电源设计中的PWM是什么
顾名思义，开关模式电源使用半导体开关（通常为MOSFET）来驱动磁性元件，通常是变压器或电感器。然后对开关电源电路的输出进行整流和调节，以提供直流输出。开关模式电源很受欢迎，因为它们比非开关替代产品（如线性稳压器）的效率要高得多。
什么是PWM
脉宽调制（PWM），也称为脉冲持续时间调制（PDM），是一种用于降低交流电（AC） 信号中平均功率的技术。有效地斩断部分波形可降低平均电压，而不会影响信号的基本频率。增加电压"关闭"的周期会降低平均电压，从而降低功率。
使用PWM输出控制
开关模式电源必须实现反馈控制环路，以在不断变化的负载条件下保持其输出电压和所需的限值 - 电源的输出电压通过误差放大器反馈以提供控制信号。最常见的控制方法是使用脉宽调制（PWM）。调整电源输入端交流信号的脉冲宽度以增加或减少电能，这反过来又转化为电源输出端电压的变化。例如，增加输入脉冲宽度和输出电压上升，减小脉冲宽度，降低输出电压。该机制提供输出电压的闭环反馈控制。
要记住的一个问题是，典型的交流波形往往具有良性的上升沿和下降沿。当应用PWM控制时，上升沿和下降沿会变得更加突然，特别是在占空比较小的条件下。突然的电压变化会产生瞬变，从而导致电磁噪声，并在电路内引起较大的浪涌电流。此外，控制电路中的微小误差可能会被放大为显著的输出误差，从而可能导致输出电压不稳定。标准解决方案是避免输入波形的突然开关，而是使用斜率补偿技术限制变化率。
峰值电流模式控制（PCMC）技术为PWM电源提供了一种简单的解决方案，但需要电压模式控制的电感-电感-电容器（LLC）转换器除外。当占空比接近其最大值时，PWM控制将始终具有挑战性。设计电路以避免这种情况总是比添加额外的控制电路来应用斜率补偿以防止输出不稳定更可取。
设计注意事项
暂定起始电流
开关模式电源的缺点之一，特别是在隔离式电源中使用时，可能是由于电源的电感元件在接通时通电而产生相当大的瞬态电流。此外，初始电流是不可预测的;当电感元件首次通电时，它将随交流循环中的确切点而变化。
基于PWM的控制电路可以实现软启动功能，该功能可以控制初始上电阶段，以限制电路可用的能量并限制通电电流，直到电源达到稳态状态。限制初始浪涌电流可保护元件，并可降低与瞬时电流相关的噪声排放。
过流保护
PWM控制的一个优点是，如果输出电流超过定义的限值，电流检测逻辑可用于通过关闭PWM来禁用电源。这提供了一种简单易行的过流保护机制，一旦电流返回其边界内，该机制就会自动复位。
通过脉冲频率调制管理低负载
开关模式电源中PWM的主要缺点之一是在非常低的负载下固有的效率低下。在空载条件下，由于电源控制电路，电源将继续产生损耗。对于在待机模式下长时间运行的电池电源设备来说，这可能是一个问题，其中电源的效率决定了电池寿命。
这种情况的解决方案是脉冲频率调制（PFM）代替PWM。在这里，交流波形的占空比不变，电源输出的控制是通过改变交流输入的频率来实现的。
PFM的主要问题是，由于在更宽的频率范围内产生噪声，噪声滤波设计变得更具挑战性。
其他问题是PFM控制将产生比PWM控制大得多的输出电压纹波，并且瞬态响应时间可能要长得多。如果电源驱动对电压波动敏感的元件，尤其是集成电路，这些问题会使设计人员的任务更加困难。
电源芯片现在提供内置双模PWM和PFM控制功能，可根据输出负载自动切换。因此，根据定义，将PFM控制限制在低负载条件下将最大限度地减少发射噪声和电压纹波等不利影响的影响。
通过脉冲跳跃调制管理低负载
管理低负载条件的另一种技术是在短时间内关闭PWM波形，并依靠电源的输出电容在此期间保持输出电压。这种禁用PWM波形的过程称为脉冲跳跃或脉冲跳跃调制（PSM）。在空载条件下，PWM波形只需要短时间间歇性使能，以补偿电源本身消耗输出电容的损耗。
结论
使用PWM的主要优点是功率损耗非常低，这要归功于其高效率，利用非常高的频率实现最佳电路设计。与用于电源设计的同类技术相比，它的实现成本也相对较低，并且能够处理高负载。主要缺点是管理低负载所需的额外复杂性。然而，将PWM控制与自动低负载管理相结合的集成器件的可用性简化了电源设计人员的这项任务。
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