脉宽调制(PWM) 与脉冲频率调制(PFM)
PFM PWM的对比
做电源设计的应该都知道PWM 和PFM 这两个概念开关电源的控制技术主要有三种：(1)脉冲宽度调制(PWM)；(2)脉冲频率调制(PFM)；(3)脉冲宽度频率调制(PWM-PFM)．PWM：（pulse width modulation）脉冲宽度调制脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。
这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。
脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。
PFM：（Pulse frequency modulation) 脉冲频率调制一种脉冲调制技术，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。
由于调制信号通常为频率变化的方波信号，因此，PFM也叫做方波FMPWM是频率的宽和窄的变化,PFM是频率的有和无的变化, PWM是利用波脉冲宽度控制输出,PFM是利用脉冲的有无控制输出.其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片，如UCl842／2842／3842、TDAl6846、TL494、SGl525／2525／3525等；PFM具有静态功耗小的优点，但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式，具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等；PWM-PFM兼有PWM 和PFM的优点。
DC/DC变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压，通过变化开关次数进行控制，从而得到与设定电压相同的输出电压。
PFM控制时，当输出电压达到在设定电压以上时即会停止开关，在下降到设定电压前，DC/DC变换器不会进行任何操作。
但如果输出电压下降到设定电压以下，DC/DC变换器会再次开始开关，使输出电压达到设定电压。
PWM控制也是与频率同步进行开关，但是它会在达到升压设定值时，尽量减少流入线圈的电流，调整升压使其与设定电压保持一致。
谈谈PFM(脉冲频率调制)与PWM(脉冲宽度调制)
谈谈PFM(脉冲频率调制)与PWM(脉冲宽度调制)谈谈PFM(脉冲频率调制)与PWM(脉冲宽度调制)做电源设计的应该都知道PWM 和PFM 这两个概念开关电源的控制技术主要有三种：(1)脉冲宽度调制(PWM)；(2)脉冲频率调制(PFM)；(3)脉冲宽度频率调制(PWM-PFM)．PWM：（pulse width modulation）脉冲宽度调制脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。
这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。
脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。
PFM：（Pulse frequency modulation) 脉冲频率调制一种脉冲调制技术，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。
由于调制信号通常为频率变化的方波信号，因此，PFM也叫做方波FMPWM是频率的宽和窄的变化,PFM是频率的有和无的变化, PWM是利用波脉冲宽度控制输出,PFM是利用脉冲的有无控制输出.其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片，如UCl842／2842／3842、TDAl6846、TL494、SGl525／2525／3525等；PFM具有静态功耗小的优点，但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式，具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等；PWM-PFM 兼有PWM和PFM的优点。
DC/DC变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压，通过变化开关次数进行控制，从而得到与设定电压相同的输出电压。
PFM控制时，当输出电压达到在设定电压以上时即会停止开关，在下降到设定电压前，DC/DC变换器不会进行任何操作。
但如果输出电压下降到设定电压以下，DC/DC变换器会再次开始开关，使输出电压达到设定电压。
PFM的工作原理、优势及集成功率芯片中实现PFM技术
PFM的工作原理、优势及集成功率芯片中实现PFM技术现在，领先的功率元件制造商已推出一系列“双模式”开关式转换器。
为提升低负载条件下的效率，这些转换器能在达到预设电流阈值时，自动从常用的脉宽调制（PWM）调节法切换至脉冲频率调制（PFM）法。
本文介绍PFM 的工作原理并解释其优势和一些不足，然后考察一些晶片供应商如何在集成功率芯片中实现这一技术。
PWM 和PFMPWM 不是用来调节开关式转换器输出电压的唯一技术。
这种技术不是通过改变固定频率方波的占空比来调节电源输出，而是采用恒定占空比，然后以调制方波频率方式来实现调节。
采用恒定导通和关断时间控制方式的DC/DC 电压转换器是PFM 架构的典型例子。
另外一个PFM 例子就是所谓的滞后电压转换器。
这种转换器采用一种简单调节方法，使MOSFET 能根据转换器检测到的输出电压变化导通和关断。
这种架构使输出电压在设定点左右往连续摆动，因此有时也称作“纹波稳压器”或“双滞环控制器”。
滞后作用用于保持预期运行，避免开关抖动。
因为滞后架构会根据电路的运行情况改变MOSFET 的驱动信号，所以开关频率会改变。
PFM 架构在DC/DC 转换方面确实拥有一定的优势，具体包括更优的低功耗转换效率、更低的总解决方案成本和简单的转换器拓扑结构，这种架构不需要控制环补偿网络，但由于一些明显的不足而不及PWM 受欢迎。
首先是EMI 控制。
相对于工作频率范围宽的器件，固定开关频率转换器的滤波电路更易于设计。
第二，PFM 架构容易在输出端导致更大的电压纹波，进而给被供电的敏感性硅器件造成问题。
第三，低频（或甚至频率为零）的PFM 会增加开关转换器的瞬态响应时间，导致一些便携式应用响应缓慢，引起客户不满。
然而，将PWM 架构的优点与单晶片“双模式”开关转换器中的PEM 器件的优点相结。
电力电子技术第5章-复习题-答案
第5/10章 直流-直流变换电路 习题与答案第1部分：填空题1.直流斩波电路完成的是直流到 另一种直流 的变换。
2.直流斩波电路中最基本的两种电路是 降压（Buck ） 电路和 升压（Boost ） 电路。
3.斩波电路有三种控制方式： 脉宽调制（PWM ）、脉频调制（PFM ） 和 PWM/PFM 混合调制 ，其中最常用的控制方式是：脉宽调制（PWM ） 。
4.脉冲宽度调制的方法是： 开关周期 不变， 开关导通 时间变化，即通过导通占空比的改变来改变变压比，控制输出电压。
5.脉冲频率调制的方法是: 开关导通 时间不变， 开关周期 变化，导通比也能发生变化，达到改变输出电压的目的。
该方法的缺点是： 开关频率 的变化范围有限。
输出电压、输出电流中的 谐波频率 不固定，不利于滤波器的设计 。
6.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流 平滑 。
7.升压斩波电路使电压升高的原因：电感L 在开关管导通期间将电能转换为磁能储存起来，以实现电压泵升 ，电容C 在开关管导通期间给负载供能以使输出电压连续平滑 。
8.升压斩波电路的典型应用有 直流电动机传动 和 功率因素校正（APFC ） 等。
9.升降压斩波电路和Cuk 斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0.5小于1 ；呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0小于0.5 。
10.设Buck 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =10V ，占空比D =0.6，则输出电压U O ＝ 6V 。
11.设Boost 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =12V ，占空比D =0.8，则输出电压U O ＝ 60V 。
13.开关型DC-DC 变换电路的三个基本元件是 开关管 、 电感 和 电容 。
14. 斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第 1 象限，升压斩波电路能使电动机工作于第 2 象限，电流可逆 斩波电路能使电动机工作于第1和第2象限。
位置比较脉冲调制输出
位置比较脉冲调制输出在Turbo PMAC 系统中PMAC2型伺服IC 有自动脉冲宽度调制（PWM ）和脉冲频率调制（PFM ）两种电路。
有些情况下，这些也不能提供所需要的频率和/或脉冲宽度范围。
然而，对于一个备用的编码器通道，它可能使用位置比较输出的自动增加功能得到一个灵活的脉冲宽度或脉冲频率调制信号。
这个技术使用通道内部的PFM 电路，以固定比率增加通道编码器的计数。
然后，通过调整A 和B 比较寄存器之间的距离，我们可以控制脉冲宽度，通过调整自动增加的值，我们可以控制脉冲频率。
分析计数器频率是时钟频率的一个简单函数，这个时钟频率就是PFM 电路的时钟频率（PFMCLK ）并且这个指令值在PFM 寄存器里。
默认的9.8304 MHz PFMCLK 频率几乎适合大多数应用。
等式需要16位的PFM 指令值（使用24位字的高16位，与标准的M-变量定义一样）得到一个指定的计数器频率是：PFMCLKcounter PFM f f C *216= 如果希望写整个的24位PFM 指令寄存器，比如在MACRO 站点，仅将以上等式中的216用224替代。
比较电路的输出频率是计数器频率和比较电路自动增加位置值的函数。
根据给定的输出频率得到需要的自动增加值的等式是：outputcounter comp f f P =∆ 比较输出的占空比是A 和B 比较寄存器之间的距离和自动增加值的比例。
根据给定的占空比（表示成百分比）和自动增加值得到这个距离的等式是：100%DutyCycle P AB comp comp ∆=∆ 注意的是当写A 和B 比较寄存器时，它们必须是在当前计数值的两侧；否则自动增加功能将不能正确工作。
简单设置和编程以下的设置和程序部分可以用于实现这个功能。
在这个示例中，我们设置一个计数器频率是500kHz ，它给我们一个占空比1%的分辨率或比较好的5kHz 的脉冲频率。
注意的是实现一个特定脉冲配置的指令可以在一个运动程序或一个PLC 程序里执行；它们甚至可以作为在线指令发送。
开关电源基础知识PWM与PFM
脉宽调制(PWM) 与脉冲频率调制(PFM)概述PWM 和PFM 是两大类DC-DC 转换器架构每种类型的性能特征是不一样的●重负载和轻负载时的效率●负载调节●设计复杂性●EMI / 噪声考虑集成型转换器解决方案可整合这两种操作模式以利用它们各自的优势典型便携式电源应用实例降压转换器–电源处理器或“数字负载”•负载水平有可能发生显著的变化：在“睡眠”时为1～2 mA，而在“主动”操作期间则可达几百mA•期盼/ 需要在整个负载范围内实现高效率•需要上佳（足够的）负载调节以处理瞬态状况升压转换器–LED 背光灯、音频偏置电源轨或其他的“模拟”负载•对于噪声/ 纹波的敏感度在很大程度上取决于应用•对于LED 应用，可以采用不同类型的亮度控制方法定义–PWM 和PFMPWM 转换器•PWM = 脉宽调制•一种转换器架构：固定频率振荡器•驱动信号：恒定频率，具有可变的占空比（功率FET 导通时间与总开关周期之比）PFM 转换器•PFM = 脉冲频率调制•采用了一个可变频率时钟•PFM 转换器实例：“恒定导通时间”或“恒定关断时间”控制DC-DC 转换器。
•有几种PFM 变种，而且该术语用于指后面讨论的其他操作模式…PWM 控制架构• 中等和重负载条件下可实现良好的效率• 开关频率由PWM 斜坡信号频率设定•效率在轻负载条件下显著下降•快速瞬态响应和高稳定性需要仰仗上佳的补偿网络设计滞环模式控制FET 的接通和关断基于输出电压的检测开关式(Bang-Bang) 控制：输出电压始终恰好高于或低于理想设定点 比较器迟滞用于保持可预测的操作并避免开关“跳动”。
脉冲跳跃/ 省电模式在轻负载时，PWM转换器能自动切换至一种“低功耗”模式以最大限度地减少电池电流消耗该模式有时被称为“PFM”–但实际上是一个间歇式地接通和关断的固定频率(PWM)转换器“损耗”= 任何从输入吸收而未传送至输出的能量MOSFET•开关损耗•栅极驱动损耗•传导损耗无源组件•L：绕组和磁芯损耗•阻性损耗•电容器ESR 损耗转换器IC•内部基准•振荡器电路•栅极驱动电路在轻负载时，无源组件和FET 损耗显著下降IC 内部电流受振荡器的支配某个固定频率上，IC 工作电流不会随负载而减小IC 的工作电流会影响轻负载效率假如负载电流约为1 mA ，则IC 的内部电流在4 mA 左右•“最好情况”效率< 20%如果负载电流约为200 mA ，则IC 的内部电流为4 mA 左右•“最好情况”效率> 90%双模式降压转换器在PWM 模式中IC工作电流约为3.5mA在省电模式中IC 工作电流约为23 µA输出纹波差异采用省电模式时的一项折衷：在某一给定的负载电流条件下输出纹波较高在本例中达到了15 mV PP ，而PWM 模式则仅为< 5 mV PP脉冲跳跃间隔取决于负载随着负载的增加，开关脉冲出现的频度增高（在40mA时每6.5µs 出现一次，而在1mA时则是每100 µs 出现一次） 如果负载充分增加，则转换器将恢复恒定频率操作省电模式与强制PWM 模式的对比（在10 至30 mA 负载瞬变条件下） 可变频率高纹波 小纹波节能模式PWM 模式多种省电模式快速PFM：效率高于PWM，但低于轻PFM (LPFM)。
电力电子学答案第三版
电力电子学答案第三版电力电子学答案第三版电力电子学答案第三版【篇一：电力电子技术课后答案3】解：考虑lb时，有：id＝（ud－e）∕r解方程组得：id＝44.63（a）又∵cos?－cos(???)＝2idxb∕6u2即得出换流重叠角ud、ivt1和ivt2的波形如下：ii18．单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？答：单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有2k（k=1、2、3…）次谐波，其中幅值最大的是2次谐波。
变压器二次侧电流中含有2k＋1（k＝1、2、3……）次即奇次谐波，其中主要的有3次、5次谐波。
19．三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？答：三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6k（k＝1、2、3……）次的谐波，其中幅值最大的是6次谐波。
变压器二次侧电流中含有6k?1(k=1、2、3……)次的谐波，其中主要的是5、7次谐波。
【篇二：电力电子学第三章课后作业答案】证图3.1(c)所示脉宽时间为ton、脉宽角度为?、周期为的幅值。
图3.1(c)中方波脉冲电压os各余弦项为各次谐波，其幅值为：3.2．脉冲宽度调制pwm和脉冲频率调制pfm的优缺点是什么？解答：脉冲宽度调制方式pwm，保持ts不变（开关频率不变），改变ton调控输出电压v。
脉冲频率调制方式pfm。
保持ton不变，改变开关频率或周期调控输出电压v。
实际应用中广泛采用pwm方式。
因为采用定频pwm开关时，输出电压中谐波的频率固定，滤波器设计容易，开关过程所产生电磁干扰容易控制。
此外由控制系统获得可变脉宽信号比获得可变频率信号容易实现。
但是在谐振软开关变换器中为了保证谐振过程的完成，采用pfm控制较容易实现。
3.3．buck变换器中电感电流的脉动和输出电压的脉动与哪些因数有关，试从物理上给以解释。
数字电源的调制方式：脉冲频率调制是什么？
数字电源的调制方式：脉冲频率调制是什么？数字电源的调制方式可以分为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,PWM）和脉冲频率调制（Pulse Frequcncy Modulation, PFM）模式。
1、脉冲宽度调制脉冲宽度调制（简称脉宽调制）时在不改变频率的情况下，通过调节脉冲的占空比来调节功率管的开关时间；而脉冲频率调制（脉频调制）模式是在不改变脉冲占空比的情况下，通过调节脉冲频率来控制开管的开启时间。
两种调制模式各有其优缺点。
脉宽调制方式，开关频率恒定，通过调节导通脉冲宽度来改变占空比，从而实现对电能的控制，称之为“定频调宽”；脉频调制方式，其脉冲宽度恒定，通过调节开关频率改变通断比，从而实现对电能的控制，称之为“定宽调频”。
PWM的调制方法可分为定频调调节和频率调节两大类，其中变频调节又可分为恒定迟滞环宽控制、定开通时间控制和定管断时间控制。
（1）恒定迟滞环宽控制恒定迟滞环宽控制的电路工作原理；施密特触发器初始输出高电平，开关管开通，输出电压上升，当上升到电压最大值时，则施密特触发器输出反转，输出低电平，开关管关断；随后输出电压下降，当下降到电压最小值时，施密特触发器输出再次翻转，输出电平，开关管开通，如此周而复始地运行。
（2）定开通时间控制定开通时间控制的电路工作原理；单稳态触发器初始位于稳态，输出电平，开关管截止，输出电压下降；当下降到电压最小值时，施密特触发器输出再次翻转，输出高电平，开关管开通。
通过时间后，单稳态触发器自动翻转进入稳态，输出低电平，开关管关断，完成一个周期的运行。
(3) 定管断时间控制定管断时间控制的电路工作原理；单稳态触发器初始处于稳态，输出高电平，开关管开通，输出电压上升；当电压上升到最大值时，比较器翻转，输出低电平，触发单稳触发器进入暂态，输出低电平，开关管关断；经过时间后，单稳态触发器自动翻转进入稳态，输出高电平，开关管开通，如此周而复始地运行。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
7
转换器效率和损耗
“损耗” = 任何从输入吸收而未传送至输出的能量
MOSFET • 开关损耗 • 栅极驱动损耗 • 传导损耗
无源组件 • L：绕组和磁芯损耗 • 阻性损耗 • 电容器 ESR 损耗
转换器 IC • 内部基准 • 振荡器电路 • 栅极驱动电路
8
转换器效率和损耗
在轻负载时，无源组件和 FET 损耗显著下降 IC 内部电流受振荡器的支配 某个固定频率上，IC 工作电流不会随负载而减小
5
滞环模式控制
FET 的接通和关断基于输出电压的检测
开关式 (Bang-Bang) 控制：输出电压始终恰好高于或低于理想设定点 比较器迟滞用于保持可预测的操作并避免开关“跳动”。
6
脉冲跳跃 / 省电模式
在轻负载时，PWM 转换器能自动切换至一种“低功耗”模 式以最大限度地减少电池电流消耗 该模式有时被称为“PFM”– 但实际上是一个间歇式地接通 和关断的固定频率 (PWM) 转换器
13
省电模式与强制 PWM 模式的对比
（在 10 至 30 mA 负载瞬变条件下）
可变频率 高纹波
节能模式
PWM模式
小纹波
14
多种省电模式
快速 PFM：效率高于 PWM，但 低于轻 PFM (LPFM)。权衡折衷 如需在非常轻负载时实现最高的 效率，则采用“轻 PFM”模式 如需在轻负载和重负载之间频繁 切换，且具有上佳的瞬态响应， 则可使用“快速 PFM”模式 省电模式的选择由用户通过向转 换器发送 I2C 命令来完成
EMI 由快速 dv/dt 和 di/dt 引起 在高功率条件下采用固定频率 PWM 在省电模式中采用可变频率，总输出功率级别非常低。 EMI 可能不是问题 需要时可将转换器设定至“强制 PWM”模式
17
谢谢!
18
• •
பைடு நூலகம்
对于噪声 / 纹波的敏感度在很大程度上取决于应用 对于 LED 应用，可以采用不同类型的亮度控制方法
3
定义 – PWM 和 PFM
PWM 转换器 PFM 转换器 • PFM = 脉冲频率调制 • 采用了一个可变频率时钟 • PFM 转换器实例：“恒定导通时间” 或 “恒定关断时间”控制 DC-DC 转 换器。 • 有几种 PFM 变种，而且该术语用于 指后面讨论的其他操作模式…
脉宽调制 (PWM) 与脉冲频率调制 (PFM)
概述
PWM 和 PFM 是两大类 DC-DC 转换器架构 每种类型的性能特征是不一样的
重负载和轻负载时的效率 负载调节 设计复杂性 EMI / 噪声考虑
集成型转换器解决方案可整合这两种操作模式以利 用它们各自的优势
2
典型便携式电源应用实例
9
IC 的工作电流会影响轻负载效率
假如负载电流约为 1 mA，则 IC 的内部电流 在 4 mA 左右
• “最好情况”效率< 20%
如果负载电流约为 200 mA，则 IC 的内部电流 为 4 mA 左右
• “最好情况”效率 > 90%
10
双模式降压转换器
在 PWM 模式中 IC 工作电流约为 3.5 mA 在省电模式中 IC 工 作电流约为 23 µA
11
输出纹波差异
采用省电模式时的一项折衷：在某一给定的负载电流条件下 输出纹波较高 在本例中达到了 15 mVPP，而 PWM 模式则仅为 < 5 mVPP
12
脉冲跳跃间隔取决于负载
随着负载的增加，开关脉冲出现的频度增高（在40mA时每 6.5µs 出现一次，而在1mA时则是每 100 µs 出现一次） 如果负载充分增加，则转换器将恢复恒定频率操作
降压转换器 – 电源处理器或“数字负载”
• • •
负载水平有可能发生显著的变化： 在“睡眠”时为 1～2 mA，而在“主动”操作期间则可达几百 mA 期盼 / 需要在整个负载范围内实现高效率 需要上佳（足够的）负载调节以处理瞬态状况
升压转换器 – LED 背光灯、音频偏置电源轨或其 他的“模拟”负载
15
概要 / 结论（可变频率转换器）
优势
在轻负载条件下可实现更好的效率 无需补偿器 易于实现：允许使用多种电感器
可变频率架构可能存在一些问题
EMI 频谱散布在所有的频率上，可能很难滤除 可听噪声（对于 f < 20 kHz）
16
概要 / 结论（可变频率转换器）
与 EMI 有关的问题有时可以得到缓解：
• PWM = 脉宽调制 • 一种转换器架构：固定频率振荡 器 • 驱动信号： 恒定频率，具有可变 的占空比（功率 FET 导通时间 与总开关周期之比）
4
PWM 控制架构
• 中等和重负载条件下可实现良好的 效率 • 开关频率由PWM斜坡信号频率设定
• 效率在轻负载条件下显著下降 • 快速瞬态响应和高稳定性需要仰 仗上佳的补偿网络设计