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為特定應(yīng)用選用合適的穩(wěn)壓器：主要的穩(wěn)壓器控制方式
關(guān)于電源穩(wěn)壓器的系列文章由三部分組成，本文為第二部分。在“為特定應(yīng)用選用合適的穩(wěn)壓器：*部分”中，我們討論了脈寬調(diào)制(PWM)轉(zhuǎn)換器的兩種穩(wěn)壓器控制模式：電流模式(CM)和電壓模式(VM)。我們也討論了這兩種控制模式之間的主要區(qū)別以及產(chǎn)品應(yīng)用對(duì)選擇正確穩(wěn)壓器的重要性。沒有“”的穩(wěn)壓器！恰恰相反，半導(dǎo)體公司都針對(duì)具體的細(xì)分市場，根據(jù)zui終產(chǎn)品的要求量身定制穩(wěn)壓器參數(shù)。顯而易見，充分理解應(yīng)用將有助于選擇合適的穩(wěn)壓器。
在本系列文章的第二部分中，我們首先介紹其它常用的穩(wěn)壓器控制方式，并介紹每種方式在應(yīng)用上的優(yōu)勢。除上文討論的VM和CM PWM控制方式外，現(xiàn)代穩(wěn)壓器采用的主要控制方式還有：脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制、磁滯控制以及恒定導(dǎo)通時(shí)間 (COT)控制。然后，我們簡短討論一下其它控制方式，例如SKIP（跳脈沖）。
盡管在此討論也許還稍微有點(diǎn)兒早，但還是希望讀者知道，在隨后的第三部分，我們將提供基本的公式，幫助設(shè)計(jì)時(shí)選擇適合具體應(yīng)用的*穩(wěn)壓器，以及對(duì)外圍元件進(jìn)行優(yōu)化。
PFM轉(zhuǎn)換器具有較高的總體效率
PFM轉(zhuǎn)換器1是另外一種DC-DC架構(gòu)。該控制方式隨負(fù)載改變轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率，因此這種架構(gòu)被稱為PFM。相對(duì)于PWM轉(zhuǎn)換器，PFM轉(zhuǎn)換器在輕載時(shí)的效率高得多，所以許多便攜式應(yīng)用利用PFM模式zui大程度延長電池壽命。
電磁干擾(EMI)是選擇PWM和PFM轉(zhuǎn)換器時(shí)的一項(xiàng)重要考慮因素。PWM模式下，開關(guān)頻率固定，所以轉(zhuǎn)換器開關(guān)引起的EMI是可預(yù)測的、恒定的，并且許多情況下可濾除。許多PWM轉(zhuǎn)換器也提供外部頻率同步輸入，幫助緩解與應(yīng)用電路板上常見的其它重要信號(hào)頻率之間的沖突。如果某個(gè)應(yīng)用要求多個(gè)電壓，所有開關(guān)轉(zhuǎn)換器可鎖定在相同的頻率。該方法消除了多個(gè)轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率不同并且相位未嚴(yán)格同步時(shí)固有的差頻。與PWM結(jié)構(gòu)不同，PFM方法的開關(guān)頻率可變，很難對(duì)其產(chǎn)生的EMI進(jìn)行控制。因此，PFM模式可能不是對(duì)電源敏感的音頻或射頻低噪聲電路的*選擇。然而，如果必須在整個(gè)較寬輸出負(fù)載范圍內(nèi)優(yōu)化效率，PFM可能是很好的選擇。
zui后，值得注意的是，許多轉(zhuǎn)換器都可以選擇在PFM或PWM模式下工作；邏輯控制模式引腳或內(nèi)部電路根據(jù)負(fù)載電流自動(dòng)在這兩種模式之間切換。
PFM控制器的工作原理
在升壓型PFM控制1方式中，兩個(gè)單觸發(fā)電路根據(jù)DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出負(fù)載電流進(jìn)行工作。PFM基于兩個(gè)開關(guān)時(shí)間(zui大導(dǎo)通時(shí)間和zui小關(guān)斷時(shí)間)和兩個(gè)控制環(huán)路(電壓調(diào)節(jié)環(huán)路和zui大峰值電流、關(guān)斷時(shí)間環(huán)路)。PFM的特征還包括可變頻率控制脈沖?？刂破髦械膬蓚€(gè)單觸發(fā)電路定義TON (zui大導(dǎo)通時(shí)間)和TOFF (zui小關(guān)斷時(shí)間)。Ton單觸發(fā)電路激活第二個(gè)單觸發(fā)電路TOFF。只要電壓環(huán)路的比較器檢測到VOUT超出穩(wěn)壓范圍，則激活TON單觸發(fā)電路。脈沖時(shí)間為固定為其zui大值。如果zui大峰值電流環(huán)路檢測到超過電流限值，則可縮短該脈沖時(shí)間，如圖1所示。PFM控制器的靜態(tài)電流(IQ)補(bǔ)償被限制為偏置基準(zhǔn)以及誤差比較器所需的電流(10s，μ*)。形成鮮明對(duì)比的是，PWM控制器中的內(nèi)部振蕩器必須連續(xù)打開，這造成幾個(gè)毫安的耗流。
圖1. 脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制電路。利用這種結(jié)構(gòu)，如果zui大峰值電流環(huán)路檢測到超過電流限值，可縮短脈沖時(shí)間。
同步降壓穩(wěn)壓器具有兩種工作模式，設(shè)計(jì)者可選擇PWM或PFM模式，優(yōu)化整個(gè)較寬負(fù)載電流范圍內(nèi)的效率。以MAX17503和MAX17504這兩款轉(zhuǎn)換器為例，它們采用另外一種PFM控制方式，但也是提高輕載效率的較好示例。例如，請(qǐng)參見圖2所示的PFM和PWM模式的效率曲線。PFM模式下的負(fù)載電流小于100mA時(shí)，與負(fù)載電流相同的PWM模式相比，效率大幅提升。注意，對(duì)于12V電壓輸入、+5V電壓輸出，PFM模式的效率接近92%，而PWM模式的效率只有81%！