电源中三大控制模式PWM、PFM、PSM如何选型？

在电子设备中，开关电源（DC-DC）的高效控制是设计的核心挑战之一。面对不同负载场景，工程师常需在PWM、PFM、PSM三种控制模式中权衡取舍。本文将从原理、优缺点到实际应用，解析这三种调制模式。

  一、三大控制模式的定义与原理

1. PWM（脉冲宽度调制） •

 原理：固定开关频率，通过调节脉冲宽度（占空比）控制输出功率  ◦  

优势：纹波小、频率固定（易滤波）、线性度高，适合重载场景，满载时效率高达95%+（某TI芯片实测数据）。  

劣势：轻载时效率低（开关损耗大）。   •  应用场景：处理器供电、大电流设备（如电机驱动）。

  2. PFM（脉冲频率调制） •

 原理：固定脉冲宽度，通过“神出鬼没”的频率调节功率。 

 优势：轻载效率高（开关次数减少），适合低功耗设备。 

  劣势：频率随机，频谱如“天女散花”，EMI噩梦，滤波设计困难、重载效率低，低频<20kHz工作时可能引发“电路啸叫”。   •  应用场景：物联网设备、可穿戴电子等轻载场景。

3. PSM（脉冲跨周期调制） •  

原理：固定频率和脉宽，通过跳过部分周期调节输出功率。 

优势：轻载效率高（类似PFM）、开关损耗与负载正相关，0.1mA负载时效率达92%（某LTC芯片实测）。 

劣势：纹波较大，不适合高精度供电场景。  

•  应用场景：待机电源、电池供电设备。

二、三种模式的优缺点对比

模式 优点 缺点 适用场景  PWM 纹波小、易滤波  轻载效率低  重载、高精度设备   PFM 轻载效率高  频谱分散、滤波复杂  低功耗设备   PSM 轻载效率高、损耗可控  纹波大、精度低  待机/电池供电设备      

 三、模式切换：兼顾全负载效率

现代电源芯片常采用PWM+PFM/PSM混合模式，以覆盖全负载范围：

1.  重载时用PWM：发挥其高精度、低纹波优势。  

2.  轻载时切换为PFM/PSM：降低开关损耗，提升效率。  

典型应用案例：某电源控制器在轻负载时，自动将频率降低，工作在PFM 模式，当负载增到时，会过渡到PWM 模式，当负载继续增大时，工作在PFM+PWM 混合模式，这种组合模式下，可以大幅提升电源的全功率段的效率，如下图:

四、选型注意事项

1. 避免低频啸叫：PFM/PSM可能导致频率落入人耳敏感范围（20kHz以下），需优化负载设计或增加假负载。

2. 动态响应要求高时选PWM：其固定频率更易控制环路稳定性。    

3. 纹波三原则： ◦  ADC供电：只选PWM  ◦  数字电路：PSM/PWM混合  ◦  LED驱动：闭眼选PFM  

 4. 成本控制秘诀： ◦  消费电子：首选PWM+PSM（性价比之王）  ◦  工业设备：强制PWM模式（稳定性优先）  

 五、未来趋势 随着半导体工艺进步，自适应多模式控制成为主流。例如：根据负载实时切换PWM/PFM/PSM。