開關式穩壓器的基本：PWM和PFM

茲說明電壓控制方法做為開關式穩壓器的基本。不論開關式穩壓器與否，電壓穩壓器的功能為產生安定化之輸出力電壓。因此，在「反饋控制方式」一項中業已說明，必須將輸出電壓反饋至控制電路來進行電路控制。在此要説明的是有關電壓控制的方式，例如該進行何種控制才能將輸入電壓調整為5V等。

開關式穩壓器如名稱所示，係藉由開關輸入電壓，也就是ON/OFF來變換成所希望的輸出電壓。此結構在「運作原理」一項中業已説明，簡單來說就是切割後平均化以均衡已設定輸入電壓之輸出電壓。此輸入電壓之切割法主要有2個方法。

・PWM控制（脈衝振幅調變）

PWM是最一般性的電壓控制方法。在一定周期下，將開關設為ON，從輸入取出符合輸出所需功率之部分。因此，ON和OFF之比率、佔空比（duty cycle）會隨必要之輸出功率而變化。

由於頻率一定，故有可預測即將產生之開關雜訊、濾波處理容易等優點。缺點方面，由於頻率一定，重負載時和輕負載時之開關次數皆相同，自我消耗電流不變，故輕負載時其開關損失受到控制，效率降低。

●頻率一定且依佔空比調整輸出電壓

• ・由於頻率一定，故容易過滤雜訊
• ・因頻率一定，故輕負載時開關損失導致之效率劣化顯著

・PFM控制（脈衝頻率調變）
PFM有固定ON時間型和固定OFF時間型。以固定ON時間型為例（參照下圖），ON時間一定而OFF時間變化。換言之，在下一個ON來臨前的時間會變化。當負載變大時，將會增加時間内的ON次數來迎和負載。也就是重負載時頻率會變高，輕負載時頻率會變低。

優點在於輕負載時由於不太需要追加功率，開關頻率變低，開關次數減少，開關損失減少，故輕負載時亦可維持高效率。缺點在於因頻率會變化，開關相關雜訊不穩定且難以濾波。總之，難以消除雜訊。此外，當頻率衝破20kHz時則進入人耳的聽覺範圍，可能會開始產生鳴音，音響機器的話則有可能會影響S/N。因此，可以說PWM比較容易操作。

●將ON（或OFF）時間設為一定，調整OFF（或ON）時間

• ・輕負載時由於會降頻率運作，故開關損失會減少而維持效率
• ・由於頻率不穩定，故雜訊濾波困難而有進入聽覺範圍的可能性

該利用哪一方必須在理解各特性後進行取捨，不過有些IC為了能夠利用雙方的優點，於穩定運作時採PWM運作，於輕負載時開關成PFM來維持效率。

●PWM和PFM的效率特性想像圖

• ・PWM於輕負載時亦以一定之周期開關，故效率低下。
• ・PFM於輕負載時會降頻率運作，故開關損失減少而維持效率
• ・有些IC類型藉由穩定時採PWM，輕負載時開關成PFM，使雜訊變少，改善輕負載時的低效率。