PSM和PWM模式上有哪些区别

RT6252A/B 是最高输入电压为 17V、负载能力为 2A、工作频率为 500kHz 的 ACOT 架构同步 Buck 转换器，它的上下桥开关都会在工作过程中参与过流保护工作，因而具有强劲的过流保护特性，能够避免输出短路、电感饱和等恶劣状况可能带来的危害，是许多低压电器值得信赖的电源转换器。

RT6252A/B 的型号后缀 A 和 B 是用来区分轻载条件下的工作模式的，A 代表自动实现的 PSM 工作模式，B 代表强制 PWM 工作模式，下面就来看看这两种模式到底有何差别。

这个电路在 PWM 模式下的工作波形如下图，其中也列出了电路的工作条件和关键元件电感器的参数。

当上桥开关导通时，VSW = 输入电压 12V，施加在电感上电压是 12V 和输出电压 5V 之间的电压差（7V），它使电感电流从谷值点开始线性增加。轮到下桥开关导通时，VSW = 0V，5V 输出电压反向施加在电感上，这将使得电感电流从峰值点开始线性下降。

如果因负载或输入电压的变化而使输出电压出现下降或上升，反馈系统就会使上桥导通的占空比增加或下降，这样的结果就是让电感电流增加或下降来使输出电压重新回到稳态值。等到输出电压稳定后，电感电流就在新的峰值和谷值之间稳定下来，但无论这两个值如何变化，它们的平均值总是与负载电流保持相等，因而也能确保输出电压纹波幅度的稳定，具体的电感电流纹波和输出电压纹波幅度的计算公式如下面两式所示。

既然电感电流的平均值是与负载电流相等的，它的波形又是锯此波，如果负载电流持续下降，最后就一定会出现电感电流下探到 0 以下的状态，这样才能保证电感电流和负载电流之间的平衡。

为了省点事，上图是我在前面的波形图的基础上来修改得来的，红色的锯齿波就是电感电流出现负值时的一种情况，其形状与蓝色的电流波形完全相同，只是其平均值已经接近 0 了，是负载电流降低了以后的一个结果，这时候的负值电流是由输出电压造成的，它会造成输出电压的下降。这部分负电流又会在上桥开关导通期间倒灌入 Buck 转换器的输入端，有一部分能量会在此过程中白白浪费掉，所以会造成损耗，结果就是转换效率的快速降低。

轻载时工作于 PWM 模式下的 RT6252B 转换效率数据图，我们可以看到当负载电流接近 0 时，转换效率在快速下降。

与之形成对照的是在轻载情况下以 PSM 模式工作的 RT6252A 的转换效率曲线，它在负载趋近于 0 时的下降趋势就要缓和得多。

工作于强制 PWM 模式的器件之工作目的就是要确保输出电压的稳定，对于可能出现的损耗是不太关心的，而工作于 PSM 模式之器件的目标将以节能为重点，所以它就要想办法将所有可能造成损耗的因素都消除掉。

前面提到电感出现负电流的时候会造成损耗，而消除这种损耗的方法可以是这样的，只需要随时对下桥开关流过的电流进行检测，只要它出现负值了就立即将下桥关断，这样就能将可能造成的损耗降到最低，此时就会在每个周期都出现上下桥都处于同时关断的状态，而电感电流波形就变成了一个个以周期重复的三角脉冲，其具体的幅度和延续时间则与具体的占空比有关，从本质上看，它是由负载的大小决定的。

当负载低到以最低的占空比工作都会使输出电压超过我们希望的额定值时，这时就要在每一次上桥导通时段之后都进入等待反馈电压低于参考电压的状态，直到反馈端看到的电压低于参考电压以后再启动一次新的导通过程来弥补输出电压的下降损失，这样就相当于人为拉长了每个周期的截止时间，也就相当于降低了占空比，同时也降低了工作频率。

由于负载的大小可以是任意值，所以这里看到的电流脉冲之间的时间间隔也会是任意值，即电路的工作频率是不确定的。在 PSM 的英文表达中，S 代表 Skipping，PS 就是 Pulse Skipping，意即它跳过了一个个脉冲，说起来还是非常形象的。由于不再需要每个周期都去驱动上下桥开通和关断，驱动的消耗也被消除了，所以 PSM 工作模式可以达成很好的节能效果，对于电池供电系统延长电池使用时间具有很大的好处，对来自电力系统的供电则有同样的节能效果，只是其意义会稍低一些，但毕竟还是有好处。

唯一的问题是断断续续的工作会造成不确定的纹波，有的设计为了达成更好的节能效果还会故意将每次工作时传递给输出端的能量稍加提升，这样就能有更多的时间处于等待状态，消耗进一步减小，但纹波的幅度就更大了，应用中要如何选择，这要看具体的需求而定。

这是 RT6252A 工作于 PSM 模式下的波形图，我们上面所说的东西几乎都能在图中看出来，这里就不做进一步说明了。由于 PSM 工作模式的工作参数是变化的，由此带来的影响也可能多种多样，在我接触过的应用中，最难处置的便是音频系统中出现的噪声，你完全无法将它们彻底消除掉，最多是可以通过一些合理的设计将其影响减轻。所以，虽然强制 PWM 工作模式在轻载效率方面的表现不佳，但在遇到对工作噪声敏感的应用时还是必须要采用。

咱们中国人最认同祸福相依的理念，在 PSM 和 PWM 的好与坏上也是同样的道理，希望大家都能用好它们。

编辑：jq