开关电源的各种工作模式解析-KIA MOS管
开关电源的几种工作模式
1、 两类开关电源
高频开关电源（HF-SMPS）
HF-SMPS是一种高效率、高鲁棒性的电源模式，在通信等电子设备中，通常用于电源管理芯片（PMIC）的LDO供电、1.8v逻辑电路、RF电路以及外部负载。
HF-SMPS不支持远端反馈，因此输出电容必须就近芯片引脚放置。因为HF-SMPS通过电感两端的压差来估算电流，因此远端放置电容会增加反馈回路的DCR，从而造成误差。
快速瞬态开关电源（FT-SMPS）
FT-SMPS是一种高精度的、支持快速瞬态响应的电源模式，主要为应用处理器、GPU、CORE、调制解调器等供电。
FT-SMPS支持多相开关电源，支持远端差分反馈来检测动态负载终端，因此其输出电容靠近负载端放置。HF-SMPS与FT-SMPS的反馈模式如图1所示。
2、操作模式
PWM模式（ Pulse width modulation）
当电路工作在中等负载或重负载的情况下，电源会处于PWM模式，此时电感电流连续。针对瞬态响应、纹波、效率、外部器件等因素，开关频率以此优化，用来获得最佳的电源性能。
根据电感电流是否连续，PWM模式又可以分为连续传导模式（CCM）和非连续传导模式（DCM），其电压电流波形如图2、图3所示。
跳脉冲PWM模式（Pulse-skip PWM）
当电路工作在轻负载的情况下，PWM模式下效率非常低（MOS导通时，开关损耗占主导地位），因此，通过跳过一些不必要的脉冲（减少开关次数）来提高效率。
因为跳脉冲仍属于PWM模式，所以仍能保持很低输出电压纹波。跳脉冲PWM模式波形如图4所示，各脉冲的频率恒定，但占空比逐渐减小。
PFM模式（Pulse frequency modulation）
PWM模式是一种恒定频率脉冲的模式，HF-SMPS和FT-SMPS同时也支持PFM模式，PFM是脉冲频率可变的。因为能够同时减少开关损耗和地上的电流损耗，因此在轻负载的情况下，PFM模式的效率更高。
如图5所示，我们观察到PFM模式类似于上述的跳脉冲PWM模式，只是PFM模式下脉冲频率是变化的。与上述模式对比发现。PFM的输出电压纹波是最大的。
自动模式（Auto-mode）
自动模式其实就是一种不需要软件参与的，能够根据负载的变化的情况，自动将电路工作模式在PWM和PFM之间切换的一种机制。当今智能手机使用的PMIC一般都具备这个功能。
如图6，当输出电流在40mA和400mA变化时，PFM和PWM也随之改变。另外为了防止PFM模式下输出电压跌落，因此控制器会自动地抬高PFM的输出电压，这种平衡只在HF-SMPS电源中才有。
HC-PFM模式（High-current PFM）
HC-PFM模式是在PFM到PWM转换过程中出现的短暂的PFM模式。当电路工作在PFM模式时，负载突然加重导致输出电压跌落，因为无法快速的切换到PWM模式，所以需要一些时间来预热PWM电路。
为了防止这个预热过程输出电压将的太低，PFM的电流可以被控制在正常的PFM和PWM之间，这个几us的过程被称为HC-PFM，如图7所示。
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