PWM 与 PFM:工控界的“王者之战”
21ic 2024-02-21

PWM,也就是脉冲宽度调制技术。在工业应用中,PWM发挥着重要作用。在往期文章中,小编对pwm、pwm优点、pwm调制方式等内容有所阐述。为增进大家对pwm的了解程度,小编将对pwm合pfm之间的优缺点予以介绍,并对pwm的纹波相关内容加以介绍。如果你对pwm具有兴趣,不妨继续往下阅读哦。

一、PWM与PFM

PWM:(pulsewidthmodulation)脉冲宽度调制

脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。这是按稳压的控制方式分类的,除了PWM型,还有PFM型和PWM、PFM混合型。脉宽宽度调制式(PWM)开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下,通过电压反馈调整其占空比,从而达到稳定输出电压的目的。

PFM:(Pulsefrequencymodulation)脉冲频率调制

一种脉冲调制技术,调制信号的频率随输入信号幅值而变化,其占空比不变。由于调制信号通常为频率变化的方波信号,因此,PFM也叫做方波FM。

PFM相比较PWM主要优点在于效率

1、对于外围电路一样的PFM和PWM而言,其峰值效率PFM与PWM相当,但在峰值效率以前,PFM的效率远远高于PWM的效率,这是PFM的主要优势。

2、PWM由于误差放大器的影响,回路增益及响应速度受到限制,PFM具有较快的响应速度。

PFM相比较PWM主要缺点在于滤波困难

1、滤波困难(谐波频谱太宽)。

2、峰值效率以前,PFM的频率低于PWM的频率,会造成输出纹波比PWM偏大。

3、PFM控制相比PWM控制IC价格要贵。

PFM之所以应用没有PWM多最主要的一个原因就是另外一个原因就是PWM的巨大优点了:控制方法实现起来容易,PFM控制方法实现起来不太容易。


二、响应时间、PWM纹波对PWM DAC的影响

PWM DAC以其一贯的简易性而在设计师的心目中占有一席之地,但响应时间慢和PWM纹波问题却限制了其使用价值和设计潜能。抑制PWM纹波的常用方法是使用RC低通滤波器,但它永远无法完全消除纹波,并且会使输出稳定时间极其缓慢。

利用PWM纹波固有的周期性特性,它在VC1波形的任何同步选择点处都具有完全相同的电压,因此,如果VC1被同步采样,比如通过图1的模拟开关S1和传输电容C2,然后保持(也就是采样-保持),即可通过C3产生输出电压Vout,那么无论VC1的AC分量有多大,其结果都将是平滑的无纹波Vout。

此外,由于同步采样消除了纹波,与RC1时间常数的长短无关,所以RC1可以非常短。这可以显著降低稳定时间,其中RC1=100µs=Tc=PWM周期,不到15•Tc=1.5ms即可达到稳定(8位精度)。但是,就像所有的好东西一样,我们知道它也必然有一定的局限。因此,现在问题就变成:RC1能够在多短的时间内与适当的DAC功能保持一致,以及有哪些设计因素导致了其局限性?

仔细观察VC1波形可以得出答案:Vout是采样的电压,它不是通过VC1的平均值、而是通过纹波最大值计算得出。因此:我们用DACVout函数对非线性部分求和,使得DAC传递函数也呈非线性,从而导致积分非线性(INL)误差,对于图2中示例电路的常数,误差可能达到满量程的8.3%。对于许多应用来说,这么大的INL误差是不可接受的。幸运的是,有一个简单的(软件)修复:对DAC设置进行数字预加重。

如果我们更改Tp:那么,Vripple项将从Vout中消失,8位INL即可恢复。

值得一提的是,可选的Vs和S2通过精确的基准参考(Vs)产生RC1输入波形,从而避免了在Vout电压上叠加逻辑电源的噪声和恶意调制(叠加到PWM逻辑信号上)。当然,如果你的应用对精度要求不高,也可以省略这些。让R直接与PWM信号相连即可。

正如我一开始所说的,一贯的简易性是PWMDAC的主要魅力之一!

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