芯耀
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圖 1所示，有人疑惑其中的PFM是不是標錯了？有人疑惑DCM的開關(guān)頻率怎么會和CCM相同？
圖 1，BUCK降壓電路的導通模式
01、簡介
圖 2，BUCK降壓電路的導通模式和開關(guān)頻率
圖 2所示，為了能夠講清楚CCM / DCM /DEM / PSM / Burst Mode / PWM / PFM 這些概念的關(guān)系，我畫了這張圖，期望在這篇文章中能夠把它們講清楚。
參考文章：
非連續(xù)導通模式(DCM)和跳脈沖模式(PSM)大揭秘，二者等同嗎？差異有哪些？
跳脈沖模式(PSM)與突發(fā)模式(Burst Mode)大揭秘，二者等同嗎？差異有哪些？
02、電感電流是否連續(xù)：從CCM到DCM的關(guān)鍵點
圖 3，BUCK降壓電路的CCM模式
圖 3所示，在BUCK降壓電路中，電感電流（瞬時值）是三角波形狀。
電感電流的中心值或平均值，等于負載電流 IOUT（這個結(jié)論在《開關(guān)電源寶典·降壓電路(BUCK)的原理與應用》“3.3.5 電感的平均電流”章節(jié)中有兩種嚴格的公式推導）。
電感電流的峰峰值，又叫做紋波電流，表示為 ?IL ，其理論值大小等于紋波電流系數(shù)與負載電流的乘積，也就是 ?IL = r × IOUT 。
參考《開關(guān)電源寶典·降壓電路(BUCK)的原理與應用》“3.3.2 電流紋波系數(shù)”章節(jié)，或者直接分析圖 3中波形的幾何關(guān)系，可知BUCK電路從CCM到DCM基于I（電流）值的“關(guān)鍵條件”表述：
當 IOUT > ?IL/2 時，降壓電路工作在CCM模式，圖 3所示；
當 IOUT = ?IL/2 時，降壓電路工作在BCM模式，圖 4所示；
當 IOUT < ?IL/2 時，降壓電路工作在DCM模式，圖 5所示。同時，參考圖 2，我們將 I(OUT,TON,MIN) < IOUT < ?IL/2 對應稱為“狹義DCM”，將包括“狹義DCM”、跳脈沖模式PSM（Pulse Skip Mode）和突發(fā)模式（Burst Mode）在內(nèi)的三種模式稱為“廣義DCM”。
圖 4，BUCK降壓電路的BCM/CRM模式
圖 5，BUCK降壓電路的DCM模式
由此可見，參考圖 2，在BUCK電路中，隨著負載電流從 I_(OUT,MAX) 逐漸減小到等于 ?IL/2 時，對應導通從CCM過渡到BCM/CRM；隨著負載電流繼續(xù)減小到了 ?IL/2 > I_OUT > I_(OUT,TON,MIN) 區(qū)間時，導通模式從BCM/CRM過渡到DCM狀態(tài)。這里，將最小導通時間 T_(ON,MIN) 對應的負載電流表示為 I_(OUT,TON,MIN) 。
關(guān)鍵特點總結(jié)：
在這些導通模式中，隨著負載電流從 I_(OUT,MAX) 逐漸減小到 I_(OUT,TON,MIN) ，占空比也從 D_MAX 逐漸減小到 D_MIN = T_(ON,MIN) / T_SW 。
在這些導通模式中，以傳統(tǒng)的PWM架構(gòu)（而不是COT架構(gòu)）的BUCK為例，開關(guān)頻率是始終不變的。
03、開關(guān)頻率是否改變：從PWM到PFM的關(guān)鍵點
書接前文，隨著負載電流從 I_(OUT,MAX) 逐漸減小到 I_(OUT,TON,MIN) ，占空比也從 D_MAX 逐漸減小到 D_MIN = T_(ON,MIN) / T_SW ，也就是導通時間被逼到了墻角，達到了器件能夠工作的最小值 T_(ON,MIN) ，即使負載電流繼續(xù)減小，導通時間已經(jīng)小無可小了。
如果負載電流進一步減小，也就是 I_(OUT,TON,MIN) > I_OUT > I_(OUT,S,B) 的時候，電路會進入PSM（Pulse Skip Mode）模式，圖 6所示。
如果負載電流進一步減小，也就是 I_(OUT,S,B) > I_OUT 的時候，電路會進入Burst Mode，圖 7所示。
圖 6，BUCK降壓電路的跳脈沖模式(Pulse Skip Mode)
圖 7，BUCK降壓電路的跳突發(fā)模式(Burst Mode)
關(guān)鍵特點總結(jié)：
隨著負載電流進一步減小，以傳統(tǒng)的PWM架構(gòu)（而不是COT架構(gòu)）的BUCK為例，開關(guān)頻率開始減小或者從PWM過渡到PFM的邊界是 T_(ON,MIN) 這個參數(shù)。
圖 2中“占空比/導通時間”這列，上面“大”使用 D_MAX ，下面“小”使用 T_(ON,MIN) ，本質(zhì)上是相同的。因為有 F_SW 或 T_SW 不變，而占空比和導通時間又滿足關(guān)系式 T_ON = D × T_SW ，所以占空比和導通時間這兩個參數(shù)是正比關(guān)系。
參考圖 2，在PFM這種開關(guān)頻率變化的調(diào)制模式下，對應的導通模式是PSM（Power Saving Mode），具體可以進一步細分為跳脈沖模式（Pulse Skip Mode）和突發(fā)模式（Burst Mode）。
跳脈沖模式（Pulse Skip Mode）和突發(fā)模式（Burst Mode）兩種模式的邊界電流是 I_(OUT,S,B) ，一如CCM和DCM兩種模式的邊界電流是 ?IL/2 。
04、這么多模式，我太難了？
轉(zhuǎn)換個電壓而已，為什么需要這么多模式？這個問題其實與人們從線性電源轉(zhuǎn)而擁抱開關(guān)電源的目的一樣，都是為了更高的轉(zhuǎn)換效率，為了能夠在全負載范圍內(nèi)得到更加平坦的效率曲線，圖 8所示。
圖 8，模式更多，效率更好
別擔心，作為硬件/電源工程師的我們，只需要設計好芯片外圍電路即可，這些模式如何“智能”“動態(tài)”轉(zhuǎn)換，是芯片設計工程師/模擬IC工程師該考慮好的。被設計良好的BUCK芯片，必須能夠“智能”地應對各種負載條件。
05、為什么會認為DCM開關(guān)頻率不固定，應該比CCM開關(guān)頻率更??？
至少在我的認知中，以傳統(tǒng)的PWM架構(gòu)（而不是COT架構(gòu)）的BUCK為例，CCM / BCM(CRM) / DCM / DEM 這幾種模式的開關(guān)頻率必然是相同的。
之所以有人認為DCM開關(guān)頻率比CCM開關(guān)頻率更小，是因為將除了CCM之外、包括BCM(CRM) / DCM / DEM / Pulse Skip Mode / Burst Mode 在內(nèi)的這些模式都歸類為了“不連續(xù)導通DCM”，這里“不連續(xù)導通”的DCM可以認為是“廣義DCM”。同時，Pulse Skip Mode / Burst Mode這兩種模式下的開關(guān)頻率確實會減小。所以有：
CCM對應PWM，開關(guān)頻率是不變的；DCM對應PFM，開關(guān)頻率相對PWM是會減小的。
又或者是，因為每個工程師的理解不同，有些工程師認為沒有必要細分，只需要區(qū)分CCM、DCM（廣義）或者PWM、PFM即可，比如如下所示某大廠器件規(guī)格書 圖13、圖14就只給出了PFM和PWM，沒有進行細分。
06、小結(jié)?
參考圖 2，從此文更加細分的角度看，有以下兩點結(jié)論：
圖 2，BUCK降壓電路的導通模式和開關(guān)頻率
① 在占空比/導通時間在 D_MAX ~ T_(ON,MIN) 或者負載電流在 I_(OUT,MAX) ~ I_(OUT,TON,MIN) 這段工況內(nèi)，調(diào)制模式都是PWM，開關(guān)頻率是固定不變的。這里，從電感電流是否連續(xù)的角度看，如果電感電流連續(xù)（或臨界，最小值等于0），對應的就是CCM / BCM（或CRM）連續(xù)導通模式；如果電感電流不連續(xù)，對應的就是DCM（非同步BUCK電路）或DEM（同步BUCK電路）。
② 在導通時間小于 T_(ON,MIN) 或負載電流小于 I_(OUT,TON,MIN) 時，調(diào)制模式切換到PFM，相對PWM的開關(guān)頻率更小了。從電感電流的角度看，對應在PSM（Power Saving Mode），該模式具體又可以根據(jù)邊界電流 I_(OUT,S,B) 細分為跳脈沖模式（Pulse Skip Mode）和突發(fā)模式（Burst Mode）。
看完之后，你贊同此文的分析結(jié)論嗎？還有哪些需要補充的嗎？
