开关稳压器基础知识:PWM和PFM

作为开关稳压器的基础知识，在本节中，我们将介绍电压控制方法。无论采用何种类型的开关稳压器，稳压器的功能都是产生稳定的输出电压。为此，环路控制通过将输出电压反馈给控制电路来执行，如"反馈控制方法"一节中所述。本节的主题是电压控制方法，描述了执行哪些控制以将输入电压调节到5V。

顾名思义，开关稳压器通过切换输入电压（即通过打开和关闭输入电压）将输入电压转换为所需的输出电压。正如"工作原理"一节中所解释的那样，简单来说，这种方法涉及切断输入电压并将其平滑以匹配所需的输出电压。有两种主要的方法可以斩波输入电压，如下所述。

PWM控制（脉宽调制）

PWM代表了最常用的电压控制方法。在这种方法中，在固定周期下，打开与需要输出的功率相对应的功率量，以将其从输入中提取。因此，开和关之间的比率，即占空比，随着所需输出电功率的函数而变化。

PWM控制的一个优点是，由于频率是固定的，因此可以预测产生的任何开关噪声，从而促进滤波过程。该方法的缺点是，由于频率恒定，无论负载是高还是低，开关操作的次数都保持不变，因此，自消耗电流不会改变。因此，在轻负载时，开关损耗变得占主导地位，从而显著降低了效率。

频率恒定，输出电压随占空比调节

固定频率便于噪声滤波
由于即使在轻负载操作期间频率也保持固定，开关损耗会降低效率

PFM控制（脉冲频率调制）
PFM有两种类型：固定导通时间和定断时间型。以固定开启时间类型为例（见下图），导通时间是固定的，关断时间可变。换句话说，下次打开电源所需的时间长短会有所不同。当负载增加时，在给定时间长度内的导通次数会增加，以跟上负载的步伐。因此，在重负载下，频率增加，在轻负载下，频率降低。

从积极的一面看，由于在轻负载操作期间不需要增加大量功率，因此降低了开关频率，减少了所需的开关操作次数，从而降低了开关损耗。因此，PFM方法可确保即使在轻负载下也能保持高效率。在负侧，由于频率变化，与开关相关的噪声保持不变，使得滤波过程难以控制，噪声难以消除。此外，如果噪声进入20kHz以下（这是一个可听见的频段），则可能会发生振铃问题，从而对音频设备中的S/N产生不利影响。就噪声而言，PWM在许多方面可能更可取。

开（或关）时间固定，关断（或开）时间调整

在轻负载下的频率降低操作可降低开关损耗并保持效率。
未知频率使噪声过滤变得困难，结果是一些噪声最终进入可听频段

采用哪种方法（PWM与PFM）的问题需要很好地理解这两种方法的性质，并涉及权衡。为了实现两全其美并保持高效率，有些IC在稳态操作期间以PWM运行，并切换到PFM以处理轻负载。

图示了PWM和PFM的效率特性

PWM即使在轻负载期间也能以固定周期进行开关操作，效率可能很低。
PFM通过降低轻负载下的频率来工作，可降低开关损耗并保持高效率。
有些类型的电源IC在稳态操作期间作用于PWM，并在轻负载期间切换到PFM，以降低噪声并提高效率。

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