開(kāi)關(guān)電源的各種工作模式解析-KIA MOS管

開(kāi)關(guān)電源的幾種工作模式

1、兩類開(kāi)關(guān)電源

高頻開(kāi)關(guān)電源（HF-SMPS）

HF-SMPS是一種高效率、高魯棒性的電源模式，在通信等電子設(shè)備中，通常用于電源管理芯片（PMIC）的LDO供電、1.8v邏輯電路、RF電路以及外部負(fù)載。

HF-SMPS不支持遠(yuǎn)端反饋，因此輸出電容必須就近芯片引腳放置。因?yàn)镠F-SMPS通過(guò)電感兩端的壓差來(lái)估算電流，因此遠(yuǎn)端放置電容會(huì)增加反饋回路的DCR，從而造成誤差。

快速瞬態(tài)開(kāi)關(guān)電源（FT-SMPS）

FT-SMPS是一種高精度的、支持快速瞬態(tài)響應(yīng)的電源模式，主要為應(yīng)用處理器、GPU、CORE、調(diào)制解調(diào)器等供電。

FT-SMPS支持多相開(kāi)關(guān)電源，支持遠(yuǎn)端差分反饋來(lái)檢測(cè)動(dòng)態(tài)負(fù)載終端，因此其輸出電容靠近負(fù)載端放置。HF-SMPS與FT-SMPS的反饋模式如圖1所示。

開(kāi)關(guān)電源工作模式

2、操作模式

PWM模式（ Pulse width modulation）

當(dāng)電路工作在中等負(fù)載或重負(fù)載的情況下，電源會(huì)處于PWM模式，此時(shí)電感電流連續(xù)。針對(duì)瞬態(tài)響應(yīng)、紋波、效率、外部器件等因素，開(kāi)關(guān)頻率以此優(yōu)化，用來(lái)獲得最佳的電源性能。

根據(jù)電感電流是否連續(xù)，PWM模式又可以分為連續(xù)傳導(dǎo)模式（CCM）和非連續(xù)傳導(dǎo)模式（DCM），其電壓電流波形如圖2、圖3所示。

開(kāi)關(guān)電源工作模式

跳脈沖PWM模式（Pulse-skip PWM）

當(dāng)電路工作在輕負(fù)載的情況下，PWM模式下效率非常低（MOS導(dǎo)通時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗占主導(dǎo)地位），因此，通過(guò)跳過(guò)一些不必要的脈沖（減少開(kāi)關(guān)次數(shù)）來(lái)提高效率。

因?yàn)樘}沖仍屬于PWM模式，所以仍能保持很低輸出電壓紋波。跳脈沖PWM模式波形如圖4所示，各脈沖的頻率恒定，但占空比逐漸減小。

開(kāi)關(guān)電源工作模式

PFM模式（Pulse frequency modulation）

PWM模式是一種恒定頻率脈沖的模式，HF-SMPS和FT-SMPS同時(shí)也支持PFM模式，PFM是脈沖頻率可變的。因?yàn)槟軌蛲瑫r(shí)減少開(kāi)關(guān)損耗和地上的電流損耗，因此在輕負(fù)載的情況下，PFM模式的效率更高。

如圖5所示，我們觀察到PFM模式類似于上述的跳脈沖PWM模式，只是PFM模式下脈沖頻率是變化的。與上述模式對(duì)比發(fā)現(xiàn)。PFM的輸出電壓紋波是最大的。

開(kāi)關(guān)電源工作模式

自動(dòng)模式（Auto-mode）

自動(dòng)模式其實(shí)就是一種不需要軟件參與的，能夠根據(jù)負(fù)載的變化的情況，自動(dòng)將電路工作模式在PWM和PFM之間切換的一種機(jī)制。當(dāng)今智能手機(jī)使用的PMIC一般都具備這個(gè)功能。

如圖6，當(dāng)輸出電流在40mA和400mA變化時(shí)，PFM和PWM也隨之改變。另外為了防止PFM模式下輸出電壓跌落，因此控制器會(huì)自動(dòng)地抬高PFM的輸出電壓，這種平衡只在HF-SMPS電源中才有。

開(kāi)關(guān)電源工作模式

HC-PFM模式（High-current PFM）

HC-PFM模式是在PFM到PWM轉(zhuǎn)換過(guò)程中出現(xiàn)的短暫的PFM模式。當(dāng)電路工作在PFM模式時(shí)，負(fù)載突然加重導(dǎo)致輸出電壓跌落，因?yàn)闊o(wú)法快速的切換到PWM模式，所以需要一些時(shí)間來(lái)預(yù)熱PWM電路。

為了防止這個(gè)預(yù)熱過(guò)程輸出電壓將的太低，PFM的電流可以被控制在正常的PFM和PWM之間，這個(gè)幾u(yù)s的過(guò)程被稱為HC-PFM，如圖7所示。

開(kāi)關(guān)電源工作模式