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2016.12.15 DC/DC
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
・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
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