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[導(dǎo)讀]根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置,來(lái)實(shí)現(xiàn)晶體管或MOS管導(dǎo)通時(shí)間的改變,從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變。

脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式,根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置,來(lái)實(shí)現(xiàn)晶體管或MOS管導(dǎo)通時(shí)間的改變,從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定,是利用微處理器的數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了多種脈沖寬度調(diào)制(Pulse width modulation,PWM)技術(shù),其中包括:相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機(jī)PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等,而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法,它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形,通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻,改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓,采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。可以通過(guò)調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化,其時(shí)間和幅度的分辨率都沒(méi)有限制。9V電池就是一種模擬器件,因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于9V,而是隨時(shí)間發(fā)生變化,并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類似,從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi),例如在{0V,5V}這一集合中取值。

模擬電壓和電流可直接用來(lái)進(jìn)行控制,如對(duì)汽車收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡(jiǎn)單的模擬收音機(jī)中,音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。擰動(dòng)旋鈕時(shí),電阻值變大或變小;流經(jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少,從而改變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電流值,使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣,模擬電路的輸出與輸入成線性比例。盡管模擬控制看起來(lái)可能直觀而簡(jiǎn)單,但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是,模擬電路容易隨時(shí)間漂移,因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問(wèn)題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重(如老式的家庭立體聲設(shè)備)和昂貴。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱,其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。

PWM 信號(hào)中要注意的重要一點(diǎn)是時(shí)間周期和頻率始終是固定的。只有脈沖 ON的 時(shí)間和 OFF的 時(shí)間(占空比)不同。通過(guò)這種技術(shù),我們可以調(diào)制給定的電壓。方波信號(hào)和 PWM 信號(hào)之間的一個(gè)區(qū)別是方波信號(hào)具有相同的 ON 和 OFF 時(shí)間(50% 占空比),而 PWM 信號(hào)具有可變占空比. 方波可以看作是占空比為 50%(ON 時(shí)間 = OFF 時(shí)間)的 PWM 信號(hào)的特例。

給定 50V 的電源電壓,如果負(fù)載需要 40V,從 50V 中產(chǎn)生 40V 的好方法是實(shí)施降壓斬波器。斬波器需要一個(gè)觸發(fā)信號(hào),該觸發(fā)信號(hào)必須是一個(gè) PWM 信號(hào)來(lái)打開和關(guān)閉晶閘管。該 PWM 信號(hào)可以很容易地由具有定時(shí)器單元的微控制器生成。使用 50v 電源的晶閘管產(chǎn)生 40v 的 PWM 信號(hào)的要求是,ON 時(shí)間 = 400ms,OFF 時(shí)間 = 100ms(假設(shè) PWM 信號(hào)的周期為 500ms)。

通俗地說(shuō),基本上,晶閘管作為開關(guān)操作。在降壓斬波器中,負(fù)載通過(guò)晶閘管從電源獲取電流。當(dāng)晶閘管處于OFF狀態(tài)時(shí),負(fù)載不連接到源極,當(dāng)晶閘管處于ON狀態(tài)時(shí),負(fù)載連接到源極。開啟和關(guān)閉晶閘管的這項(xiàng)工作是由 PWM 信號(hào)完成的。PWM 信號(hào)為高(ON) 的時(shí)間周期百分比稱為信號(hào)的占空比。如果占空比為 100%,則波形變?yōu)楹愣?DC。

模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感,任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。通過(guò)以數(shù)字方式控制模擬電路,可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外,許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了PWM控制器,這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。

現(xiàn)在的社會(huì)發(fā)展離不開電子產(chǎn)品,做電源設(shè)計(jì)的工程師天天接觸的就是脈沖寬度調(diào)制(PWM),脈沖頻率調(diào)制(PFM),脈沖寬度頻率調(diào)制(PWM-PFM)。然而我們的主題就是PWM與PFM,我看看還有哪些我們需要進(jìn)一步了解~

開關(guān)電源的控制技術(shù)主要有三種:(1)脈沖寬度調(diào)制(PWM);(2)脈沖頻率調(diào)制(PFM);(3)脈沖寬度頻率調(diào)制(PWM-PFM).


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做電源設(shè)計(jì)的應(yīng)該都知道PWM 和PFM 這兩個(gè)概念

PWM:脈沖寬度調(diào)制

脈寬調(diào)制PWM是開關(guān)型穩(wěn)壓電源中的術(shù)語(yǔ)。這是按穩(wěn)壓的控制方式分類的,除了PWM型,還有PFM型和PWM、PFM混合型。脈寬寬度調(diào)制式(PWM)開關(guān)型穩(wěn)壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下,通過(guò)電壓反饋調(diào)整其占空比,從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

PFM: 脈沖頻率調(diào)制

一種脈沖調(diào)制技術(shù),調(diào)制信號(hào)的頻率隨輸入信號(hào)幅值而變化,其占空比不變。由于調(diào)制信號(hào)通常為頻率變化的方波信號(hào),因此,PFM也叫做方波FM。PWM是頻率的寬和窄的變化,PFM是頻率的有和無(wú)的變化, PWM是利用波脈沖寬度控制輸出,PFM是利用脈沖的有無(wú)控制輸出.

其中PWM是目前應(yīng)用在開關(guān)電源中最為廣泛的一種控制方式,它的特點(diǎn)是噪音低、滿負(fù)載時(shí)效率高且能工作在連續(xù)導(dǎo)電模式,現(xiàn)在市場(chǎng)上有多款性能好、價(jià)格低的PWM集成芯片;PFM具有靜態(tài)功耗小的優(yōu)點(diǎn),但它沒(méi)有限流的功能也不能工作于連續(xù)導(dǎo)電方式。

與PWM相比,PFM的輸出電流小,但是因PFM控制的DC/DC變換器在達(dá)到設(shè)定電壓以上時(shí)就會(huì)停止動(dòng)作,所以消耗的電流就會(huì)變得很小。因此,消耗電流的減少可改進(jìn)低負(fù)荷時(shí)的效率。PWM在低負(fù)荷時(shí)雖然效率較遜色,但是因其紋波電壓小,且開關(guān)頻率固定,所以噪聲濾波器設(shè)計(jì)比較容易,消除噪聲也較簡(jiǎn)單。

若需同時(shí)具備PFM與PWM的優(yōu)點(diǎn)的話,可選擇PWM/PFM切換控制式DC/DC變換器。此功能是在重負(fù)荷時(shí)由PWM控制,低負(fù)荷時(shí)自動(dòng)切換到PFM控制,即在一款產(chǎn)品中同時(shí)具備PWM的優(yōu)點(diǎn)與PFM的優(yōu)點(diǎn)。在備有待機(jī)模式的系統(tǒng)中,采用PFM/PWM切換控制的產(chǎn)品能得到較高效率。

總結(jié):通過(guò)學(xué)習(xí)可以對(duì)PWM和PFM進(jìn)一步了解,從此工作中可以避免彎路。希望大家在學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷積累,為我們的脈沖寬度調(diào)制技術(shù)做出自己的貢獻(xiàn)。

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