開關電源的幾種工作模式詳解
1、 兩類開關電源
高頻開關電源（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電路以及外部負載。HF-SMPS不支持遠端反饋，因此輸出電容必須就近芯片引腳放置。因為HF-SMPS通過電感兩端的壓差來估算電流，因此遠端放置電容會增加反饋回路的DCR，從而造成誤差。
快速瞬態(tài)開關電源（FT-SMPS）
FT-SMPS是一種高精度的、支持快速瞬態(tài)響應的電源模式，主要為應用處理器、GPU、CORE、調(diào)制解調(diào)器等供電。FT-SMPS支持多相開關電源，支持遠端差分反饋來檢測動態(tài)負載終端，因此其輸出電容靠近負載端放置。HF-SMPS與FT-SMPS的反饋模式如圖1所示。
2、操作模式
PWM模式（ Pulse width modulation）
當電路工作在中等負載或重負載的情況下，電源會處于PWM模式，此時電感電流連續(xù)。針對瞬態(tài)響應、紋波、效率、外部器件等因素，開關頻率以此優(yōu)化，用來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)傳導模式（CCM）和非連續(xù)傳導模式（DCM），其電壓電流波形如圖2、圖3所示。DCM模式下的振蕩小編在之前的《BUCK電源振蕩原理》一文中已做詳細解釋，這里就不再介紹了。
跳脈沖PWM模式（Pulse-skip PWM）
當電路工作在輕負載的情況下，PWM模式下效率非常低（MOS導通時，開關損耗占主導地位），因此，通過跳過一些不必要的脈沖（減少開關次數(shù)）來提高效率。因為跳脈沖仍屬于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。
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同時也支持PFM模式，PFM是脈沖頻率可變的。因為能夠同時減少開關損耗和地上的電流損耗，因此在輕負載的情況下，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。與上述模式對比發(fā)現(xiàn)。PFM的輸出電壓紋波是最大的。
自動模式（Auto-mode）
自動模式其實就是一種不需要軟件參與的，能夠根據(jù)負載的變化的情況，自動將電路工作模式在PWM和PFM之間切換的一種機制。當今智能手機使用的PMIC一般都具備這個功能。如圖6，當輸出電流在40mA和400mA變化時，PFM和PWM也隨之改變。另外為了防止PFM模式下輸出電壓跌落，因此控制器會自動地抬高PFM的輸出電壓，這種平衡只在HF-SMPS電源中才有。
HC-PFM模式（High-current PFM）
HC-PFM模式是在PFM到PWM轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的短暫的PFM模式。當電路工作在PFM模式時，負載突然加重導致輸出電壓跌落，因為無法快速的切換到PWM模式，所以需要一些時間來預熱PWM電路。為了防止這個預熱過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，這個幾us的過程被稱為HC-PFM，如圖7所示。
3、 輸出電壓及紋波的測量
在手機研發(fā)的P0回板調(diào)試中，電源完整性的測試是重中之重，主要包括各電源上電時序、手機各種狀態(tài)下的電源電壓、重載電源紋波以及電感電流等。
在測量的過程中，我們需要注意以下幾點：第一，電壓的測量必須選在負載電容上，地線應選擇就近接地；第二，示波器必須調(diào)到20MHz的帶寬限制；第三，盡量選用地線較短的探頭，一般供應商建議使用RF同軸電纜線來測，但考慮到成本和復雜程度，我們一般在測及其敏感的電源時才會用到，另外使用接地彈簧也是個不錯的選擇。
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