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知彼知己，方能百戰(zhàn)不殆——只有了解電路得各種工作模式，才能準(zhǔn)確地判斷此時(shí)電路是否正常、工作狀態(tài)，才能對癥下藥分析解決問題。本期，小編將為大家介紹一下開關(guān)電源得各種常見工作模式（以手機(jī)BUCK電源為例）。
01 兩類開關(guān)電源
高頻開關(guān)電源（HF-SMPS）
HF-SMPS是一種高效率、高魯棒性得電源模式，在通信等電子設(shè)備中，通常用于電源管理芯片（PMIC）得LDO供電、1.8v邏輯電路、RF電路以及外部負(fù)載。HF-SMPS不支持遠(yuǎn)端反饋，因此輸出電容必須就近芯片引腳放置。因?yàn)镠F-SMPS通過電感兩端得壓差來估算電流，因此遠(yuǎn)端放置電容會(huì)增加反饋回路得DCR，從而造成誤差。
快速瞬態(tài)開關(guān)電源（FT-SMPS）
FT-SMPS是一種高精度得、支持快速瞬態(tài)響應(yīng)得電源模式，主要為應(yīng)用處理器、GPU、CORE、調(diào)制解調(diào)器等供電。FT-SMPS支持多相開關(guān)電源，支持遠(yuǎn)端差分反饋來檢測動(dòng)態(tài)負(fù)載終端，因此其輸出電容靠近負(fù)載端放置。HF-SMPS和FT-SMPS得反饋模式如圖1所示。
圖1 HF-SMPS與FT-SMPS得反饋模式
02 操作模式
PWM模式（ Pulse width modulation）
當(dāng)電路工作在中等負(fù)載或重負(fù)載得情況下，電源會(huì)處于PWM模式，此時(shí)電感電流連續(xù)。針對瞬態(tài)響應(yīng)、紋波、效率、外部器件等因素，開關(guān)頻率以此優(yōu)化，用來獲得可靠些得電源性能。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(dǎo)模式（CCM）和非連續(xù)傳導(dǎo)模式（DCM），其電壓電流波形如圖2、圖3所示。DCM模式下得振蕩小編在之前得《DC/DC電源非連續(xù)模式下得振蕩原因解析》一文中已做詳細(xì)解釋，這里就不再介紹了。
圖2 CCM模式下得PWM波形
圖3 DCM模式下得PWM波形
跳脈沖PWM模式（Pulse-skip PWM）
當(dāng)電路工作在輕負(fù)載得情況下，PWM模式下效率非常低（MOS導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)損耗占主導(dǎo)地位），因此，通過跳過一些不必要得脈沖（減少開關(guān)次數(shù)）來提高效率。因?yàn)樘}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，各脈沖得頻率恒定，但占空比逐漸減小。
圖4 跳脈沖PWM波形
PFM模式（Pulse frequency modulation）
PWM模式是一種恒定頻率脈沖得模式，HF-SMPS和FT-SMPS同時(shí)也支持PFM模式，PFM是脈沖頻率可變得。因?yàn)槟軌蛲瑫r(shí)減少開關(guān)損耗和地上得電流損耗，因此在輕負(fù)載得情況下，PFM模式得效率更高。如圖5所示，我們觀察到PFM模式類似于上述得跳脈沖PWM模式，只是PFM模式下脈沖頻率是變化得。與上述模式對比發(fā)現(xiàn)。PFM得輸出電壓紋波是蕞大得。
圖5 PFM波形
自動(dòng)模式（Auto-mode）
自動(dòng)模式其實(shí)就是一種不需要軟件參與得，能夠根據(jù)負(fù)載得變化得情況，自動(dòng)將電路工作模式在PWM和PFM之間切換得一種機(jī)制。當(dāng)今智能手機(jī)使用得PMIC一般都具備這個(gè)功能。如圖6，當(dāng)輸出電流在40mA和400mA變化時(shí)，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(huì)自動(dòng)地抬高PFM得輸出電壓，這種平衡只在HF-SMPS電源中才有。
圖6 自動(dòng)模式波形
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)得短暫得PFM模式。當(dāng)電路工作在PFM模式時(shí)，負(fù)載突然加重導(dǎo)致輸出電壓跌落，因?yàn)闊o法快速得切換到PWM模式，所以需要一些時(shí)間來預(yù)熱PWM電路。為了防止這個(gè)預(yù)熱過程輸出電壓降得太低，PFM得電流可以被控制在正常得PFM和PWM之間，這個(gè)幾u(yù)s得過程被稱為HC-PFM，如圖7所示。
圖7 HC-PFM模式波形
03 輸出電壓及紋波測量
在手機(jī)研發(fā)得P0回板調(diào)試中，電源完整性得測試是重中之重，主要包括各電源上電時(shí)序、手機(jī)各種狀態(tài)下得電源電壓、重載電源紋波以及電感電流等。
在測量得過程中，我們需要注意以下幾點(diǎn)：第壹，電壓得測量必須選在負(fù)載電容上，地線應(yīng)選擇就近接地；第二，示波器必須調(diào)到20MHz得帶寬限制；第三，盡量選用地線較短得探頭，一般供應(yīng)商建議使用RF同軸電纜線來測，但考慮到成本和復(fù)雜程度，我們一般在測量及其敏感得電源時(shí)才會(huì)用到，另外使用接地彈簧也是個(gè)不錯(cuò)得選擇。
END
本期開關(guān)電源得工作模式就講解到這，歡迎評論區(qū)留言。喜歡得話就點(diǎn)個(gè)吧，定期分享電路原理、技術(shù)案例、工程管理等相關(guān)知識(shí)。持續(xù)不迷路哦。
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