(ya)上(shang)升(sheng)到(dao)最(zui)大(da)值(zhi)時(shi)
，比(bi)較(jiao)器(qi)翻(fan)轉(zhuan)
，輸(shu)出(chu)低(di)電(dian)平(ping)，開(kai)關(guan)管(guan)關(guan)斷(duan)，同(tong)時(shi)鋸(ju)齒(chi)波(bo)的(de)電(dian)壓(ya)繼(ji)續(xu)線(xian)性(xing)增(zeng)大(da)，直(zhi)到(dao)下(xia)一(yi)個(ge)時(shi)鍾(zhong)脈(mai)衝(chong)到(dao)來(lai)，鋸(ju)齒(chi)波(bo)再(zai)次(ci)複(fu)位(wei)開(kai)始(shi)新(xin)的(de)周(zhou)期(qi)。

 

從以上分析中可以看出，定頻控製的主要組成部分有時鍾（用於設置開關頻率）、基準電壓及輸出的誤差放大器、比較器（用於將誤差電壓與斜坡信號比較）和斜坡信號（鋸齒波）。

 

2、脈衝頻率調製

 

采用脈衝頻率調製模式的DC-DC轉換器，通過調節控製開關管通斷使脈衝頻率隨負載變化從而使輸出電壓恒定，即開關管的開關頻率隨負載和輸入電壓的變化而變化。

 

PFM控製的一個周期一般分為3個階段“電感電流上升、電感電流下降、電感電流保持為0”，實現時為兩種機製。

 

第一種是電感電流上升和下降階段的頻率和占空比保持固定，當負載變輕時，電感電流為0的“idle”階段時間變長
，係統工作頻率變小
，反之變大
，通過頻率的調整來逐步穩定輸出。

第二種機製是“one-shot”控製，利用單穩態觸發器代替振蕩器。係統工作於非“idle”周期時，單穩態觸發器和電流檢測電路共同形成占空比信號控製開管的導通關斷，利用係統輸出來控製何時進入“idle”周期。

PFM控製方法包括時鍾模擬PFM（Clocked PFM）、調周期PFM（Skipping Cycles）
、限流模式PFM（Current Limited PFM）等，其工作原理大同小異。

 

01
、時鍾模擬模式PFM控製

 

以時鍾模擬模式PFM控製為例
，采用的是第一種控製機製。輸出電壓通過一個電阻分壓器反饋到一個比較器的輸入端，比較器的另一個輸入端接基準電壓。

 

當輸出電壓反饋小於基準電壓時，比較器輸出為高，由振蕩器輸出50%占空比的方波控製功率開關管的開啟和關閉
，使輸出電源不斷對電感充電並傳遞給輸出電容
，從而維持輸出電壓
，處於PFM控製“active”狀態。

 

當輸出電壓反饋電容大於基準電壓時，比較器輸出為低
，振蕩器的輸出方波被屏蔽
，功率管始終關閉，由輸出電容對負載供電，處於PFM控製的“idle”狀態。

 

當輸出電壓的反饋電壓小於基準電壓時，電路進入PFM控製的“active”狀態
，電源不斷對電感進行充電使輸出電壓上升；當輸出電壓反饋反饋大於基準電壓時，電路進入PFM控製的“idle”狀態，功率管始終關閉，由輸出電容為負載提供電流，輸出電壓開始下降，直至低於基準電壓時再次進入“active”狀態。

 

其中“active”和“idle ”時間的長斷和負載大小及電源電壓有關也即實際等效開關頻率時變化的
，因此稱為PFM控製。