低负载高效率的BUCK是如何实现的？

来源：时间：2024-09-11

一、 DC-DC的控制模式与效率

1. PWM模式

如下图是PWM控制模式的DC-DC，PWM(Pulse Width Modulation)，脉冲宽度调制，顾名思义，放大图可以看出，其周期T是不变的，而脉冲宽度tD1、tD2、tD3、tD4、是不同的。

. PFM模式

PFM( Pulse Frequency modulation) ,脉冲频率调制模式，如下图，其脉冲宽度t0是恒定的，但其周期T1、T2、T3、T4是变化的，因此称其是脉冲频率调制。

3. PWM与PFM控制的效率差异来自哪里？

两种控制模式都是在控制MOS管的通断，那么为何会有效率的差异呢？如下图，理想状况下，当MOS管开通时VDS等于0，此时虽然有电流通过，但是其消耗功率P=VDS*ID=0。

而实际应用中，由于MOS开通与关断都需要一定的时间，同时VDS也不能做到0，因此存在着VDS与ID同时不为0的情况，由此会消耗功率。如下图，消耗功率P随MOS管的开关而起伏。

那么很明显，开关越频繁，消耗功率越多，PWM模式由于是固定频率，因此不管其输出多大负载，MOS都在以固定频率开关，即使在低负载的情况下，MOS管也有很大的损耗。而PFM模式的周期不定，因此可以在低负载的状态下，降低开关频率，这样额外损耗就小了许多。

二、轻载高效的BUCK控制器原理

1. PSM模式

PSM（Pulse Skip Modulation），脉冲跳跃模式是结合PWM与PFM的一种模式，他的脉冲宽度也是固定的那么它如何调制呢？高负载时是PWM模式，随着负载下降，他的脉冲宽度降低到一定程度后就达到最小宽度了，他是通过跳过其中部分周期，在部分周期内MOS完全关闭的方式来为负载提供电流。如下图是三者对比图。

如下图分别是TI的TLV62569在PWM模式与PSM模式下VSW的波形图，由横轴时间轴可以看出，PSM模式下开关时间间隔增大了，也就意味着开关损耗降低了。

TI的TLV62569整体效率曲线，可以看到即使在10mA负载下效率最高也超过90% ，而普通的BUCK在此负载下基本就没有高效可言，甚至会低于10%。

2. 突发模式

突发模式Burstode（BM）是直接通过与输出电压比较来进行PWM调控，当负载很轻时，输出电压会升高，突发模式的控制器降关闭开关管来降低损耗，此时完全由输出电容维持输出电压，当输出电压降低后再此开启开关管。

突发模式由于是需要时才会开启MOS，因此相比于PSM模式其效率更高。即使是1mA负载，整体效率都达到了80%以上。

三、为何要轻载高效？

可能有人会有疑问为何需要轻载高效？1mA这种负载，即使效率不高，客观的损耗也只有mW级别。对于一般的设计这个损耗当然很低，但是现在很多电子产品是电池设备，他们会经常处于休眠模式，休眠模式下负载就会很低，对于电池设备来说，即使是很小的损耗，由于持续时间很长，也会造成电池电量下降，给用户不好的体验，因此产生了对轻载高效BUCK的需求。

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