评论 0
    适合打印、PDF 和电子邮件
    当谈到降压转换器（也称为降压转换器）时，设计人员必须做出许多影响整个系统性能的设计选择，包括选择使用哪种工作模式。虽然某些器件具有多种专门的工作模式，但大多数降压转换器仅提供两种：省电模式 (PSM) 和强制脉宽调制 (FPWM) 模式。两种模式之间的根本区别出现在轻负载时。PSM 提高了轻负载时的效率，而 FPWM 模式则保持较高的开关频率和较低的输出电压纹波。
    选择哪种工作模式完全取决于系统中特定降压转换器的用途以及整个系统的目标。本文将解释 PSM 和 FPWM 模式之间的差异，并比较和对比两种降压转换器设计（一种用于光学模块，一种用于无线耳机），以确定获得系统级性能的工作模式。
    FPWM 模式操作
    FPWM 模式是简单的模式，在连续导通模式 (CCM) 下以其标称开关频率运行器件。大多数降压转换器都会退出 PSM，并在较高负载电流下自动以 PWM 模式运行。
    对于 FPWM 模式下的理想降压转换器，输出电压和开关节点 (SW) 波形不会随着负载电流的变化而变化。这意味着影响负载性能的两个主要因素——输出电压纹波和开关频率——不会改变。无论消耗多少电流，负载始终由相同的信号供电，因此应具有相同的性能。
    这种恒定纹波和开关频率的权衡是降压转换器始终处于开关状态，即使在轻负载时也是如此。恒定开关意味着即使负载电流降低，开关损耗也保持不变，从而导致输出功率降低。这相当于较轻负载时效率较低，尤其是当负载降低到不连续导通模式 (DCM) 时。
    PSM 模式操作
    市场上有多种 PSM 模式，每种模式都有自己的特定行为。所有这些都通过降低开关频率来降低??开关损耗，从而提高轻负载时的效率（高于 FPWM 模式提供的效率）。称为 DCS-Control 的恒定导通时间 (COT) 拓扑使用简单的单脉冲 PSM 来提供高轻负载效率和低输出电压纹波。拓扑从 PSM 模式变为 PWM 模式时的负载电流是 DCM 到 CCM 的边界。
    PSM 还具有比 FPWM 模式更低的静态电流 ( IQ )，因为当器件不进行开关时，许多内部电路会关闭。与 FPWM 模式相比，较低的IQ与较低的开关损耗相结合，进一步提高了效率。
    较高轻负载效率的缺点是输出电压纹波增加和开关频率降低，这两者都会影响某些负载（例如无线电）的性能。DCS-Control 的 PSM 专为克服此类挑战并成功为敏感负载供电而设计。
    以下是受 PSM 和 FPWM 模式选择影响的设计领域的主要亮点。
    输出电压纹波

    图 1显示了同一器件在相同工作条件（3.3 V IN、1.8 V OUT，无负载）下 PSM 模式（图 1a）和 FPWM 模式（图 1b）的输出电压纹波。

    您应该在节能模式还是强制 PWM 模式下运行降压转换器？(一) 您应该在节能模式还是强制 PWM 模式下运行降压转换器？(二)
    图 1 PSM 模式 (a) 和 FPWM 模式 (b) 空载时的输出电压纹波视图。资料
    DCS-Control 的 PSM 输出一个脉冲，这会导致输出电压垂直增加。该尖峰之后是一个没有开关的关断时间，其中负载仅从输出电容器汲取电流。当另一个单脉冲出现时，这会降低输出电压直到一定水平。PSM 中产生的 18mV p-p输出电压纹波明显大于 FPWM 模式中的 5mV，但仅为输出电压的 1%。额外的纹波还会对测得的均方根 (RMS) 输出电压进行平均，从而使输出电压具有更宽的容差。如果需要，添加额外的输出电容可减少纹波并提高输出电压容差。

    开关频率

    图 2显示了在 1.8 V OUT的 PSM 和 FPWM 模式下测得的开关频率。FPWM 模式在轻负载时保持较高的开关频率，而 PSM 频率随着负载电流的减小而持续降低。
    您应该在节能模式还是强制 PWM 模式下运行降压转换器？
    图 2该图表显示了 PSM 模式和 FPWM 模式的开关频率与负载电流的关系。资料

    图1中的时间尺度还反映了PSM和FPWM模式在开关频率的极端空载工作条件下的不同开关频率。对于 DCS-Control 等单脉冲 PSM，公式 1 估算特定负载下的开关频率。要计算频率，请在公式中使用降压转换器的负载电流。

    您应该在节能模式还是强制 PWM 模式下运行降压转换器？
    (1)
    效率提升
    采用 PSM 运行的主要原因是提高轻负载时的效率，从而降低输入电流。图 3显示了 PSM 和 FPWM 模式之间效率的显着提高。当对 x 轴上的负载电流使用对数刻度时，效率差异为明显。这地显示了轻负载区域（负载电流低于几百毫安 (mA)），此时效率开始出现差异。

    您应该在节能模式还是强制 PWM 模式下运行降压转换器？

    在 FPWM 模式下，当固定开关损耗占输出功率下降的很大比例时，效率开始下降。在 PSM 中，当 I Q占负载电流的很大百分比时，效率会降低。在此示例中，4A 的 I Q开始降低大约几百微安负载电流的效率。较低 I Q的器件在负载电流较低的情况下仍能保持相同的高效率。
    系统级性能
    轻负载效率与较低输出电压纹波和较高开关频率之间的权衡具有系统级影响。例如，无线耳机等电池供电系统通常使用 PSM，因为轻负载时的更高效率会降低输入电流，从而延长电池运行时间。然而，电池供电系统中的某些电源轨可能无法在轻负载下运行。负载电流可能很高（降压转换器以 PWM 模式运行），或者负载电流可能为零，在这种情况下降压转换器可能会完全关闭。这些电源轨可能无法从轻负载效率的提高中受益。
    另一方面，非电池供电系统（例如光学模块）通常更喜欢 FPWM 模式。在这些系统中，与较低纹波和较高频率运行相比，效率增益微不足道，这会影响信号链组件的灵敏度和性能。在这里，对于非电池供电的系统，也存在使用 PSM 的例外情况。需要有限输入功耗的系统，例如满足能源效率要求的系统（例如能源之星）以及使用限流输入源（例如 USB 端口）运行的系统，可能会大大受益于轻负载时功耗的降低。
    这就是为什么选择 PSM 或 FPWM 模式对轻负载运行的电源轨具有系统级性能影响。PSM 的较高效率通常有利于电池供电系统，而 FPWM 模式的较低输出电压纹波和较高开关频率则有利于降压转换器的电源电压对负载性能有强烈影响的系统。作为电源设计人员，您需要根据系统中每个电源轨对系统级目标的影响来选择工作模式