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    當(dāng)談到降壓轉(zhuǎn)換器（也稱為降壓轉(zhuǎn)換器）時，設(shè)計人員必須做出許多影響整個系統(tǒng)性能的設(shè)計選擇，包括選擇使用哪種工作模式。雖然某些器件具有多種專門的工作模式，但大多數(shù)降壓轉(zhuǎn)換器僅提供兩種：省電模式 (PSM) 和強(qiáng)制脈寬調(diào)制 (FPWM) 模式。兩種模式之間的根本區(qū)別出現(xiàn)在輕負(fù)載時。PSM 提高了輕負(fù)載時的效率，而 FPWM 模式則保持較高的開關(guān)頻率和較低的輸出電壓紋波。
    選擇哪種工作模式完全取決于系統(tǒng)中特定降壓轉(zhuǎn)換器的用途以及整個系統(tǒng)的目標(biāo)。本文將解釋 PSM 和 FPWM 模式之間的差異，并比較和對比兩種降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計（一種用于光學(xué)模塊，一種用于無線耳機(jī)），以確定獲得系統(tǒng)級性能的工作模式。
    FPWM 模式操作
    FPWM 模式是簡單的模式，在連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 下以其標(biāo)稱開關(guān)頻率運(yùn)行器件。大多數(shù)降壓轉(zhuǎn)換器都會退出 PSM，并在較高負(fù)載電流下自動以 PWM 模式運(yùn)行。
    對于 FPWM 模式下的理想降壓轉(zhuǎn)換器，輸出電壓和開關(guān)節(jié)點(diǎn) (SW) 波形不會隨著負(fù)載電流的變化而變化。這意味著影響負(fù)載性能的兩個主要因素——輸出電壓紋波和開關(guān)頻率——不會改變。無論消耗多少電流，負(fù)載始終由相同的信號供電，因此應(yīng)具有相同的性能。
    這種恒定紋波和開關(guān)頻率的權(quán)衡是降壓轉(zhuǎn)換器始終處于開關(guān)狀態(tài)，即使在輕負(fù)載時也是如此。恒定開關(guān)意味著即使負(fù)載電流降低，開關(guān)損耗也保持不變，從而導(dǎo)致輸出功率降低。這相當(dāng)于較輕負(fù)載時效率較低，尤其是當(dāng)負(fù)載降低到不連續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM) 時。
    PSM 模式操作
    市場上有多種 PSM 模式，每種模式都有自己的特定行為。所有這些都通過降低開關(guān)頻率來降低??開關(guān)損耗，從而提高輕負(fù)載時的效率（高于 FPWM 模式提供的效率）。稱為 DCS-Control 的恒定導(dǎo)通時間 (COT) 拓?fù)涫褂煤唵蔚膯蚊}沖 PSM 來提供高輕負(fù)載效率和低輸出電壓紋波。拓?fù)鋸?PSM 模式變?yōu)?PWM 模式時的負(fù)載電流是 DCM 到 CCM 的邊界。
    PSM 還具有比 FPWM 模式更低的靜態(tài)電流 ( IQ )，因?yàn)楫?dāng)器件不進(jìn)行開關(guān)時，許多內(nèi)部電路會關(guān)閉。與 FPWM 模式相比，較低的IQ與較低的開關(guān)損耗相結(jié)合，進(jìn)一步提高了效率。
    較高輕負(fù)載效率的缺點(diǎn)是輸出電壓紋波增加和開關(guān)頻率降低，這兩者都會影響某些負(fù)載（例如無線電）的性能。DCS-Control 的 PSM 專為克服此類挑戰(zhàn)并成功為敏感負(fù)載供電而設(shè)計。
    以下是受 PSM 和 FPWM 模式選擇影響的設(shè)計領(lǐng)域的主要亮點(diǎn)。
    輸出電壓紋波

    圖 1顯示了同一器件在相同工作條件（3.3 V IN、1.8 V OUT，無負(fù)載）下 PSM 模式（圖 1a）和 FPWM 模式（圖 1b）的輸出電壓紋波。

    您應(yīng)該在節(jié)能模式還是強(qiáng)制 PWM 模式下運(yùn)行降壓轉(zhuǎn)換器？(一) 您應(yīng)該在節(jié)能模式還是強(qiáng)制 PWM 模式下運(yùn)行降壓轉(zhuǎn)換器？(二)
    圖 1 PSM 模式 (a) 和 FPWM 模式 (b) 空載時的輸出電壓紋波視圖。資料
    DCS-Control 的 PSM 輸出一個脈沖，這會導(dǎo)致輸出電壓垂直增加。該尖峰之后是一個沒有開關(guān)的關(guān)斷時間，其中負(fù)載僅從輸出電容器汲取電流。當(dāng)另一個單脈沖出現(xiàn)時，這會降低輸出電壓直到一定水平。PSM 中產(chǎn)生的 18mV p-p輸出電壓紋波明顯大于 FPWM 模式中的 5mV，但僅為輸出電壓的 1%。額外的紋波還會對測得的均方根 (RMS) 輸出電壓進(jìn)行平均，從而使輸出電壓具有更寬的容差。如果需要，添加額外的輸出電容可減少紋波并提高輸出電壓容差。

    開關(guān)頻率

    圖 2顯示了在 1.8 V OUT的 PSM 和 FPWM 模式下測得的開關(guān)頻率。FPWM 模式在輕負(fù)載時保持較高的開關(guān)頻率，而 PSM 頻率隨著負(fù)載電流的減小而持續(xù)降低。
    您應(yīng)該在節(jié)能模式還是強(qiáng)制 PWM 模式下運(yùn)行降壓轉(zhuǎn)換器？
    圖 2該圖表顯示了 PSM 模式和 FPWM 模式的開關(guān)頻率與負(fù)載電流的關(guān)系。資料

    圖1中的時間尺度還反映了PSM和FPWM模式在開關(guān)頻率的極端空載工作條件下的不同開關(guān)頻率。對于 DCS-Control 等單脈沖 PSM，公式 1 估算特定負(fù)載下的開關(guān)頻率。要計算頻率，請在公式中使用降壓轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電流。

    您應(yīng)該在節(jié)能模式還是強(qiáng)制 PWM 模式下運(yùn)行降壓轉(zhuǎn)換器？
    (1)
    效率提升
    采用 PSM 運(yùn)行的主要原因是提高輕負(fù)載時的效率，從而降低輸入電流。圖 3顯示了 PSM 和 FPWM 模式之間效率的顯著提高。當(dāng)對 x 軸上的負(fù)載電流使用對數(shù)刻度時，效率差異為明顯。這地顯示了輕負(fù)載區(qū)域（負(fù)載電流低于幾百毫安 (mA)），此時效率開始出現(xiàn)差異。

    您應(yīng)該在節(jié)能模式還是強(qiáng)制 PWM 模式下運(yùn)行降壓轉(zhuǎn)換器？

    在 FPWM 模式下，當(dāng)固定開關(guān)損耗占輸出功率下降的很大比例時，效率開始下降。在 PSM 中，當(dāng) I Q占負(fù)載電流的很大百分比時，效率會降低。在此示例中，4A 的 I Q開始降低大約幾百微安負(fù)載電流的效率。較低 I Q的器件在負(fù)載電流較低的情況下仍能保持相同的高效率。
    系統(tǒng)級性能
    輕負(fù)載效率與較低輸出電壓紋波和較高開關(guān)頻率之間的權(quán)衡具有系統(tǒng)級影響。例如，無線耳機(jī)等電池供電系統(tǒng)通常使用 PSM，因?yàn)檩p負(fù)載時的更高效率會降低輸入電流，從而延長電池運(yùn)行時間。然而，電池供電系統(tǒng)中的某些電源軌可能無法在輕負(fù)載下運(yùn)行。負(fù)載電流可能很高（降壓轉(zhuǎn)換器以 PWM 模式運(yùn)行），或者負(fù)載電流可能為零，在這種情況下降壓轉(zhuǎn)換器可能會完全關(guān)閉。這些電源軌可能無法從輕負(fù)載效率的提高中受益。
    另一方面，非電池供電系統(tǒng)（例如光學(xué)模塊）通常更喜歡 FPWM 模式。在這些系統(tǒng)中，與較低紋波和較高頻率運(yùn)行相比，效率增益微不足道，這會影響信號鏈組件的靈敏度和性能。在這里，對于非電池供電的系統(tǒng)，也存在使用 PSM 的例外情況。需要有限輸入功耗的系統(tǒng)，例如滿足能源效率要求的系統(tǒng)（例如能源之星）以及使用限流輸入源（例如 USB 端口）運(yùn)行的系統(tǒng)，可能會大大受益于輕負(fù)載時功耗的降低。
    這就是為什么選擇 PSM 或 FPWM 模式對輕負(fù)載運(yùn)行的電源軌具有系統(tǒng)級性能影響。PSM 的較高效率通常有利于電池供電系統(tǒng)，而 FPWM 模式的較低輸出電壓紋波和較高開關(guān)頻率則有利于降壓轉(zhuǎn)換器的電源電壓對負(fù)載性能有強(qiáng)烈影響的系統(tǒng)。作為電源設(shè)計人員，您需要根據(jù)系統(tǒng)中每個電源軌對系統(tǒng)級目標(biāo)的影響來選擇工作模式