開關電源的各種工作模式解析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-07-21
1、 兩類開關電源
高頻開關電源（HF-SMPS）
HF-SMPS是一種高效率、高魯棒性的電源模式，在通信等電子設備中，通常用于電源管理芯片（PMIC）的LDO供電、1.8v邏輯電路、RF電路以及外部負載。
HF-SMPS不支持遠端反饋，因此輸出電容必須就近芯片引腳放置。因為HF-SMPS通過電感兩端的壓差來估算電流，因此遠端放置電容會增加反饋回路的DCR，從而造成誤差。
快速瞬態開關電源（FT-SMPS）
FT-SMPS是一種高精度的、支持快速瞬態響應的電源模式，主要為應用處理器、GPU、CORE、調制解調器等供電。
FT-SMPS支持多相開關電源，支持遠端差分反饋來檢測動態負載終端，因此其輸出電容靠近負載端放置。HF-SMPS與FT-SMPS的反饋模式如圖1所示。
2、操作模式
PWM模式（ Pulse width modulation）
當電路工作在中等負載或重負載的情況下，電源會處于PWM模式，此時電感電流連續。針對瞬態響應、紋波、效率、外部器件等因素，開關頻率以此優化，用來獲得最佳的電源性能。
根據電感電流是否連續，PWM模式又可以分為連續傳導模式（CCM）和非連續傳導模式（DCM），其電壓電流波形如圖2、圖3所示。
跳脈沖PWM模式（Pulse-skip PWM）
當電路工作在輕負載的情況下，PWM模式下效率非常低（MOS導通時，開關損耗占主導地位），因此，通過跳過一些不必要的脈沖（減少開關次數）來提高效率。
因為跳脈沖仍屬于PWM模式，所以仍能保持很低輸出電壓紋波。跳脈沖PWM模式波形如圖4所示，各脈沖的頻率恒定，但占空比逐漸減小。
PFM模式（Pulse frequency modulation）
PWM模式是一種恒定頻率脈沖的模式，HF-SMPS和FT-SMPS同時也支持PFM模式，PFM是脈沖頻率可變的。因為能夠同時減少開關損耗和地上的電流損耗，因此在輕負載的情況下，PFM模式的效率更高。
如圖5所示，我們觀察到PFM模式類似于上述的跳脈沖PWM模式，只是PFM模式下脈沖頻率是變化的。與上述模式對比發現。PFM的輸出電壓紋波是最大的。
自動模式（Auto-mode）
自動模式其實就是一種不需要軟件參與的，能夠根據負載的變化的情況，自動將電路工作模式在PWM和PFM之間切換的一種機制。當今智能手機使用的PMIC一般都具備這個功能。
如圖6，當輸出電流在40mA和400mA變化時，PFM和PWM也隨之改變。另外為了防止PFM模式下輸出電壓跌落，因此控制器會自動地抬高PFM的輸出電壓，這種平衡只在HF-SMPS電源中才有。
HC-PFM模式（High-current PFM）
HC-PFM模式是在PFM到PWM轉換過程中出現的短暫的PFM模式。當電路工作在PFM模式時，負載突然加重導致輸出電壓跌落，因為無法快速的切換到PWM模式，所以需要一些時間來預熱PWM電路。
為了防止這個預熱過程輸出電壓將的太低，PFM的電流可以被控制在正常的PFM和PWM之間，這個幾us的過程被稱為HC-PFM，如圖7所示。
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