開關(guān)電源中的PWM方式和PFM調(diào)制方式

一、【PWM方式和PFM方式】

根據(jù)狀況區(qū)分使用PWM和PFM可進(jìn)一步提高效率，如高負(fù)載(使用電流)時(shí)使用周期恒定的PWM控制，輕負(fù)載(不使用電流)時(shí)使用周期變化的PFM控制。

■PWM (脈寬調(diào)制)：頻率恒定，通過(guò)開關(guān)ON從輸入電壓中調(diào)取輸出部分的控制方式。

■PFM (脈沖頻率調(diào)制)：通過(guò)固定ON時(shí)間、改變頻率(改變OFF時(shí)間)來(lái)調(diào)取輸出部分的方式。反之，也有固定OFF時(shí)間、改變ON時(shí)間的方式。

PFM方式根據(jù)輸出電流量改變頻率，效率較高，但開關(guān)時(shí)會(huì)不定期發(fā)生噪音。這種頻率無(wú)法確定的噪音很難消除，要解決噪音，采用頻率恒定的PWM方式更容易操作。

這樣，噪音低的PWM和效率高的PFM可互為補(bǔ)充，高頻率驅(qū)動(dòng)的高負(fù)載(噪音發(fā)生較多)時(shí)采用PWM，電流使用較少的低負(fù)載時(shí)采用PFM，擇優(yōu)使用，即可盡可能提高效率。

二、DC/DC轉(zhuǎn)換器

何謂DC/DC轉(zhuǎn)換器?

DC/DC轉(zhuǎn)換器是一種將DC(直流)轉(zhuǎn)換為DC(直流)的元件，具體是指利用DC(直流)轉(zhuǎn)換電壓的元件。IC等電子元件各自的工作電壓范圍不同，因此需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓。

生成電壓低于初始電壓的轉(zhuǎn)換器被稱為"降壓轉(zhuǎn)換器";生成電壓高于初始電壓的轉(zhuǎn)換器被稱為"升壓轉(zhuǎn)換器"。

名稱說(shuō)明

DC/DC轉(zhuǎn)換器是指將直流轉(zhuǎn)換為直流的裝置的名稱。

它常被稱為線性穩(wěn)壓器或開關(guān)穩(wěn)壓器等，以轉(zhuǎn)換方式的名稱命名。

為何需要DC/DC轉(zhuǎn)換器?

插入插座進(jìn)行工作的電氣產(chǎn)品需要使用將AC(交流)100V轉(zhuǎn)換為DC(直流)的"AC/DC轉(zhuǎn)換器"。這是因?yàn)榇蟛糠职雽?dǎo)體部件只能在DC下工作。整機(jī)電路板上搭載的IC等具有各自固有的工作電壓范圍，電壓精度要求也不同。通過(guò)電壓不穩(wěn)的電源等供電會(huì)導(dǎo)致誤動(dòng)作或特性劣化等異常。因此，需使用"DC/DC轉(zhuǎn)換器"轉(zhuǎn)換為所需的電壓并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化。

通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定的裝置被稱為電壓穩(wěn)壓器。

電源IC種類

電源IC大致分為線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器兩種。

作為其各自的輸出形式，線性穩(wěn)壓器僅可降壓輸出比輸入電壓低的電壓。

開關(guān)穩(wěn)壓器則具有自由度，輸出形式包括以下4種：

?降壓輸出比輸入電壓低的電壓

?升壓輸出比輸入電壓高的電壓

?升降壓輸出恒定電壓，與輸入電壓的高低無(wú)關(guān)

?從正電壓反轉(zhuǎn)輸出負(fù)電壓

而且，開關(guān)穩(wěn)壓器的整流方式有同步整流和非同步整流(二極管整流)。

【電源IC種類】

線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器

通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定的裝置被稱為電壓穩(wěn)壓器。

按轉(zhuǎn)換方式，電壓穩(wěn)壓器分為線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器2種類型。

線性穩(wěn)壓

因工作時(shí)輸入與輸出的關(guān)系呈線型，故被稱為"線性穩(wěn)壓器"。

因輸入與輸出間串聯(lián)有控制元件，有時(shí)也被稱為"串聯(lián)穩(wěn)壓器"。

通過(guò)控制元件降壓，因此輸入與輸出的電壓差(降壓程度)越大損耗就越大，效率也越低。因此適用于小功率的電源。

優(yōu)點(diǎn)：

電路簡(jiǎn)單

外接部件少

噪音小

缺點(diǎn)：

效率低

發(fā)熱大

僅降壓型轉(zhuǎn)換器

開關(guān)穩(wěn)壓器

接通開關(guān)元件(MOSFET)，從輸入端向輸出端供電，直至輸出電壓達(dá)到所需電壓。

輸出電壓達(dá)到規(guī)定值后，開關(guān)元件即關(guān)閉，不再消耗輸入功率。

通過(guò)高速重復(fù)這一動(dòng)作，將輸出電壓調(diào)節(jié)到規(guī)定值。

優(yōu)點(diǎn)：

效率高

發(fā)熱小

可實(shí)現(xiàn)升壓/降壓/負(fù)電壓的轉(zhuǎn)換

缺點(diǎn)：

外置部件多

設(shè)計(jì)困難

噪音大

線性穩(wěn)壓器的工作原理

一般的引腳構(gòu)成

線性穩(wěn)壓器基本上由VIN (輸入)、VO (輸出)、GND (接地)三個(gè)引腳構(gòu)成。

在輸出可變的線性穩(wěn)壓器上添加了用于反饋輸出電壓的FB(反饋引腳)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電壓固定型是內(nèi)置了電壓可變型的外接電阻的穩(wěn)壓器。

線性穩(wěn)壓器的內(nèi)部電路概要如下圖所示。

其工作原理與反相放大電路相同，誤差放大器的非反相引腳(FB)電壓與基準(zhǔn)電壓 (VREF) 相同，因此輸出電壓值(VO)由兩個(gè)電阻(R1和R2)的阻值比決定。

VO=[ (R1+R2) / R2 ] x VREF

下圖的輸出晶體管為MOSFET，不過(guò)也有使用雙極晶體管的產(chǎn)品。

線性穩(wěn)壓器的分類

按功能分類

線性穩(wěn)壓器按功能進(jìn)行分類時(shí)，首先可分為正電壓用和負(fù)電壓用兩種。

根據(jù)使用電路不同，也有不需要正電源，而需要負(fù)電源的產(chǎn)品。

若只有正側(cè)電源，則不能處理接地電位以下的電壓，不能將晶體管的輸出引腳的電壓分配至負(fù)電平。將控制晶體管裝入負(fù)輸出線，從而產(chǎn)生負(fù)電壓。

【按功能分類】

其次，還可分為電壓固定型和電壓可變型兩種。固定型由輸入、輸出、GND三個(gè)引腳構(gòu)成，內(nèi)置有輸出電壓設(shè)定用電阻。

可變型為GND基準(zhǔn)型時(shí)，添加反饋引腳變成四個(gè)引腳?？勺冃椭幸灿袩o(wú)GND引腳的浮動(dòng)工作型，這種情況為三個(gè)引腳。

電壓固定型和電壓可變型之后還可分為標(biāo)準(zhǔn)型和LDO兩種。

LDO是Low Dropout的縮寫，是降低了輸入輸出間電位差的線性穩(wěn)壓器。標(biāo)準(zhǔn)型的輸入輸出間電位差最低也有約2V，而LDO可控制在1V以下。

何謂LDO?

LDO是Low Dropout的縮寫，是即使較低的輸入輸出間電位差也可進(jìn)行工作的線性穩(wěn)壓器。

有時(shí)也稱為低損耗型線性穩(wěn)壓器或低飽和型線性穩(wěn)壓器。

關(guān)于LDO的輸入輸出間電位差并無(wú)數(shù)值性的定義，一般是指穩(wěn)壓器穩(wěn)定工作時(shí)最低電位差可控制在1V以下的穩(wěn)壓器。

例如，對(duì)于需要3.3V電源的IC，由于標(biāo)準(zhǔn)型不可制作5V到3.3V電源，因此，需要輸入輸出間電位差較低的LDO。

這樣，LDO在輸出與標(biāo)準(zhǔn)型穩(wěn)壓器相同的電壓時(shí)，也可設(shè)定較低的輸入電壓。

通過(guò)低電位差工作，可使能量損耗較少，可進(jìn)行抑制散熱等設(shè)計(jì)。

壓降

在線性穩(wěn)壓器的內(nèi)部，從VIN到VO間加入了晶體管，使此晶體管穩(wěn)定工作所需的輸入輸出間最低電位差稱為壓降。

輸入輸出間電壓差低于壓降時(shí)，晶體管難以維持穩(wěn)定的工作，輸出電壓會(huì)降低。

這樣，為了使含有LDO的線性穩(wěn)壓器工作，設(shè)定了所需的最低輸入電壓值，此時(shí)(VO + 壓降) 即為穩(wěn)壓器的最低工作電壓值。

輸入電壓值 (VIN) 低于最低工作電壓時(shí)，輸出電壓不能穩(wěn)定工作。