有什么区别？我们探索了脉冲频率调制作为控制开关模式电压调节器的输出电压的技术。
最近我已经写了几篇关于DC-DC转换器的文章，也被称为开关电压调节器。这些是使用电感器、二极管、电子开关和输出电容来有效地减小或增大输入电压的大小的电源电路。为实现稳健的调节，这些电路监测输出电压并通过调整控制开关的波形来响应变化。
在开关调节器的讨论中最常见的调整技术是脉宽调制（PWM），这也是我迄今为止在LTspice模拟中一直使用的。然而，PWM并不是唯一调整输出电压的方法。本文将探讨一种重要的替代方法：脉冲频率调制（PFM）。
两种波形的逻辑高密度随时间增加。在PWM波形中，逻辑高维持的时间增加并且逻辑低维持的时间减少，使得周期能够保持恒定。占空比变化，但频率不变化。PFM波形明显不同：虽然图中的脉冲都具有相同的维持的时间，但相同脉冲之间的时间不同。
虽然术语“脉冲频率调制”可以被解释为“调制脉冲序列的频率”，但这根本不是这里发生的事情。在脉冲频率调制中，脉冲周期性地发生，并且该脉冲发生的频率被调制。结果不是调频无线电意义上的“调频”，而是对固定宽度脉冲的频率进行调制。
上述方案为定导通PFM：逻辑高维持的时间不变，通过改变逻辑低维持的时间来调整频率。在固定关闭时间PFM中，另一种方法是：逻辑低维持的时间不变，通过改变逻辑高维持的时间来调整频率。
正如我在开关调节器的初级介绍中所解释的那样，开关模式电压转换通过有利于开关元件的完全导通和完全关断状态——换言之，通过避免高功率损耗过渡区域来实现卓越的效率。然而，电压转换器中的开关需要改变状态，这使得转变是不可避免的。不管占空比如何，1MHz PWM波形每秒将有一百万个上升沿转变和一百万个下降沿转变。
当负载电路需要非常小的电流时，开关不需要在导通状态下花很多时间。利用PWM，这些低负载情况每秒需要与高负载情况每秒相同数量的转变，这在某种程度上预示着能量由于转变而被浪费，而不同的控制方案将使得不必要。
随着所需负载电流的减少，脉冲频率能随之减少，直到每秒PFM转变的数量明显低于其在相应PWM波形中的数量。较少的转换意味着较少的浪费能量，较少的浪费能量意味着调节器电路更有效地运行。
底线：PFM允许在轻负载条件下更高的效率。然而，在重载条件下，PFM的缺点变得显而易见。
开关模式电压转换产生开关噪声，该开关噪声可通过传导和RF发射对其他电路产生不利影响。这种噪音不能完全消除，相反，集成电路（IC）设计者努力减轻其对系统的影响。当开关频率稳定时，更容易做到这一点，原因如下：
PFM在所有这些技术中都使用扳手。与PWM不同，PFM不能维持恒定或可预测的开关频率，因此它会加重噪声和EMI问题，包括输出纹波。较高的输出纹波是PFM控制的潜在副作用。
当需要较少的负载电流时，PFM可提高效率。在这些条件下发生的较低的开关频率不太可能会引起有问题的干扰。然而，当需要更加多的负载电流时，PWM有利于噪声对策，而不会通过过度切换而降低效率。
为了在重负载和轻负载条件下最大化效率，IC设计者因此已经创建了响应于负载电流的变化在PWM和PFM之间来回切换的调节器。图2和图3分别显示了一个这种电路MAX17503在PWM模式和PFM模式下的操作。比较每个图中ILOAD=100 mA的效率值，您将看到PFM模式下操作的有益效果。
•图2。MAX17503的PWM模式电路效率与负载电流。图像由ADI提供
•图3。MAX17503的PFM模式电路效率与负载电流。图像由ADI提供
由于在很多类型的低电流操作模式下耗费大量时间的小型电池供电系统的扩散，低负载效率慢慢的变重要。如果你设计紧凑的电子设备，并且需要最大限度地延长电池的常规使用的寿命，脉冲频率调制是一个有价值的工具。在我的下一篇文章中，我将向您展示如何在LTspice中模拟开关调节器的PFM。