DC-DC電路多種調(diào)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關模塊，能夠很大程度上簡化設計周期，加速電源電路的設計效率。在DC-DC電源當中有三種最常見的電路調(diào)制方式，本篇文章就對這三種調(diào)制方式進行了介紹以及比較，并對這三種調(diào)制方式的優(yōu)缺點進行了闡述。首先我們來看一下這三種調(diào)制方式的示意圖。

　　1 PWM方式

　　PWM方式，可稱之為定頻調(diào)寬，即開關頻率保持恒定，而通過改變在每一個周期內(nèi)的驅(qū)動信號的占空比來達到調(diào)制的目的，這是最常用的一種調(diào)制方式。當輸出電壓發(fā)生變化時，通過環(huán)路的控制，便會使驅(qū)動信號的占空比發(fā)生改變，從而維持輸出電壓的恒定。

　　作為最常用的調(diào)制方式，PWM方式有以下優(yōu)點：控制電路簡單，易于設計與實現(xiàn)，輸出紋波電壓小，頻率特性好，線性度高，并且在重負載的情況下有及高的效率。其缺點是隨著負載的變輕，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，驅(qū)動信號的脈沖寬度保持恒定，但脈沖出現(xiàn)的頻率發(fā)生改變，即所謂的定寬調(diào)頻。當輸出電壓發(fā)生變化時，通過環(huán)路的調(diào)整，而使脈沖出現(xiàn)的頻率發(fā)生改變，從而實現(xiàn)對電路的控制與調(diào)整。PFM又可以分為恒定驅(qū)動信號的高電位時間以及恒定驅(qū)動信號的低電平時間兩種方式。

　　在具有模式切換的DC-DC電路中，PFM也是很常見到的一種調(diào)制試。這種調(diào)制方式的優(yōu)點是：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，其效率會明顯低于PWM方式，并且由于其紋波的頻譜比較分散，沒有多少規(guī)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，可稱之為定頻定寬。其驅(qū)動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，驅(qū)動信號滿頻工作，當負載變輕時，驅(qū)動信號就會跳過一些開關周期，在被跨過的周期內(nèi)，開關功率管一直保持為關斷的狀態(tài)。當負載發(fā)生變化時，通過改變跨過周期的數(shù)目以及跨周期出現(xiàn)的次數(shù)，來實現(xiàn)對系統(tǒng)的調(diào)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，并且其開關損耗與系統(tǒng)的輸出功率成正比，與負載的變化情況關系不大。但是這種調(diào)控方式，會使輸出電壓有著比較大的紋波電壓，不適合用于為對電源電壓精度要求很高的一些系統(tǒng)供電。

　　通過以上的分析，我們可以知道，三種調(diào)控方式各有優(yōu)缺點，在使用時，我們應該根據(jù)電路的應用情況而進行合理的選擇。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(tǒng)在整個負載范圍內(nèi)都有比較高的效率。本論文由于負載情況相對變化不會太大，所以只采用的了PWM方式對電路進行調(diào)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，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行比較，生成控制信號，來控制開關功率管的開啟與關斷。

　　電壓模式的DC-DC結構簡單，只有一個反饋環(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，不太適合波動比較快的負載。改進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，電路同樣對電感上的電流信號進行采集。電路正常工作時，輸出電壓與基準電壓的誤差信號經(jīng)過誤差放大器的放大以后，輸出一個控制信號到PWM比較器。

　　同時，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，PWM比較器便會輸出一個脈沖信號到控制邏輯到，用來控制關斷功率管。直到下一個時鐘周期，驅(qū)動信號在在時鐘邊緣信號的觸發(fā)下發(fā)生翻轉，再次開啟功率管。

　　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行了直接的采樣，因此能夠?qū)﹄娫措妷旱牟▌幼龀隹焖夙憫?，同時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(qū)動信號的占空比大于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進行解決。而且，由于電路有兩個反饋環(huán)路，設計起來要相對復雜。

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