,所以当我们开始进行调整时,我们不会修改占空比,同时保持脉冲频率恒定。我们会修改频率。这也会导致工作循环发生变化,因为:
周期与频率成反比。在本例中,由于当导通时间保持固定在500ns时,周期将增加,所以占空比将减少凯时娱乐登录首页。
在仅10mA负载电流的情况下,50%占空比开关控制波形产生不远低于输入电压的输出电压。为了产生更符合占空比和VIN-VOUT比之间的理论关系的输出电压值,我们需要显著增加负载电流。
PFM在低负载电流情况下是有益的,因为减少的开关频率转换成更少的转变并且因此更低的开关损耗。总的结果是比PWM能够实现的效率更高,PWM具有相同数量的转变,而不管负载电流如何。
尽管我们将脉冲的频率降低了一个数量级,但输出电压已经下降了一点,但总的来说,电路仍然工作得相当好。同时,较低的开关频率大大减少了开关转换所浪费的能量凯时娱乐登录首页。
为了帮助演示PFM如何在开关调节器中工作,我将进一步将开关频率降低到10 kHz,并将负载电流从10 mA增加到100 mA。这些都是剧烈的变化,您可以在图5中看到结果。
显示PFM降压转换器开关和输出电压的LTspice图。开关频率等于10千;负载电流等于100。负载电流等于100 mA。
•图5。PFM降压变换器开关和输出电压。光纤短路=10千兆赫,负载=100毫安。
每个开关脉冲从输入电源中抽取能量并将其传输到电路的输出部分,电路的输出部分需要该能量来提供负载电流。然而,由于脉冲的有效持续时间相对于其非有效持续时间如此之短,所以能量在每个循环期间被耗尽。因此,转换器不能维持稳定的输出电压。
如果我们将负载电流保持在100 mA并将FOSC参数增加回100 kHz,我们会看到相同的基本行为。然而,现在,转换器能够产生大约6V的稳定输出电压,具有可耐受的纹波大小(图7)。
PFM降压转换器开关和输出电压的LTspice图凯时娱乐登录首页。开关频率等于100 kHz,负载电流等于100 mA。
•图7。PFM降压变换器开关和输出电压。光纤短路=100千兆赫,负载=100毫安。
这些图有助于传达PFM电压转换的基本操作动态。每个脉冲以电流的形式将能量传输到输出侧。减少这些脉冲的频率提高了效率,但脉冲仍必须足够频繁地出现以跟上负载电路的能量要求。
具有非常低脉冲频率的VSWITCH的图有助于我们认识到PFM与PWM不同,不需要连续工作的振荡器,并且PFM控制波形实际上不是典型的振荡器信号。相反,它更像是一系列广泛分离的单脉冲。如果这些脉冲是由输出条件而不是时钟信号触发的,我们可以通过减少由调节器的控制电路消耗的静态电流来进一步提高效率。
如果希望将一些闭环功能集成到基于PFM的调节器模拟中,脉冲发生器可以派上用场。图8说明了在LTspice中创建触发脉冲发生器的方法。
图9展示了电路的工作模式。当触发信号(VTRIGGER)变高时,SR锁存器(VPULSE)的输出也变高。触发信号也通过电阻对电容器(VCAP)进行充电。当电容器两端的电压达到0.5V(LTspice的默认逻辑阈值)时,缓冲器输出(VB超滤)变为逻辑高并复位锁存器,驱动VPULSE回到逻辑低状态。
可以通过改变电阻或电容的值来控制输出脉冲的宽度。注意,触发信号的逻辑高持续时间必须长于脉冲宽度。
脉冲频率调制是实现高效开关型调节器的重要技术。我们已经研究了PFM控制的降压转换器和简单脉冲发生器的SPICE实现;如果你对这个话题进行额外的模拟,我鼓励你在下面发表评论并分享你的发现。脉冲调制消防员装备凯时娱乐登录首页主桅增益饱和