什么是PWM、PFM及VFM

 

做電源設計的大都知道PWM 和PFM 這兩個概念。

而VFM模式是在大功率輸出時為PWM模式在輕負載輸出時變為PFM模式的一種混合開關模式。

目前開關電源的控制技術主要就是這三種：

1. 脈沖寬度調制(PWM)；

2. 脈沖頻率調制(PFM)；

3. PWM與PFM混合型（也被稱作VFM模式）。

 

以下詳細加以說明：

PWM：（pulse width modulation）脈沖寬度調制

PWM開關型穩壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下，通過電壓反饋調整其占空比，從而達到穩定輸出電壓的目的。

 

PFM：（Pulse frequency modulation) 脈沖頻率調制

是一種脈沖調制技術，調制信號的頻率隨輸入信號幅值而變化，其占空比不變。由于調制信號通常為頻率變化的方波信號，

因此，PFM也叫做方波FM。

 

PWM是頻率的寬和窄的變化,PFM是頻率的有和無的變化, PWM是利用波脈沖寬度控制輸出,PFM是利用脈沖的有無控制輸出.

 

PWM是目前應用在開關電源中最為廣泛的一種控制方式，它的特點是噪音低、滿負載時效率高且能工作在連續導電模式。

 

PFM具有靜態功耗小的優點，但它沒有限流的功能也不能工作于連續導電方式。

 

PWM-PFM則兼有PWM和PFM的優點。

 

DC/DC變換器是通過與內部頻率同步開關進行升壓或降壓，通過變化開關次數進行控制，從而得到與設定電壓相同的輸出電壓。

PFM控制時，當輸出電壓達到在設定電壓以上時即會停止開關，在下降到設定電壓前，DC/DC變換器不會進行任何操作。但如果輸出電壓下降到設定電壓以下，DC/DC變換器會再次開始開關，使輸出電壓達到設定電壓。PWM控制也是與頻率同步進行開關，但是它會在達到升壓設定值時，盡量減少流入線圈的電流，調整升壓使其與設定電壓保持一致。

 

與PWM相比，PFM的輸出電流小，但是因PFM控制的DC/DC變換器在達到設定電壓以上時就會停止動作，所以消耗的電流就會變得很小。因此，消耗電流的減少可改進低負荷時的效率。PWM在低負荷時雖然效率較遜色，但是因其紋波電壓小，且開關頻率固定，所以噪聲濾波器設計比較容易，消除噪聲也較簡單。

 

若需同時具備PFM與PWM的優點的話，可選擇PWM/PFM切換控制式DC/DC變換器。此功能是在重負荷時由PWM控制，低負荷時自動切換到PFM控制，即在一款產品中同時具備PWM的優點與PFM的優點。在備有待機模式的系統中，采用PFM/PWM切換控制的產品能得到較高效率。

 

就DC-DC變換器而言目前業界PFM只有單相的，且以紋波的模式來實現，故需要輸出端的紋波較大。沒有負向電感電流，故可提高輕載效率。由于注重輸出紋波，所以瞬態特性很好，但在做Dynamic的時候沒有under-shoot。

 

PWM有單相和多相，且多以電壓或者電流模式來實現，對輸出紋波無要求，輕載時存在電感負向電流，故輕載效率較差，補償較紋波相比較慢。

 

將PWM于PFM結合使用，當偵測到電感負電流的時候，變出現脈沖跳躍，而不再受內部時鐘控制。此時 controller will turn off both h-mos & l-mos，Coss & L會出現阻尼振蕩。

 

PFM相比較PWM主要優點在于效率

1、對于外圍電路一樣的PFM和PWM而言,其峰值效率PFM與PWM相當,但在峰值效率以前,PFM的效率遠遠高于PWM的效率,這是PFM的主要優勢. 

2、PWM由于誤差放大器的影響，回路增益及響應速度受到限制，PFM具有較快的響應速度

 

PFM相比較PWM主要缺點在于濾波困難

1、濾波困難（諧波頻譜太寬）。

2、峰值效率以前,PFM的頻率低于PWM的頻率,會造成輸出紋波比PWM偏大。

3、PFM控制相比PWM控制 IC 價格要貴。

PFM之所以應用沒有PWM多最主要的一個原因就是另外一個原因就是PWM的巨大優點了：

控制方法實現起來容易，PFM控制方法實現起來不太容易。