DC-DC電路多種調制方式的介紹及對比

　　直流與直流之間的變換主要指一種直流電流的電壓值到另一種電壓值的電能轉換。DC-DC作為一種小型的電源開(kāi)關(guān)模塊，能夠很大程度上簡(jiǎn)化設計周期，加速電源電路的設計效率。在DC-DC電源當中有三種最常見(jiàn)的電路調制方式，本篇文章就對這三種調制方式進(jìn)行了介紹以及比較，并對這三種調制方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了闡述。首先我們來(lái)看一下這三種調制方式的示意圖。

　　1 PWM方式

　　PWM方式，可稱(chēng)之為定頻調寬，即開(kāi)關(guān)頻率保持恒定，而通過(guò)改變在每一個(gè)周期內的驅動(dòng)信號的占空比來(lái)達到調制的目的，這是最常用的一種調制方式。當輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)環(huán)路的控制，便會(huì )使驅動(dòng)信號的占空比發(fā)生改變，從而維持輸出電壓的恒定。

　　作為最常用的調制方式，PWM方式有以下優(yōu)點(diǎn)：控制電路簡(jiǎn)單，易于設計與實(shí)現，輸出紋波電壓小，頻率特性好，線(xiàn)性度高，并且在重負載的情況下有及高的效率。其缺點(diǎn)是隨著(zhù)負載的變輕，其效率也下降，尤其是輕負載的情況下，其效率很低。

　　2 PFM方式

　　PFM模式在正常工作時(shí)，驅動(dòng)信號的脈沖寬度保持恒定，但脈沖出現的頻率發(fā)生改變，即所謂的定寬調頻。當輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)環(huán)路的調整，而使脈沖出現的頻率發(fā)生改變，從而實(shí)現對電路的控制與調整。PFM又可以分為恒定驅動(dòng)信號的高電位時(shí)間以及恒定驅動(dòng)信號的低電平時(shí)間兩種方式。

　　在具有模式切換的DC-DC電路中，PFM也是很常見(jiàn)到的一種調制試。這種調制方式的優(yōu)點(diǎn)是：在輕負載的情況下，效率很高，并且頻率特性也十分好。但是在重負載的情況下，其效率會(huì )明顯低于PWM方式，并且由于其紋波的頻譜比較分散，沒(méi)有多少規律，這使得濾波電路的設計變得十分復雜與困難。

　　3 PSM方式

　　PSM方式，可稱(chēng)之為定頻定寬。其驅動(dòng)信號的頻率與寬度都保持恒定，只是，當負載為最重的情況時(shí)，驅動(dòng)信號滿(mǎn)頻工作，當負載變輕時(shí)，驅動(dòng)信號就會(huì )跳過(guò)一些開(kāi)關(guān)周期，在被跨過(guò)的周期內，開(kāi)關(guān)功率管一直保持為關(guān)斷的狀態(tài)。當負載發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)改變跨過(guò)周期的數目以及跨周期出現的次數，來(lái)實(shí)現對系統的調整與控制。

　　相對于前面的兩種控制方式，PSM方式在工業(yè)上的應用要晚一些。相比于PWM方式，在輕負載的情況下，PSM要有更高的效率，并且其開(kāi)關(guān)損耗與系統的輸出功率成正比，與負載的變化情況關(guān)系不大。但是這種調控方式，會(huì )使輸出電壓有著(zhù)比較大的紋波電壓，不適合用于為對電源電壓精度要求很高的一些系統供電。

　　通過(guò)以上的分析，我們可以知道，三種調控方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，在使用時(shí)，我們應該根據電路的應用情況而進(jìn)行合理的選擇。很多電路中通常都選擇PWM與PFM或者PSM相結合的方式，以保證系統在整個(gè)負載范圍內都有比較高的效率。本論文由于負載情況相對變化不會(huì )太大，所以只采用的了PWM方式對電路進(jìn)行調制。

　　DC-DC基本的控制模式式介紹

　　DC-DC有多種反饋控制方式，如電壓模式、峰值電流模式(電流模式)、平均電流模式、相加模式和滯回電流模式等。其中最常用的便是電壓模式與電流模式，下面將對這兩種控制方式進(jìn)行介紹。

　　1 電壓模式

　　電壓模式是一種比較老，也是比較成熟的一種控制方式。其電路整體結構如圖2-9所示。電路正常工作時(shí)，誤差放大器直接采樣輸出信號，然后把輸出信號與基準電壓的誤差信號經(jīng)過(guò)誤差放大器放大后，輸入到PWM比較器，與振蕩器輸出的三角波信號進(jìn)行比較，生成控制信號，來(lái)控制開(kāi)關(guān)功率管的開(kāi)啟與關(guān)斷。

　　電壓模式的DC-DC結構簡(jiǎn)單，只有一個(gè)反饋環(huán)路，電路設計比較容易。由于三角波的幅值相對較大，因此此種控制方式對噪聲的抵抗能力很強。但是電壓模式的瞬態(tài)響應速度比較慢，尤其是對電源的變化的響應十分慢，不太適合波動(dòng)比較快的負載。改進(jìn)的方法是在電路中加入對輸入電壓的前饋控制電路。

　　2 電流模式

　　電流模式在工業(yè)上的應用要晚于電壓模式，其核心控制結構如圖2-10所示。相比于電壓模式，在采樣輸出電壓信號的同時(shí)，電路同樣對電感上的電流信號進(jìn)行采集。電路正常工作時(shí)，輸出電壓與基準電壓的誤差信號經(jīng)過(guò)誤差放大器的放大以后，輸出一個(gè)控制信號到PWM比較器。

　　同時(shí)，電路采樣電感上的電流信號，當采樣的包含電感電流信號的信號我峰值達到誤差放大器輸出的控制信號的值時(shí)，PWM比較器便會(huì )輸出一個(gè)脈沖信號到控制邏輯到，用來(lái)控制關(guān)斷功率管。直到下一個(gè)時(shí)鐘周期，驅動(dòng)信號在在時(shí)鐘邊緣信號的觸發(fā)下發(fā)生翻轉，再次開(kāi)啟功率管。

　　相比于電壓模式的DC-DC，電流模式控制的DC-DC有著(zhù)更快的瞬態(tài)響應速度，這是由于它對電感上電流信號的變化進(jìn)行了直接的采樣，因此能夠對電源電壓的波動(dòng)做出快速響應，同時(shí)對于負載變化的響應也比電壓模式有了很大改善。但是這種控制方式對噪聲比較敏感。更為重要的是，當驅動(dòng)信號的占空比大于50%，電路容易不可避免的發(fā)生次諧波振蕩，這需要增加額外的斜率補償電路來(lái)進(jìn)行解決。而且，由于電路有兩個(gè)反饋環(huán)路，設計起來(lái)要相對復雜。

　　在移動(dòng)通訊和路由器領(lǐng)域當中，直流轉換電路的應用最為廣泛。并且隨著(zhù)近幾年數據業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，半導體和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)被大量運用到電子電力產(chǎn)品的設計當中，DC-DC電路也向著(zhù)高轉換率和操作簡(jiǎn)便的方向發(fā)展。所以充分了解DC-DC當中包含的幾種調制模式就有助于我們對其更好的使用和了解。。并且隨著(zhù)近幾年數據業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，半導體和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)被大量運用到電子電力產(chǎn)品的設計當中，DC-DC電路也向著(zhù)高轉換率和操作簡(jiǎn)便的方向發(fā)展。所以充分了解DC-DC當中包含的幾種調制模式就有助于我們對其更好的使用和了解。