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内容导航：1、开关电源占空比怎么调节的：开关电源三种控制模式：PWM/PFM/PSM2、开关电源占空比怎么调节的，详解开关电源占空比选择与比较1、开关电源占空比怎么调节的：开关电源三种控制模式：PWM/PFM/PSM
一、PWM/PFM/PSM 三种控制模式的定义
通常来说﹐开关电源（DC-DC）有三种最常见的调制方式分别为：
1、脉冲宽度调制（PWM）
2、脉冲频率调制（PFM）
3、脉冲跨周期调制（PSM）
在功率集成电路(PIC:Power Inregrated Circuit)中广泛采用了脉冲跨周期调制模式(PSM,Pulse Skip Modulation),可以克服脉冲调宽调制模式(PWM:Pulse Width Modulation)轻负载情况下变换效率较低、脉冲调频调制模式(PFM:Pulse Frequency Modulation)频谱分布随机的缺点。
他们调制行为的示意图可以用如图1所示
一句话解读一下：
PWM（频率不变，不断调整脉冲宽度）
PFM（脉冲宽度不变，调整频率）
PSM（频率和脉宽都不变，脉冲时有时无）
PWM方式顾名思义，它是一种固定开关周期，变化Ton来改变占空比的调制方式。 PWM方式，可称之为定频调宽，即开关频率保持恒定，而通过改变在每一个周期内的驱动信号的占空比来达到调制的目的，这是最常用的一种调制方式。当输出电压发生变化时，通过环路的控制，便会使驱动信号的占空比发生改变，从而维持输出电压的恒定。
作为最常用的调制方式，PWM方式有以下优点:控制电路简单，易于设计与实现，输出纹波电压小，频率特性好，线性度高，并且在重负载的情况下有比较高的效率。PWM是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，再进行数模转换。可将噪声影响降到最低。其缺点是随着负载的变轻，其效率也下降，尤其是轻负载的情况下，其效率很低。PWM 由于误差放大器的影响，回路增益及响应速度会受到限制。
2. PFM方式
PFM模式在正常工作时，驱动信号的脉冲宽度保持恒定，但脉冲出现的频率发生改变，即所谓的定宽调频。当输出电压发生变化时，通过环路的调整，而使脉冲出现的频率发生改变，从而实现对电路的控制与调整。PFM 又可以分为恒定驱动信号的高电位时间以及恒定驱动信号的低电平时间两种方式。
在具有模式切换的DC-DC电路中，PFM也是很常见到的一种调制。这种调制方式的优点是:在轻负载的情况下，效率很高，并且频率特性也十分好。对于外围电路一样的 PFM 和 PWM 而言,其峰值效率 PFM 与 PWM 相当,但在峰值效率以前,PFM 的效率远远高于 PWM 的效率,这是 PFM 的主要优势，但是在重负载的情况下，其效率会明显低于PWM方式，并且由于其纹波的频谱比较分散，没有多少规律，这使得滤波电路的设计变得十分复杂与困难。
3. PSM方式
PSM 方式，可称之为定频定宽。其驱动信号的频率与宽度都保持恒定，只是，当负载为最重的情况时，驱动信号满频工作，当负载变轻时，驱动信号就会跳过一些开关周期，在被跨过的周期内，开关功率管一直保持为关断的状态。当负载发生变化时，通过改变跨周期出现的次数，来实现对系统的调整与控制。
相对于前面的两种控制方式，PSM 方式在工业上的应用要晚一些。相比于PWM方式，在轻负载的情况下，PSM要有更高的效率，并且其开关损耗与系统的输出功率成正比，与负载的变化情况关系不大。但是这种调控方式，会使输出电压有着比较大的纹波电压，不适合用于为对电源电压精度要求很高的一些系统供电。
PSM通过控制开关管在一个周期内是否工作来调节输出功率。在达到稳定后,开关管的平均工作频率,即有效频率f e 由负载决定。如果负载足够大,开关管将在每个周期内均工作, 此时有效频率达到最大工作频率fmax = 1/ T。在一般情况下,开关管仅仅在部分周期内导通, 此时有效频率f e 将小于fmax。调制度越大,被跳过的周期越多二、PWM和PFM的优缺点
PWM在小负载情况下的效率较低。
PFM可支持的输出电流小，电感的电流是线性上升的，如果Ton是固定的，那么，每个周期电感上的峰值电流也是固定的。
PWM纹波电压小，且开关频率固定，所以噪声滤波器设计比较容易，消除噪声也较简单。
PWM调制方式占主流。
三、PWM和PFM（或者PSM）配合工作
现在有些新的电源控制器，为了提高轻载到重载全部工况的电源效率，通过同时支持PWM和PFM两种工作模式，来提供全时效率。很多电路中通常都选择PWM与PFM或者PSM相结合的方式,以保证系统在整个负载范围内都有比较高的效率。
l若需同时具备PFM与PWM的优点的话，可选择PWM/PFM切换控制式DC/DC变换器。
l此功能是在重负荷时由PWM控制，低负荷时自动切换到PFM控制，即在一款产品中同时具备PWM的优点与PFM的优点。
l在备有待机模式的系统中，采用PFM/PWM切换控制的产品能得到较高效率。例如：PWM/PFM判断ton时间来切换
为什么轻载的时候，切换成PFM的效率更高。
我们知道开关电源在开关管上的损耗，主要分为：开关损耗、导通损耗。
由于开关管相同的情况下，导通损耗相同，与控制模式无关。
但是在轻载的时候PFM的频率下降了，那么单位时间的开关次数变少了。而PWM的单位时间的开关次数没有变化。那么PFM的开关损耗就变小了，所以他的效率更高。（PSM轻载效率高本质跟PFM是相同的道理，原来凌特还有定义Burst模式，与PSM界限比较模糊，基本都差不多。）
有些电源在进入轻载之后，进入了PFM模式，会导致开关频率变得非常低，大约是接近20kHz以下，或者产生一些低频的分量，频率进入了人耳能够听到的频率范围，所以会导致不可避免的电源周边的电感、陶瓷电容的啸叫。有些桌面设备为了客户体验是不能忍受的，开发者不得不增加一些负载，规避进入轻载的PFM模式。
上图是某款电源控制器，在低负载的场景下进入了“节能模式”，开关频率从410kHz降低到了138kHz。
三种调控方式各有优缺点，我们应该根据电路的应用情况而进行合理的选择，或者选择可以支持多重模式的芯片。
2、开关电源占空比怎么调节的，详解开关电源占空比选择与比较
占空比是脉冲宽度调制(PWM)开关电源的调制度，开关电源的稳压功能就是通过自动改变占空比来实现的，开关电源的输出电压与占空比成正比，开关电源输出电压的变化范围基本上就是占空比的变化范围。由于开关电源输出电压的变化范围受到电源开关管击穿电压的限制，因此，正确选择占空比的变化范围是决定开关电源是否可靠工作的重要因素；而占空比的选择主要与开关电源变压器初、次级线圈的匝数比有关，因此，正确选择开关电源变压器初、次级线圈的匝数比也是一个非常重要的因素。
占空比
占空比一般是指，在开关电源中，开关管导通的时间与工作周期之比，即：
式中：D为占空比，Ton为开关管导通的时间，Toff为开关管关断的时间，T为开关电源的工作周期。对于一个脉冲波形也可以用占空比来表示。
在反激式开关电源中，开关管导通的时候，变压器次级线圈是没有功率输出的，D1、D2有下面关系：
开关变压器初次级线圈的输出波形
图是输出电压为交流的开关电源工作原理图。为了便于分析，我们假说变压器初次级线圈的变压比为1:1（即N1=N2，L1=L2），当开关K又导通转断开时，变压器初级、次级线圈产生感应电动势为：
（3）式中：iu为变压器初级线圈的励磁电流，由此可知，变压器初、次级线圈产生的反电动势主要是由励磁电流产生的。我们从（2）可以看出，当变压器初、次级线圈的负载电阻R很大或者开路的情况下，变压器初、次级线圈产生的感应电动势峰值是非常高的，如果这个电压直接加到电源开关管两端，电源开关管一定会被击穿。为了便于分析，我们引进一个半波平均值的概念，我们把Upa、Upa-分别定义为变压器初、次级线圈感应电动势正、负半周的半波平均值。半波平均值就是把反电动势等效成一个幅度等于Upa或Upa-的方波，如图中的Upa-所示。
反激式变压器初次级线圈的输出波形
图为反激式开关电源的工作原理图，图为反激式开关电源变压器初、次级线圈的波形（N1=N2时）。图中的Ui、uL1、uL2、Up、Upa、Upa-、Ua、Ua-等前面都已经介绍过，图中只多了一个整流滤波输出电压Uo。所谓反激式开关电源，就是电源开关管导通时，开关电源无功率输出，仅在电源开关管截止时才有功率输出。在反激式开关电源中，由于整流二极管以及储能滤波电容的作用，它会把变压器初、次级线圈产生的反电动势进行平均，使峰值脉冲电压Up（Up-）被平均成半波平均值Upa（Upa-），这相当于限幅的作用，因为充满电的电容相当于一个电压等于Uo的电池。这种限幅作用是假说开关电源变压器初、次级线圈没有漏感的情况下才能成立。
占空比的选择和计算
1.图中uL1为变压器初级线圈N1产生的反电动势，蓝、红色箭头分别表示开关接通和关断时，感应电动势的方向。
2.图4b蓝色为开关接通时变压器初级线圈N1产生的感应电动势波形；红色为开关关断时N1产生的感应电动势波形。
在图中，由于变压器存储的能量和释放的能量相等，所以蓝色波形的面积等于红色波形的面积。
即：
Upa-×Ton=Upa×Toff
或
Ui×Ton=Upa×Toff
把占空比：待入上式就可以求得：
Upa=(Ui＋Upa)×D………（4）
该式就是我们用来选择和计算占空比D的关系式。
由图中可以看出，（4）式括弧中的值（Ui＋Upa）正好就是电源开关管两端的电压，电源开关管的耐压有限，因此，开关电源的最大占空比要受到电源开关管的最高耐压BVm值的限制。
在实际应用中，由于变压器初级线圈的漏感是不能忽视的，因为，这个漏感产生的反电动势不能通过次级整流滤波电路对其进行限幅。从（2）式可知，这个反电动势的峰值非常大。因此，在变压器初级线圈回路中还要另设一个限幅电路。
图中L0为变压器初级线圈的漏感（一般为5~10%，与初次级线圈的绕法有关），L0产生的反电动势会迭加在初级线圈L1产生的半波平均值电压上。通过D1、C1、R1的作用可以对L0产生的反电动势进行限幅，其半波平均值的大小，可以通过调整R1和C1的大小来改变，使之不要超过L1产生的半波平均值的5%。
如果把漏感L0产生的反电动势也一起进行考虑，当输入电压为最大值时，上面（4）式应该改写为：
Upm=(Uim＋Upm)Dmax……………（5）
（5）式中，Upm为变压器初级线圈产生感应电动势的最大峰值，当采用限幅电路之后，Upm的值就等于初级线圈L1和L0分别产生反电动势的半波平均值之和。此值与漏感大小有关，Upm大约比无漏感时的Upa大5~8%。如果把上式括弧(Uim＋Upm)中的值换成BVm，则（5）式又可以改写为：
Upm=BVm×Dmax…………（6）
（6）式中，BVm=（Uim＋Upm），为电源开关管的最高耐压，Dmax为：当输入电压为最大值（Uim），且改变占空比使电源开关管两端电压达到最高耐压值时，此时占空比所能达到的最大值，即极限值。
值得指出的是：占空比是随着输入电压变化而变化的，当输入电压为最大值时，此时动态变化的D应该为最小值Dmin，但（6）式中的极限值Dmax则另有意义，它表示：当输入电压为最大值，且此时的占空比D也达到极限值Dmax时，电源开关管将会过压被击穿。因此，实际工作中的最小占空比Dmin应该比（6）式中的Dmax小好多，一般取Dmin=0.7Dmax较为合适。由此我们可以得出结论：
在设计反激式开关电源时，可根据（5）式和（6）式来计算占空比Dmax的最大值。
占空比计算举例
设计一个反激式开关电源，输入电压最大值为AC260V，假设，电源开关管的最大耐压为650V，求开关电源的最小占空比Dmin。
第一步，求极限占空比Dmax：
Upm=BVm×Dmax——（6）
已知：
Uim=260×1.414=368（V）；
BVm=650V；
Upm=650－368=284（V）
把上面结果代入（6）式：Upm=BVm×Dmax得：
284=650×Dmax，即：Dmax=0.437
第二步，求最小占空比Dmin：
在实际应用中，为了安全，最小占空比Dmin最少要比极限占空比Dmax多留30%的余量，由此可求得：
Dmin=Dmax×0.7=0.437×0.7=0.306……（7）
本文关键词：开关电源占空比与输出功率，开关电源占空比不稳定，开关电源占空比和频率的关系，开关电源占空比影响启动波形，开关电源占空比太小会有什么问题。这就是关于《开关电源占空比怎么调节的，PWM/PFM/PSM》的所有内容，希望对您能有所帮助！更多的知识请继续关注《犇涌向乾》百科知识网站：！