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數(shù)字電源的調(diào)制方式:脈沖頻率調(diào)制是什么?

1、脈沖寬度調(diào)制

  脈沖寬度調(diào)制(簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬調(diào)制)時(shí)在不改變頻率的情況下,通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖的占空比來(lái)調(diào)節(jié)功率管的開(kāi)關(guān)時(shí)間;而脈沖頻率調(diào)制(脈頻調(diào)制)模式是在不改變脈沖占空比的情況下,通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖頻率來(lái)控制開(kāi)管的開(kāi)啟時(shí)間。兩種調(diào)制模式各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

  脈寬調(diào)制方式,開(kāi)關(guān)頻率恒定,通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)通脈沖寬度來(lái)改變占空比,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的控制,稱(chēng)之為“定頻調(diào)寬”;脈頻調(diào)制方式,其脈沖寬度恒定,通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率改變通斷比,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的控制,稱(chēng)之為“定寬調(diào)頻”。

  PWM的調(diào)制方法可分為定頻調(diào)調(diào)節(jié)和頻率調(diào)節(jié)兩大類(lèi),其中變頻調(diào)節(jié)又可分為恒定遲滯環(huán)寬控制、定開(kāi)通時(shí)間控制和定管斷時(shí)間控制。

 ?。?) 恒定遲滯環(huán)寬控制

  恒定遲滯環(huán)寬控制的電路工作原理;施密特觸發(fā)器初始輸出高電平,開(kāi)關(guān)管開(kāi)通,輸出電壓上升,當(dāng)上升到電壓   值時(shí),則施密特觸發(fā)器輸出反轉(zhuǎn),輸出低電平,開(kāi)關(guān)管關(guān)斷;隨后輸出電壓下降,當(dāng)下降到電壓   值時(shí),施密特觸發(fā)器輸出再次翻轉(zhuǎn),輸出電平,開(kāi)關(guān)管開(kāi)通,如此周而復(fù)始地運(yùn)行。

 ?。?) 定開(kāi)通時(shí)間控制

  定開(kāi)通時(shí)間控制的電路工作原理;單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器初始位于穩(wěn)態(tài),輸出電平,開(kāi)關(guān)管截止,輸出電壓下降;當(dāng)下降到電壓   值時(shí),施密特觸發(fā)器輸出再次翻轉(zhuǎn),輸出高電平,開(kāi)關(guān)管開(kāi)通。通過(guò)時(shí)間后,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)進(jìn)入穩(wěn)態(tài),輸出低電平,開(kāi)關(guān)管關(guān)斷,完成一個(gè)周期的運(yùn)行。

  (3) 定管斷時(shí)間控制

  定管斷時(shí)間控制的電路工作原理;單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器初始處于穩(wěn)態(tài),輸出高電平,開(kāi)關(guān)管開(kāi)通,輸出電壓上升;當(dāng)電壓上升到   值時(shí),比較器翻轉(zhuǎn),輸出低電平,觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器進(jìn)入暫態(tài),輸出低電平,開(kāi)關(guān)管關(guān)斷;經(jīng)過(guò)時(shí)間后,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)進(jìn)入穩(wěn)態(tài),輸出高電平,開(kāi)關(guān)管開(kāi)通,如此周而復(fù)始地運(yùn)行。

  以上3種控制方法都屬于變頻控制方法,雖然電路相對(duì)簡(jiǎn)單,但是頻率不固定,噪聲頻譜不固定,加大了電磁干擾的控制難度。

  (4)定頻控制

  定頻控制是當(dāng)前   為廣泛的一種控制方法,該控制方法得以廣泛應(yīng)用的主要原因有:

  1) 更易于變壓器和濾波器的設(shè)計(jì),從而更便于減少電磁干擾;

  2) 可以比較容易買(mǎi)到高性能價(jià)格比的PWM控制芯片。

  定頻控制電路的穩(wěn)態(tài)工作原理;輸出電壓再誤差放大器中做減法運(yùn)算,其誤差再放大生成誤差電壓。在時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí),鋸齒波復(fù)位,比較器輸出高電平,開(kāi)關(guān)管開(kāi)通,同時(shí)鋸齒波的斜坡信號(hào)由零線性增大,當(dāng)鋸齒波的電壓上升到   值時(shí),比較器翻轉(zhuǎn),輸出低電平,開(kāi)關(guān)管關(guān)斷,同時(shí)鋸齒波的電壓繼續(xù)線性增大,直到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái),鋸齒波再次復(fù)位開(kāi)始新的周期。

  從以上分析中可以看出,定頻控制的主要組成部分有時(shí)鐘(用于設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率)、基準(zhǔn)電壓及輸出的誤差放大器、比較器(用于將誤差電壓與斜坡信號(hào)比較)和斜坡信號(hào)(鋸齒波)。

  2.脈沖頻率調(diào)制

  采用脈沖頻率調(diào)制模式的DC-DC轉(zhuǎn)換器,通過(guò)調(diào)節(jié)控制開(kāi)關(guān)管通斷使脈沖頻率隨負(fù)載變化從而使輸出電壓恒定,即開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率隨負(fù)載和輸入電壓的變化而變化。

  PFM控制的一個(gè)周期一般分為3個(gè)階段‘電感電流上升、電感電流下降、電感電流保持為0.實(shí)現(xiàn)時(shí)為兩種機(jī)制。

     種是電感電流上升和下降階段的頻率和占空比保持固定,當(dāng)負(fù)載變輕時(shí),電感電流為0的“idle”階段時(shí)間變長(zhǎng),系統(tǒng)工作頻率變小,反之變大,通過(guò)頻率的調(diào)整來(lái)逐步穩(wěn)定輸出。

  第二種機(jī)制是“one-shot”控制,利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器代替振蕩器。系統(tǒng)工作于非“idle”周期時(shí),單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和電流檢測(cè)電路共同形成占空比信號(hào)控制開(kāi)管的導(dǎo)通關(guān)斷,利用系統(tǒng)輸出來(lái)控制何時(shí)進(jìn)入“idle”周期。

  PFM控制方法包括時(shí)鐘模擬PFM(Clocked PFM)、調(diào)周期PFM(Skipping Cycles)、限流模式PFM(Current Limited PFM)等,其工作原理大同小異。

  以時(shí)鐘模擬模式PFM控制為例,采用的是   種控制機(jī)制。輸出電壓通過(guò)一個(gè)電阻分壓器反饋到一個(gè)比較器的輸入端,比較器的另一個(gè)輸入端接基準(zhǔn)電壓。

  當(dāng)輸出電壓反饋小于基準(zhǔn)電壓時(shí),比較器輸出為高,由振蕩器輸出50%占空比的方波控制功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)啟和關(guān)閉,使輸出電源不斷對(duì)電感充電并傳遞給輸出電容,從而維持輸出電壓,處于PFM控制“active”狀態(tài)。

  當(dāng)輸出電壓反饋電容大于基準(zhǔn)電壓時(shí),比較器輸出為低,振蕩器的輸出方波被屏蔽,功率管始終關(guān)閉,由輸出電容對(duì)負(fù)載供電,處于PFM控制的“idle”狀態(tài)。

  當(dāng)輸出電壓的反饋電壓小于基準(zhǔn)電壓時(shí),電路進(jìn)入PFM控制的“active”狀態(tài),電源不斷對(duì)電感進(jìn)行充電使輸出電壓上升;

  當(dāng)輸出電壓反饋反饋大于基準(zhǔn)電壓時(shí),電路進(jìn)入PFM控制的“idle”狀態(tài),功率管始終關(guān)閉,由輸出電容為負(fù)載提供電流,輸出電壓開(kāi)始下降,直至低于基準(zhǔn)電壓時(shí)再次進(jìn)入“active”狀態(tài)。其中“active”和“idle ”時(shí)間的長(zhǎng)斷和負(fù)載大小及電源電壓有關(guān)也即實(shí)際等效開(kāi)關(guān)頻率時(shí)變化的,因此稱(chēng)為PFM控制。




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