开关电源的PWM与PFM之间的区别和优缺点

什么是开关稳压器

图1 开关稳压器功能框图

开关稳压器(Regulatior)，就是实现稳压，需要控制系统(负反馈)，当电压上升时通过负反馈把它降低，当电压下降时就把它升上去，这样形成了一个控制环路。如图1中是脉冲宽度调制（PWM），当然还有其他如：脉冲频率调制（PFM）、移相控制方式等。

开关稳压器主要有两种控制方式： 脉冲宽度调制（PWM） 和 脉冲频率调制（PFM） 。

脉冲宽度调制（PWM）： Pulse Width Modulation 频率固定，占空比改变；

脉冲频率调制（PFM）： Pulse Frequency Modulation 导通/关断时间固定，频率改变；

图2 PWM/PFM控制方式的定义

占空比：

所谓占空比，就是开通的时间Ton与开关周期T的比值，Ton(开通时间) + Toff(关断时间) = T(开关周期)，占空比 D=Ton / T。通过改变占空比并输出很多个脉冲，高频地切换，利用在开关接通期间存储能量，在开关切断时提供此能量的手段，从而实现平稳的电压。

图3 占空比示意图

PWM与PFM之间的优缺点：

1）脉冲宽度调制（PWM）

由于在PWM调制方式下是持续性工作的，电感也是持续充放电，因此，在PWM调制模式下，重负载时的效率较高、纹波较低、但EMI/噪声会更大。

2）脉冲频率调制（PFM）

由于PFM调制方式下为歇性性工作，电感也是间断性的充放电，因此，在轻负载时效率比PWM更高、EMI/噪声更低、但纹波较大。

总结：

其实，许多电源芯片都兼容这两种控制模式，就是为了提高全范围负载效率，如轻载时，芯片进入 PFM 控制模式；重载时，芯片强制进入 PWM 模式。

许多有经验的工程师，在电源设计时在输出端增加假负载，目的就是防止在空负载或者轻负载时带来的高纹波对后续电路带来不利影响，在开关电源电路中尤为常见。

审核编辑：汤梓红