开关电源的各种工作模式解析-KIA MOS管

开关电源的几种工作模式

1、两类开关电源(yuan)

高频开关电源（HF-SMPS）

HF-SMPS是一种高效率、高鲁棒性的(de)电(dian)源模式(shi)，在通信等(deng)电(dian)子(zi)设备中，通常用(yong)于电(dian)源管理芯(xin)片（PMIC）的(de)LDO供电(dian)、1.8v逻辑电(dian)路、RF电(dian)路以及(ji)外部负载。

HF-SMPS不支持(chi)远端反馈，因(yin)此输出电容必须就近芯片引脚放置(zhi)。因(yin)为HF-SMPS通(tong)过电感两端的压差来(lai)估算(suan)电流，因(yin)此远端放置(zhi)电容会增加反馈回路(lu)的DCR，从而造(zao)成误差。

快速瞬态开(kai)关电源（FT-SMPS）

FT-SMPS是一种(zhong)高精(jing)度(du)的(de)、支持快速瞬态(tai)响应(ying)的(de)电源模式，主要为(wei)应(ying)用处理器、GPU、CORE、调制解(jie)调器等供(gong)电。

FT-SMPS支(zhi)(zhi)持(chi)多相开关电源，支(zhi)(zhi)持(chi)远(yuan)端(duan)(duan)(duan)差分反(fan)馈来检(jian)测动(dong)态(tai)负(fu)载终端(duan)(duan)(duan)，因此其输(shu)出(chu)电容靠近(jin)负(fu)载端(duan)(duan)(duan)放置(zhi)。HF-SMPS与FT-SMPS的反(fan)馈模(mo)式如图(tu)1所示。

开关电源工作模式

2、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(de)情(qing)况下(xia)，电源会处(chu)于PWM模式，此(ci)时电感电流(liu)连(lian)续。针对(dui)瞬态响应、纹波、效(xiao)率、外(wai)部器件等因素，开关频(pin)率以此(ci)优化，用来获得最(zui)佳的(de)电源性能。

根据电(dian)感电(dian)流(liu)是否连续，PWM模(mo)式又可(ke)以分为(wei)连续传(chuan)导模(mo)式（CCM）和非连续传(chuan)导模(mo)式（DCM），其电(dian)压电(dian)流(liu)波形如图2、图3所示。

开关电源工作模式

跳脉冲PWM模式（Pulse-skip PWM）

当电路工作(zuo)在轻负载的情况下(xia)，PWM模式下(xia)效率非常低（MOS导(dao)通时，开(kai)关损耗占(zhan)主导(dao)地位(wei)），因此，通过跳过一些不(bu)必要的脉冲（减少开(kai)关次(ci)数）来提高效率。

因为跳(tiao)(tiao)脉(mai)冲(chong)仍(reng)属于PWM模(mo)式(shi)，所以(yi)仍(reng)能保(bao)持很低输出电压纹波(bo)。跳(tiao)(tiao)脉(mai)冲(chong)PWM模(mo)式(shi)波(bo)形如图4所示，各脉(mai)冲(chong)的频率恒定(ding)，但占(zhan)空(kong)比逐(zhu)渐减小。

开关电源工作模式

PFM模(mo)式（Pulse frequency modulation）

PWM模(mo)式(shi)是一种恒定(ding)频率(lv)脉冲的(de)(de)(de)模(mo)式(shi)，HF-SMPS和(he)FT-SMPS同时也支持PFM模(mo)式(shi)，PFM是脉冲频率(lv)可(ke)变的(de)(de)(de)。因(yin)为能够同时减少开(kai)关损(sun)耗和(he)地(di)上的(de)(de)(de)电流损(sun)耗，因(yin)此在轻负载的(de)(de)(de)情况下，PFM模(mo)式(shi)的(de)(de)(de)效率(lv)更高。

如图5所示，我们观察(cha)到(dao)PFM模式类(lei)似于上述(shu)的跳脉冲PWM模式，只是(shi)PFM模式下(xia)脉冲频率是(shi)变化(hua)的。与上述(shu)模式对(dui)比发现。PFM的输出电(dian)压纹波是(shi)最大的。

开关电源工作模式

自动模式(shi)（Auto-mode）

自(zi)动模(mo)式其实就(jiu)是一种不(bu)需要(yao)软件参与的(de)(de)，能(neng)(neng)(neng)够根据负(fu)载的(de)(de)变化的(de)(de)情况，自(zi)动将电路工作模(mo)式在PWM和PFM之(zhi)间切换的(de)(de)一种机(ji)制。当今(jin)智(zhi)能(neng)(neng)(neng)手机(ji)使用的(de)(de)PMIC一般都(dou)具(ju)备这(zhei)个功能(neng)(neng)(neng)。

如图6，当输(shu)出(chu)电流在(zai)40mA和400mA变(bian)化时，PFM和PWM也随之(zhi)改变(bian)。另(ling)外为了防止(zhi)PFM模式下输(shu)出(chu)电压(ya)跌(die)落，因此控(kong)制器会自动地抬高PFM的输(shu)出(chu)电压(ya)，这种平衡只在(zai)HF-SMPS电源(yuan)中才(cai)有。

开关电源工作模式

HC-PFM模式（High-current PFM）

HC-PFM模(mo)式是在PFM到PWM转(zhuan)换过(guo)程中出现的(de)短暂(zan)的(de)PFM模(mo)式。当电(dian)(dian)路(lu)(lu)工作在PFM模(mo)式时，负载突然加重导致输出电(dian)(dian)压跌落，因为无法快速的(de)切(qie)换到PWM模(mo)式，所以需要一些(xie)时间来预热PWM电(dian)(dian)路(lu)(lu)。

为了防止这个预热过(guo)程输出电压将(jiang)的太低(di)，PFM的电流(liu)可以被控制在正常的PFM和PWM之间，这个几us的过(guo)程被称为HC-PFM，如图7所示。

开关电源工作模式