?PWM(脈沖寬度調(diào)制)和PFM(脈沖頻率調(diào)制)的核心區(qū)別在于開關(guān)頻率是否固定、紋波大小及適用負(fù)載范圍?。具體差異如下：

一、工作模式差異

?PWM模式?

?開關(guān)頻率固定?，通過調(diào)整脈沖寬度(占空比)調(diào)節(jié)輸出電壓。

示例：負(fù)載變化時(shí)，開關(guān)周期(T)不變，但導(dǎo)通時(shí)間(Ton)和關(guān)斷時(shí)間(Toff)的比例會(huì)改變，以維持電壓穩(wěn)定。

?PFM模式?

?開關(guān)頻率動(dòng)態(tài)變化?，通過調(diào)整脈沖出現(xiàn)的頻率調(diào)節(jié)輸出。

示例：輕載時(shí)，開關(guān)動(dòng)作間歇性發(fā)生，導(dǎo)通時(shí)間(Ton)可能固定或關(guān)斷時(shí)間(Toff)固定，但整體周期(T)不固定。

二、效率與適用場景

?重負(fù)載場景?

?PWM效率更高?。因其連續(xù)開關(guān)特性，電流傳輸連續(xù)，功率損耗相對(duì)穩(wěn)定，適合高負(fù)載應(yīng)用。

缺點(diǎn)：輕載時(shí)開關(guān)損耗占比高，效率顯著下降。

?輕負(fù)載場景?

?PFM效率更高?。通過減少開關(guān)次數(shù)降低損耗，適合低電流需求(如待機(jī)狀態(tài))。

缺點(diǎn)：重載時(shí)導(dǎo)通損耗增加，效率低于PWM。

三、輸出特性差異

?紋波大小?

?PWM紋波更小?。因連續(xù)充放電，電感電流波動(dòng)更均勻。

?PFM紋波更大?。間歇性充放電導(dǎo)致輸出電壓波動(dòng)更明顯。

?噪聲與濾波難度?

PWM開關(guān)頻率固定，噪聲頻譜集中，濾波設(shè)計(jì)簡單。

PFM頻率不固定，噪聲頻譜分散，濾波難度較高。

四、典型應(yīng)用方案

現(xiàn)代電源芯片常采用?混合模式?：

?輕載時(shí)自動(dòng)切換為PFM?，提高效率;

?重載時(shí)強(qiáng)制進(jìn)入PWM?，降低紋波并提升響應(yīng)速度。

PWM與PFM的定義

開關(guān)電源(DC-DC)的調(diào)制方式中，脈沖寬度調(diào)制(PWM)和脈沖頻率調(diào)制(PFM)是兩種最為常見的類型。這兩種調(diào)制方式各有其特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場景。其調(diào)制行為的示意圖如下：

通過了解這兩種調(diào)制方式的定義和特性，我們可以更好地選擇適合自己應(yīng)用場景的調(diào)制方式。

調(diào)制的原理可以通過上述圖表進(jìn)行詳細(xì)解釋。PWM調(diào)制方式主要調(diào)整脈沖的寬度，即在固定頻率下改變開啟和關(guān)閉的時(shí)間，這被稱為定頻調(diào)寬。另一方面，PFM調(diào)制則在保持一定脈沖寬度的基礎(chǔ)上，改變脈沖的頻率，即定寬調(diào)頻。此外，還有一種PSM調(diào)制方式，其特點(diǎn)是脈寬和頻率都保持恒定，但脈沖的存在與否會(huì)發(fā)生變化，因此簡稱為定頻定寬。

1.1. PWM調(diào)制方式

PWM調(diào)制方式因其控制電路簡單、易于設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)而備受推崇。它具有輸出紋波電壓小、頻率特性好、線性度高等優(yōu)點(diǎn)，尤其在重負(fù)載情況下展現(xiàn)出高效率。通過環(huán)路控制，當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比會(huì)相應(yīng)調(diào)整，從而確保輸出電壓的穩(wěn)定性。此外，PWM調(diào)制方式在處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，大大降低了噪聲影響。然而，它也存在一些不足，如輕負(fù)載時(shí)效率較低，且受誤差放大器影響，回路增益及響應(yīng)速度會(huì)受到一定限制。

1.2. PFM調(diào)制方式

在PFM模式中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度保持恒定，而脈沖出現(xiàn)的頻率則隨輸出電壓的變化而調(diào)整，實(shí)現(xiàn)所謂的定寬調(diào)頻。這種模式下，環(huán)路會(huì)相應(yīng)調(diào)整脈沖頻率，從而對(duì)電路進(jìn)行控制和調(diào)整。PFM方式可進(jìn)一步細(xì)分為恒定驅(qū)動(dòng)信號(hào)高電位時(shí)間和恒定驅(qū)動(dòng)信號(hào)低電平時(shí)間兩種類型。

PFM調(diào)制在具有模式切換的電路中頗為常見。其優(yōu)點(diǎn)在于輕負(fù)載時(shí)的高效率和優(yōu)越的頻率特性。與PWM相比，在峰值效率之前，PFM的效率顯著高于PWM，這是其顯著優(yōu)勢。然而，在重負(fù)載情況下，PFM的效率則明顯低于PWM。此外，由于其紋波頻譜較為分散，缺乏規(guī)律性，這給濾波電路的設(shè)計(jì)帶來了不小的挑戰(zhàn)。

1.2 PWM與PFM的優(yōu)缺點(diǎn)比較

PWM調(diào)制方式在負(fù)載較重時(shí)效率相對(duì)較低。而PFM調(diào)制方式支持的輸出電流范圍較小，其電感電流呈現(xiàn)線性上升趨勢。若Ton保持恒定，則每個(gè)周期電感上的峰值電流亦固定不變。

PWM和PFM比較

【優(yōu)缺點(diǎn)】: 優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)

PWM小負(fù)載情況下的效率相對(duì)較低，而PFM則存在其局限性，它所能支持的輸出電流較小，且電感的電流呈現(xiàn)線性上升趨勢。此外，PWM調(diào)制方式具有較小的紋波電壓，且其開關(guān)頻率保持穩(wěn)定，這使得噪聲濾波器的設(shè)計(jì)更為簡單，同時(shí)也簡化了噪聲的消除工作。因此，PWM調(diào)制方式在目前仍占據(jù)主流地位。

【協(xié)同工作】: 協(xié)同方法分析

為了提升輕載至重載全工況下的電源效率，現(xiàn)代電源控制器常采用同時(shí)支持PWM和PFM的工作模式，以實(shí)現(xiàn)全時(shí)高效。通過在重載時(shí)采用PWM控制，而在輕載時(shí)自動(dòng)切換至PFM控制，可以同時(shí)兼具兩者的優(yōu)勢。通過輕負(fù)載時(shí)切換PFM，能夠減少開關(guān)損耗提高效率。然而，某些電源在輕載進(jìn)入PFM模式后，可能會(huì)因開關(guān)頻率過低而引發(fā)人耳可聽范圍內(nèi)的嘯叫。

開關(guān)穩(wěn)壓器(Regulatior)，就是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，需要控制系統(tǒng)(負(fù)反饋)，當(dāng)電壓上升時(shí)通過負(fù)反饋把它降低，當(dāng)電壓下降時(shí)就把它升上去，這樣形成了一個(gè)控制環(huán)路。如圖1中是脈沖寬度調(diào)制(PWM)，當(dāng)然還有其他如：脈沖頻率調(diào)制(PFM)、移相控制方式等。

開關(guān)穩(wěn)壓器主要有兩種控制方式：脈沖寬度調(diào)制(PWM)和脈沖頻率調(diào)制(PFM)。

脈沖寬度調(diào)制(PWM)：Pulse Width Modulation 頻率固定，占空比改變;

脈沖頻率調(diào)制(PFM)：Pulse Frequency Modulation 導(dǎo)通/關(guān)斷時(shí)間固定，頻率改變;

PWM與PFM之間的優(yōu)缺點(diǎn)：

1)脈沖寬度調(diào)制(PWM)

由于在PWM調(diào)制方式下是持續(xù)性工作的，電感也是持續(xù)充放電，因此，在PWM調(diào)制模式下，重負(fù)載時(shí)的效率較高、紋波較低、但EMI/噪聲會(huì)更大。

2)脈沖頻率調(diào)制(PFM)

由于PFM調(diào)制方式下為歇性性工作，電感也是間斷性的充放電，因此，在輕負(fù)載時(shí)效率比PWM更高、EMI/噪聲更低、但紋波較大。

總結(jié)：

其實(shí)，許多電源芯片都兼容這兩種控制模式，就是為了提高全范圍負(fù)載效率，如輕載時(shí)，芯片進(jìn)入 PFM 控制模式;重載時(shí)，芯片強(qiáng)制進(jìn)入 PWM 模式。