|
转发这篇文章的目的主要是想让大家看看开关电源的频率波形和特性。 因为现在必须测量开关电源的频率了！ 本期，小编将为大家介绍一下开关电源的各种常见工作模式（以手机BUCK电源为例）。
01 两类开关电源
高频开关电源（HF-SMPS） HF-SMPS是一种高效率、高鲁棒性的电源模式，在通信等电子设备中，通常用于电源管理芯片（PMIC）的LDO供电、1.8v逻辑电路、RF电路以及外部负载。HF-SMPS不支持远端反馈，因此输出电容必须就近芯片引脚放置。因为HF-SMPS通过电感两端的压差来估算电流，因此远端放置电容会增加反馈回路的DCR，从而造成误差。 快速瞬态开关电源（FT-SMPS） FT-SMPS是一种高精度的、支持快速瞬态响应的电源模式，主要为应用处理器、GPU、CORE、调制解调器等供电。FT-SMPS支持多相开关电源，支持远端差分反馈来检测动态负载终端，因此其输出电容靠近负载端放置。HF-SMPS和FT-SMPS的反馈模式如图1所示。 图1 HF-SMPS与FT-SMPS的反馈模式
02 操作模式
PWM模式（ Pulse width modulation） 当电路工作在中等负载或重负载的情况下，电源会处于PWM模式，此时电感电流连续。针对瞬态响应、纹波、效率、外部器件等因素，开关频率以此优化，用来获得最佳的电源性能。根据电感电流是否连续，PWM模式又可以分为连续传导模式（CCM）和非连续传导模式（DCM），其电压电流波形如图2、图3所示。DCM模式下的振荡小编在之前的《DC/DC电源非连续模式下的振荡原因解析》一文中已做详细解释，这里就不再介绍了。 图2 CCM模式下的PWM波形 图3 DCM模式下的PWM波形 跳脉冲PWM模式（Pulse-skip PWM） 当电路工作在轻负载的情况下，PWM模式下效率非常低（MOS导通时，开关损耗占主导地位），因此，通过跳过一些不必要的脉冲（减少开关次数）来提高效率。因为跳脉冲仍属于PWM模式，所以仍能保持很低输出电压纹波。跳脉冲PWM模式波形如图4所示，各脉冲的频率恒定，但占空比逐渐减小。 图4 跳脉冲PWM波形 PFM模式（Pulse frequency modulation） PWM模式是一种恒定频率脉冲的模式，HF-SMPS和FT-SMPS同时也支持PFM模式，PFM是脉冲频率可变的。因为能够同时减少开关损耗和地上的电流损耗，因此在轻负载的情况下，PFM模式的效率更高。如图5所示，我们观察到PFM模式类似于上述的跳脉冲PWM模式，只是PFM模式下脉冲频率是变化的。与上述模式对比发现。PFM的输出电压纹波是最大的。 图5 PFM波形 自动模式（Auto-mode） 自动模式其实就是一种不需要软件参与的，能够根据负载的变化的情况，自动将电路工作模式在PWM和PFM之间切换的一种机制。当今智能手机使用的PMIC一般都具备这个功能。如图6，当输出电流在40mA和400mA变化时，PFM和PWM也随之改变。另外为了防止PFM模式下输出电压跌落，因此控制器会自动地抬高PFM的输出电压，这种平衡只在HF-SMPS电源中才有。 图6 自动模式波形 HC-PFM模式（High-current PFM） HC-PFM模式是在PFM到PWM转换过程中出现的短暂的PFM模式。当电路工作在PFM模式时，负载突然加重导致输出电压跌落，因为无法快速的切换到PWM模式，所以需要一些时间来预热PWM电路。为了防止这个预热过程输出电压降的太低，PFM的电流可以被控制在正常的PFM和PWM之间，这个几us的过程被称为HC-PFM，如图7所示。 图7 HC-PFM模式波形
来源：工程师说硬件
中衡检测职教是北京中衡创为检测技术研究院创办的检测认证行业专业平台，传播检测知识，宣传认证内容，为行业培养人才。
分享 收藏 点赞 在看
| 
发表于 2023-7-31 11:40:16
