常见的DC-DC调压方式及其原理

DC-DC（Direct Current-Direct Current）转换器是一种将直流电源电压转换为另一种直流电源电压的设备。在DC-DC转换器中，调压方式至关重要，它决定了输出电压的稳定性和效率。

一、PWM（脉冲宽度调制）调压方式

1. PWM调压方式概述

PWM（Pulse Width Modulation）即脉冲宽度调制，是一种通过改变脉冲信号的占空比（即脉冲宽度与周期的比值）来调节输出电压的方法。在PWM调压方式中，开关频率保持恒定，而脉冲宽度则根据输出电压的需求进行调整。

2. PWM调压方式的原理

PWM调压方式的原理基于以下几点：

• 开关频率恒定 ：PWM调压方式中，开关器件（如MOSFET、IGBT等）的开关频率保持恒定，这有助于减少电磁干扰和噪声。
• 占空比可调 ：通过调整脉冲信号的占空比，可以改变输出电压的平均值。占空比越大，输出电压越高；占空比越小，输出电压越低。
• 反馈控制 ：PWM调压方式通常结合反馈控制电路，通过比较输出电压与设定值的差异，调整脉冲信号的占空比，以实现输出电压的稳定。

3. PWM调压方式的应用

PWM调压方式广泛应用于各种DC-DC转换器中，如降压型（Buck）转换器、升压型（Boost）转换器和升降压型（Buck-Boost）转换器等。它具有噪声低、效率高、对负载变化响应速度快等优点，但轻负载时效率可能较低，且需要设计假负载以保持电路稳定。

二、PFM（脉冲频率调制）调压方式

1. PFM调压方式概述

PFM（Pulse Frequency Modulation）即脉冲频率调制，是一种通过改变脉冲信号的频率来调节输出电压的方法。在PFM调压方式中，脉冲宽度保持恒定，而频率则根据输出电压的需求进行调整。

2. PFM调压方式的原理

PFM调压方式的原理基于以下几点：

• 脉冲宽度恒定 ：PFM调压方式中，脉冲信号的宽度保持恒定，这有助于简化控制电路的设计。
• 频率可调 ：通过改变脉冲信号的频率，可以改变输出电压的平均值。频率越高，输出电压越高；频率越低，输出电压越低。
• 负载响应 ：PFM调压方式对负载变化的响应相对较慢，因为频率的调整需要一定的时间。但轻负载时，PFM调压方式具有较高的效率，因为开关器件的开关次数减少，降低了开关损耗。

3. PFM调压方式的应用

PFM调压方式适用于对负载变化响应要求不高的场合，如便携式设备、电池供电系统等。它具有功耗低、轻负载时效率高等优点，但输出电压的噪声和纹波相对较大，不适合工作于连续供电方式。

三、PSM（脉冲跨周期调制）调压方式

1. PSM调压方式概述

PSM（Pulse Skipping Modulation）即脉冲跨周期调制，是一种通过跳过一些开关周期来调节输出电压的方法。在PSM调压方式中，频率和脉冲宽度都保持恒定，但根据输出负载的情况跳过若干开关周期。

2. PSM调压方式的原理

PSM调压方式的原理基于以下几点：

• 频率和脉冲宽度恒定 ：PSM调压方式中，开关器件的开关频率和脉冲宽度都保持恒定，这有助于减少电磁干扰和噪声。
• 跨周期调制 ：通过跳过一些开关周期，可以改变输出电压的平均值。负载越轻，跳过的开关周期越多，输出电压越低；负载越重，跳过的开关周期越少，输出电压越高。
• 效率优化 ：PSM调压方式在轻载时具有较高的效率，因为跳过的开关周期减少了开关器件的开关次数和开关损耗。

3. PSM调压方式的应用

PSM调压方式适用于轻载时效率要求较高的场合，如低功耗电子设备、物联网设备等。它具有在轻载时效率高等优点，但输出电压的纹波较大，需要额外的滤波电路来减小纹波。

四、PFM-PWM混合调制方式

1. PFM-PWM混合调制方式概述

PFM-PWM混合调制方式是一种结合了PFM和PWM两种调压方式的优点的方法。在低电流情况下，电源采用PFM模式进行工作，以提高效率；在电流增大以后，转换为PWM模式进行工作，以降低噪声和纹波。

2. PFM-PWM混合调制方式的原理

PFM-PWM混合调制方式的原理基于以下几点：

• 模式切换 ：根据输出电流的大小，自动切换PFM和PWM两种调压方式。在低电流时，采用PFM模式以提高效率；在高电流时，采用PWM模式以降低噪声和纹波。
• 优点互补 ：PFM模式在轻载时效率高，但输出电压的噪声和纹波较大；PWM模式在重载时噪声低、效率高，但对轻载时的效率较低。PFM-PWM混合调制方式通过模式切换，实现了两种调压方式的优点互补。

3. PFM-PWM混合调制方式的应用

PFM-PWM混合调制方式适用于对效率和噪声都有较高要求的场合，如移动电源、智能家居设备等。它能够在保证效率的同时，降低输出电压的噪声和纹波，提高系统的稳定性和可靠性。

五、其他调压方式

除了上述常见的调压方式外，还有一些其他调压方式也被应用于DC-DC转换器中，如：

• 滞环调制 ：通过比较输出电压与设定值的差异，当差异超过一定阈值时，调整开关器件的开关状态，以实现输出电压的稳定。滞环调制具有响应速度快、稳定性好等优点，但可能产生较大的纹波。
• 线性调压 ：通过调整线性稳压器（如LDO）的电阻值，来改变输出电压的大小。线性调压具有输出电压稳定、纹波小等优点，但效率较低，特别是在输入输出电压差较大的情况下。

六、总结

DC-DC转换器的调压方式多种多样，每种方式都有其独特的原理和应用场景。PWM调压方式具有噪声低、效率高、对负载变化响应速度快等优点；PFM调压方式具有功耗低、轻负载时效率高等优点；PSM调压方式在轻载时效率较高；PFM-PWM混合调制方式则结合了PFM和PWM两种调压方式的优点。在选择调压方式时，需要根据具体的应用场景和需求进行权衡和选择。同时，还需要考虑电路设计的复杂性、成本、可靠性等因素。