谈谈PFM(脉冲频率调制)与PWM(脉冲宽度调制)
电力电子技术第二版张兴课后习题答案-范本模板
一、简答题2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。
题2。
1图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压;当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流,晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值)。
2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同.电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率;通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。
2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理.电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断;电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通,通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。
2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。
导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。
阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用.电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降,最后稳定在U F。
感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。
2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。
若流过PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂N—区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂N—区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。
2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。
从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短,通流能力比普通二极管小。
PWM的工作原理
PWM的工作原理脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。
这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。
脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。
随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。
可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。
pwm的定义脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。
9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。
与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。
模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V, 5V}这一集合中取值。
模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。
在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。
拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。
与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。
尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。
其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。
能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。
模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。
PFM PWM的对比
做电源设计的应该都知道PWM 和PFM 这两个概念开关电源的控制技术主要有三种：(1)脉冲宽度调制(PWM)；(2)脉冲频率调制(PFM)；(3)脉冲宽度频率调制(PWM-PFM)．PWM：（pulse width modulation）脉冲宽度调制脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。
这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。
脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。
PFM：（Pulse frequency modulation) 脉冲频率调制一种脉冲调制技术，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。
由于调制信号通常为频率变化的方波信号，因此，PFM也叫做方波FMPWM是频率的宽和窄的变化,PFM是频率的有和无的变化, PWM是利用波脉冲宽度控制输出,PFM是利用脉冲的有无控制输出.其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片，如UCl842／2842／3842、TDAl6846、TL494、SGl525／2525／3525等；PFM具有静态功耗小的优点，但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式，具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等；PWM-PFM兼有PWM 和PFM的优点。
DC/DC变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压，通过变化开关次数进行控制，从而得到与设定电压相同的输出电压。
PFM控制时，当输出电压达到在设定电压以上时即会停止开关，在下降到设定电压前，DC/DC变换器不会进行任何操作。
但如果输出电压下降到设定电压以下，DC/DC变换器会再次开始开关，使输出电压达到设定电压。
PWM控制也是与频率同步进行开关，但是它会在达到升压设定值时，尽量减少流入线圈的电流，调整升压使其与设定电压保持一致。
开关电源三种控制模式：PWMPFMPSM
开关电源三种控制模式：PWMPFMPSM一、PWM/PFM/PSM 三种控制模式的定义通常来说﹐开关电源（DC-DC）有三种最常见的调制方式分别为：1、脉冲宽度调制（PWM）2、脉冲频率调制（PFM）3、脉冲跨周期调制（PSM）在功率集成电路(PIC:Power Inregrated Circuit)中广泛采用了脉冲跨周期调制模式(PSM,Pulse Skip Modulation),可以克服脉冲调宽调制模式(PWM:Pulse Width Modulation)轻负载情况下变换效率较低、脉冲调频调制模式(PFM:Pulse Frequency Modulation)频谱分布随机的缺点。
他们调制行为的示意图可以用如图1所示一句话解读一下：PWM（频率不变，不断调整脉冲宽度）PFM（脉冲宽度不变，调整频率）PSM（频率和脉宽都不变，脉冲时有时无）1.PWM方式顾名思义，它是一种固定开关周期，变化T on来改变占空比的调制方式。
PWM方式，可称之为定频调宽，即开关频率保持恒定，而通过改变在每一个周期内的驱动信号的占空比来达到调制的目的，这是最常用的一种调制方式。
当输出电压发生变化时，通过环路的控制，便会使驱动信号的占空比发生改变，从而维持输出电压的恒定。
作为最常用的调制方式，PWM方式有以下优点:控制电路简单，易于设计与实现，输出纹波电压小，频率特性好，线性度高，并且在重负载的情况下有比较高的效率。
PWM是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，再进行数模转换。
可将噪声影响降到最低。
其缺点是随着负载的变轻，其效率也下降，尤其是轻负载的情况下，其效率很低。
PWM 由于误差放大器的影响，回路增益及响应速度会受到限制。
2. PFM方式PFM模式在正常工作时，驱动信号的脉冲宽度保持恒定，但脉冲出现的频率发生改变，即所谓的定宽调频。
当输出电压发生变化时，通过环路的调整，而使脉冲出现的频率发生改变，从而实现对电路的控制与调整。
几种PWM控制方法
几种PWM控制方法PWM（脉宽调制）是一种广泛应用于电子设备中的控制方法，通过控制信号的脉冲宽度来改变电路或设备的输出功率。
以下是几种常见的PWM 控制方法：1.定频PWM控制定频PWM控制是一种简单而常见的PWM控制方法，通过将固定频率的脉冲信号与一个可变的占空比相乘来实现控制。
脉冲的高电平时间代表设备处于工作状态的时间比例，而低电平时间代表设备处于停止状态的时间比例。
定频PWM控制可通过调整脉冲的占空比来改变输出功率，但频率固定不变。
2.双边PWM控制双边PWM控制是一种可调节频率和占空比的PWM控制方法。
与定频PWM不同的是，双边PWM控制可以根据需求调整脉冲的频率和占空比。
通过改变脉冲的频率和占空比，可以获得较高的精度和更灵活的控制效果。
3.单脉冲宽度调制（SPWM）单脉冲宽度调制是一种通过调整脉冲宽度的PWM控制方法。
与常规PWM不同的是，SPWM控制中只有一个脉冲被发送，其宽度和位置可以根据需求进行调整。
SPWM控制常用于逆变器和交流驱动器等高精度要求的应用，可以实现比其他PWM控制方法更精确的波形控制。
4.多级PWM控制多级PWM控制是一种在多个层次上进行PWM调制的控制方法。
通过将一系列的PWM信号级联起来，每个PWM信号的频率和占空比不同，可以实现更高精度和更复杂的波形控制。
多级PWM控制常用于高性能电机驱动器、中央处理器(CPU)和功率放大器等需要高精度信号处理的应用。
5.空间矢量调制（SVPWM）空间矢量调制是一种通过调整电压矢量的方向和大小来实现PWM控制的方法。
SVPWM通过控制电压矢量之间的切换来生成输出波形，可以实现较高的电压和电流控制精度。
空间矢量调制常用于三相逆变器、电子制动器和无刷直流电机等高功率应用中，可以实现高质量的输出波形。
6.滑模PWM控制滑模PWM控制是一种通过添加滑模调节器来实现PWM控制的方法。
滑模调节器可以通过反馈控制来实现系统的快速响应和鲁棒性，从而实现更好的控制效果。
PFM的工作原理、优势及集成功率芯片中实现PFM技术
PFM的工作原理、优势及集成功率芯片中实现PFM技术现在，领先的功率元件制造商已推出一系列“双模式”开关式转换器。
为提升低负载条件下的效率，这些转换器能在达到预设电流阈值时，自动从常用的脉宽调制（PWM）调节法切换至脉冲频率调制（PFM）法。
本文介绍PFM 的工作原理并解释其优势和一些不足，然后考察一些晶片供应商如何在集成功率芯片中实现这一技术。
PWM 和PFMPWM 不是用来调节开关式转换器输出电压的唯一技术。
这种技术不是通过改变固定频率方波的占空比来调节电源输出，而是采用恒定占空比，然后以调制方波频率方式来实现调节。
采用恒定导通和关断时间控制方式的DC/DC 电压转换器是PFM 架构的典型例子。
另外一个PFM 例子就是所谓的滞后电压转换器。
这种转换器采用一种简单调节方法，使MOSFET 能根据转换器检测到的输出电压变化导通和关断。
这种架构使输出电压在设定点左右往连续摆动，因此有时也称作“纹波稳压器”或“双滞环控制器”。
滞后作用用于保持预期运行，避免开关抖动。
因为滞后架构会根据电路的运行情况改变MOSFET 的驱动信号，所以开关频率会改变。
PFM 架构在DC/DC 转换方面确实拥有一定的优势，具体包括更优的低功耗转换效率、更低的总解决方案成本和简单的转换器拓扑结构，这种架构不需要控制环补偿网络，但由于一些明显的不足而不及PWM 受欢迎。
首先是EMI 控制。
相对于工作频率范围宽的器件，固定开关频率转换器的滤波电路更易于设计。
第二，PFM 架构容易在输出端导致更大的电压纹波，进而给被供电的敏感性硅器件造成问题。
第三，低频（或甚至频率为零）的PFM 会增加开关转换器的瞬态响应时间，导致一些便携式应用响应缓慢，引起客户不满。
然而，将PWM 架构的优点与单晶片“双模式”开关转换器中的PEM 器件的优点相结。
PFM与PWM的技术总结
PFM与PWM的技术总结做电源设计的应该都知道PWM 和PFM 这两个概念开关电源的控制技术主要有三种：(1)脉冲宽度调制(PWM)；(2)脉冲频率调制(PFM)；(3)脉冲宽度频率调制(PWM-PFM)．PWM：（pulse width m odula tion）脉冲宽度调制脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。
这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。
脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。
PFM：（Pulse frequency modula tion)脉冲频率调制一种脉冲调制技术，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。
由于调制信号通常为频率变化的方波信号，因此，PFM也叫做方波FMPWM是频率的宽和窄的变化,PFM是频率的有和无的变化, PWM是利用波脉冲宽度控制输出,PFM是利用脉冲的有无控制输出.其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片，如UCl842／2842／3842、TDAl6846、TL494、SGl525／2525／3525等；PFM具有静态功耗小的优点，但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式，具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等；PWM-PFM兼有P WM和PF M的优点。
DC/DC变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压，通过变化开关次数进行控制，从而得到与设定电压相同的输出电压。
PFM控制时，当输出电压达到在设定电压以上时即会停止开关，在下降到设定电压前，DC/DC变换器不会进行任何操作。
电力电子技术第二版张兴课后习题答案
电力电子技术第二版张兴课后习题答案(总117页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--一、简答题2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。
题2.1图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。
2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。
电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。
2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。
电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。
2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。
导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。
阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。
电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U。
感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，F峰值电压U FP 越高。
2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。
若流过 PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂 N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过 PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂 N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。
脉宽调制(PWM) 与脉冲频率调制(PFM)
概述
PWM 和 PFM 是两大类 DC-DC 转换器架构 每种类型的性能特征是不一样的
重负载和轻负载时的效率 负载调节 设计复杂性 EMI / 噪声考虑
集成型转换器解决方案可整合这两种操作模式以利 用它们各自的优势
2
典型便携式电源应用实例
5
滞环模式控制
FET 的接通和关断基于输出电压的检测
开关式 (Bang-Bang) 控制：输出电压始终恰好高于或低于理想设定点 比较器迟滞用于保持可预测的操作并避免开关“跳动”。
6
脉冲跳跃 / 省电模式
在轻负载时，PWM 转换器能自动切换至一种“低功耗”模 式以最大限度地减少电池电流消耗 该模式有时被称为“PFM”– 但实际上是一个间歇式地接通 和关断的固定频率 (PWM) 转换器
9
IC 的工作电流会影响轻负载效率
假如负载电流约为 1 mA，则 IC 的内部电流 在 4 mA 左右
• “最好情况”效率< 20%
如果负载电流约为 200 mA，则 IC 的内部电流 为 4 mA 左右
• “最好情况”效率 > 90%
10
双模式降压转换器
在 PWM 模式中 IC 工作电流约为 3.5 mA 在省电模式中 IC 工 作电流约为 23 µA
• •
对于噪声 / 纹波的敏感度在很大程度上取决于应用 对于 LED 应用，可以采用不同类型的亮度控制方法
3
定义 – PWM 和 PFM
PWM 转换器 PFM 转换器 • PFM = 脉冲频率调制 • 采用了一个可变频率时钟 • PFM 转换器实例：“恒定导通时间” 或 “恒定关断时间”控制 DC-DC 转 换器。 • 有几种 PFM 变种，而且该术语用于 指后面讨论的其他操作模式…
(完整版)电力电子技术第二版张兴课后习题答案
、简答题2.1晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。
R题2.1 图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S 开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。
2.2试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。
电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。
2.3试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。
电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。
2.4普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。
导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。
阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。
电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。
感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，di/dt 越大，峰值电压U FP 越高。
2.5试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。
若流过PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。
2.6比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。
从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。
开关电源基础知识PWM与PFM
脉宽调制(PWM) 与脉冲频率调制(PFM)概述PWM 和PFM 是两大类DC-DC 转换器架构每种类型的性能特征是不一样的●重负载和轻负载时的效率●负载调节●设计复杂性●EMI / 噪声考虑集成型转换器解决方案可整合这两种操作模式以利用它们各自的优势典型便携式电源应用实例降压转换器–电源处理器或“数字负载”•负载水平有可能发生显著的变化：在“睡眠”时为1～2 mA，而在“主动”操作期间则可达几百mA•期盼/ 需要在整个负载范围内实现高效率•需要上佳（足够的）负载调节以处理瞬态状况升压转换器–LED 背光灯、音频偏置电源轨或其他的“模拟”负载•对于噪声/ 纹波的敏感度在很大程度上取决于应用•对于LED 应用，可以采用不同类型的亮度控制方法定义–PWM 和PFMPWM 转换器•PWM = 脉宽调制•一种转换器架构：固定频率振荡器•驱动信号：恒定频率，具有可变的占空比（功率FET 导通时间与总开关周期之比）PFM 转换器•PFM = 脉冲频率调制•采用了一个可变频率时钟•PFM 转换器实例：“恒定导通时间”或“恒定关断时间”控制DC-DC 转换器。
•有几种PFM 变种，而且该术语用于指后面讨论的其他操作模式…PWM 控制架构• 中等和重负载条件下可实现良好的效率• 开关频率由PWM 斜坡信号频率设定•效率在轻负载条件下显著下降•快速瞬态响应和高稳定性需要仰仗上佳的补偿网络设计滞环模式控制FET 的接通和关断基于输出电压的检测开关式(Bang-Bang) 控制：输出电压始终恰好高于或低于理想设定点 比较器迟滞用于保持可预测的操作并避免开关“跳动”。
脉冲跳跃/ 省电模式在轻负载时，PWM转换器能自动切换至一种“低功耗”模式以最大限度地减少电池电流消耗该模式有时被称为“PFM”–但实际上是一个间歇式地接通和关断的固定频率(PWM)转换器“损耗”= 任何从输入吸收而未传送至输出的能量MOSFET•开关损耗•栅极驱动损耗•传导损耗无源组件•L：绕组和磁芯损耗•阻性损耗•电容器ESR 损耗转换器IC•内部基准•振荡器电路•栅极驱动电路在轻负载时，无源组件和FET 损耗显著下降IC 内部电流受振荡器的支配某个固定频率上，IC 工作电流不会随负载而减小IC 的工作电流会影响轻负载效率假如负载电流约为1 mA ，则IC 的内部电流在4 mA 左右•“最好情况”效率< 20%如果负载电流约为200 mA ，则IC 的内部电流为4 mA 左右•“最好情况”效率> 90%双模式降压转换器在PWM 模式中IC工作电流约为3.5mA在省电模式中IC 工作电流约为23 µA输出纹波差异采用省电模式时的一项折衷：在某一给定的负载电流条件下输出纹波较高在本例中达到了15 mV PP ，而PWM 模式则仅为< 5 mV PP脉冲跳跃间隔取决于负载随着负载的增加，开关脉冲出现的频度增高（在40mA时每6.5µs 出现一次，而在1mA时则是每100 µs 出现一次） 如果负载充分增加，则转换器将恢复恒定频率操作省电模式与强制PWM 模式的对比（在10 至30 mA 负载瞬变条件下） 可变频率高纹波 小纹波节能模式PWM 模式多种省电模式快速PFM：效率高于PWM，但低于轻PFM (LPFM)。
PWM调功介绍及PLL锁相环
PWM调功介绍及PLL锁相环常宏（深圳北辰亿科科技有限公司西安研发中心）摘要：本文对感应加热控制方式中的PWM控制方式进行介绍，并针对PWM方式中常用的锁相环进行介绍。
关键词：PWM PLL1PFM控制方式和PWM控制方式简绍1.1控制方式的概述感应加热中需要根据工件和主回路设定加热功率和加热频率，并根据实际的加工要求进行功率及频率的控制。
其中对于功率和频率的控制方式常用两类方式，一类是前级调功，也就是调整整流侧的直流电压，另一种是不控整流，也就是不调前级电压，只通过逆变侧的占空比和频率来改变功率。
但这两种方式都要涉及到频率和电流控制，也就是说，对于逆变侧的占空比和频率的控制是必须完成的。
调整占空比和频率有三种控制方式：1.PWM（脉冲宽度调制法）；2.PFM（脉冲频率频率调制法）；3.PDM（脉冲密度调制法）.1.2PFM（脉冲频率频率调制法）控制方式项目中现在使用的就是PFM方法。
这种方法是通过调整输出频率来调整电流的。
下图中可以看出，在频率靠近谐振点处，系统阻抗是减小的，也就是说，输出的电流会逐渐增大。
由于串联谐振对开关器件的特殊要求，所以，频率变化总是在谐振点右侧的。
PFM的优点是：1，功率范围大；2，适应范围宽，对主回路的要求也就随之减低。
缺点是：1，谐振点处的保护非常困难；2，频率不断改变，导致穿透深度变化较大，对于淬火等工艺很难完成。
图1 串联谐振的频率阻抗特性1.3PWM（脉冲宽度调制法）控制方式这种方法也非常简单，是通过改变占空比来实现的，简单的说，就是改变开关管打开和关断的时间。
图2 串联回路的主回路图3 脉冲宽度调整示意图另外，这种方法还有一种更加常用的实现方式，四个管子的打开时间错开一个移相角，占空比不变。
通过控制移相角，来控制打开的时间，也就控制了功率。
图4 移相调整示意图2PLL锁相环简介PLL是锁相环的缩写，具有自动完成相位同步的作用，进而达到锁定频率的目的。
2.1PLL的基本原理锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。
pfm脉冲频率调制
pfm脉冲频率调制
脉冲频率调制（PFM）是一种脉冲调制技术，其基本思想是通过调制脉冲信号的频率来传递信息。
在脉冲频率调制中，信号的幅度保持恒定，而频率则根据输入信号的变化而调制。
具体来说，脉冲频率调制通过改变脉冲的重复频率来传递模拟信号。
在脉冲频率调制的过程中，输入信号的变化会导致脉冲的频率相应地变化。
这种调制方式在一些通信系统中被广泛使用，尤其是在一些数字通信和控制系统中。
脉冲频率调制的优点之一是其抗噪声的能力相对较强，因为信息主要以脉冲的频率变化为主。
然而，与其他调制技术相比，脉冲频率调制的缺点之一是其对系统的线性度和相位噪声的敏感性相对较高。
总体而言，脉冲频率调制在某些应用领域中是一种有效的调制技术，特别是在需要抗噪声性能较好的场合。
电力电子技术第二版张兴课后习题答案
一、简答题2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。
题2.1图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。
2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。
电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。
2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。
电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。
2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。
导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。
阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。
电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。
感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。
2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。
若流过PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。
2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。
从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。
dcdc展频技术原理
DCDC转换器是一种用于将一个直流电压转换为另一个
直流电压的电子设备。
DCDC转换器的工作原理主要基于开
关电源技术。
DCDC转换器的展频技术原理主要涉及到开关频率的调节。
通过改变开关的频率，可以实现对输出电压的调节。
展频技术通常采用脉冲宽度调制（PWM）或脉冲频率调制（PFM）等方式来实现。
在展频技术中，通过调节开关的频率，可以改变输出电压的波形和纹波大小。
当开关频率提高时，输出电压的纹波减小，从而提高了输出电压的稳定性和精度。
同时，展频技术还可以通过优化开关频率的调节算法，提高转换器的效率和响应速度。
需要注意的是，展频技术在实际应用中还需要考虑其他因素，如电源的噪声、负载的变化等。
因此，在实际应用中需要根据具体需求和场景来选择合适的展频技术和参数设置。
脉冲频率调制
脉冲频率调制
脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation，PFM）是一种模拟信号调制方式，它通过改变脉冲的频率来表示信号的大小。
它主要用于模拟信号的传输，例如声音和图像等。
PFM的原理是：当输入信号的值变化时，脉冲频率也会相应地变化。
当输入信号的值增加时，脉冲频率也会增加；当输入信号的值减少时，脉冲频率也会减少。
此外，PFM还可以用来表示多种信号，例如正弦波、方波、锯齿波等。
PFM的优点是它可以有效地传输模拟信号，可以有效地抑制外部噪声，并且它的信号处理和解调技术比较成熟。
缺点是PFM容易受到外部干扰，信号处理技术也比较复杂，因此它的应用范围比较有限。
电力电子技术第二版张兴课后习题答案
一、简答题2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。
题2.1图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。
2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。
电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。
2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。
电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。
2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。
导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。
阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。
电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。
感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。
2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。
若流过PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。
2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。
从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。
数字电源的调制方式：脉冲频率调制是什么？
数字电源的调制方式：脉冲频率调制是什么？数字电源的调制方式可以分为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,PWM）和脉冲频率调制（Pulse Frequcncy Modulation, PFM）模式。
1、脉冲宽度调制脉冲宽度调制（简称脉宽调制）时在不改变频率的情况下，通过调节脉冲的占空比来调节功率管的开关时间；而脉冲频率调制（脉频调制）模式是在不改变脉冲占空比的情况下，通过调节脉冲频率来控制开管的开启时间。
两种调制模式各有其优缺点。
脉宽调制方式，开关频率恒定，通过调节导通脉冲宽度来改变占空比，从而实现对电能的控制，称之为“定频调宽”；脉频调制方式，其脉冲宽度恒定，通过调节开关频率改变通断比，从而实现对电能的控制，称之为“定宽调频”。
PWM的调制方法可分为定频调调节和频率调节两大类，其中变频调节又可分为恒定迟滞环宽控制、定开通时间控制和定管断时间控制。
（1）恒定迟滞环宽控制恒定迟滞环宽控制的电路工作原理；施密特触发器初始输出高电平，开关管开通，输出电压上升，当上升到电压最大值时，则施密特触发器输出反转，输出低电平，开关管关断；随后输出电压下降，当下降到电压最小值时，施密特触发器输出再次翻转，输出电平，开关管开通，如此周而复始地运行。
（2）定开通时间控制定开通时间控制的电路工作原理；单稳态触发器初始位于稳态，输出电平，开关管截止，输出电压下降；当下降到电压最小值时，施密特触发器输出再次翻转，输出高电平，开关管开通。
通过时间后，单稳态触发器自动翻转进入稳态，输出低电平，开关管关断，完成一个周期的运行。
(3) 定管断时间控制定管断时间控制的电路工作原理；单稳态触发器初始处于稳态，输出高电平，开关管开通，输出电压上升；当电压上升到最大值时，比较器翻转，输出低电平，触发单稳触发器进入暂态，输出低电平，开关管关断；经过时间后，单稳态触发器自动翻转进入稳态，输出高电平，开关管开通，如此周而复始地运行。
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谈谈PFM(脉冲频率调制)与PWM(脉冲宽度调制)
谈谈PFM(脉冲频率调制)与PWM(脉冲宽度调制)
做电源设计的应该都知道PWM 和PFM 这两个概念
开关电源的控制技术主要有三种：(1)脉冲宽度调制(PWM)；(2)脉冲频率调制(PFM)；(3)脉冲宽度频率调制(PWM-PFM)．PWM：（pulse width modulation）脉冲宽度调制
脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。
这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。
脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。
PFM：（Pulse frequency modulation) 脉冲频率调制
一种脉冲调制技术，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。
由于调制信号通常为频率变化的方波信号，因此，PFM也叫做方波FM
PWM是频率的宽和窄的变化,PFM是频率的有和无的变化, PWM是利用波脉冲宽度控制输出,PFM
是利用脉冲的有无控制输出.
其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片，如UCl842／2842／3842、TDAl6846、TL494、SGl525／2525／3525等；PFM具有静态功耗小的优点，但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式，具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等；PWM-PFM 兼有PWM和PFM的优点。
DC/DC变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压，通过变化开关次数进行控制，从而得到与设定电压相同的输出电压。
PFM控制时，当输出电压达到在设定电压以上时即会停止开关，在下降到设定电压前，DC/DC变换器不会进行任何操作。
但如果输出电压下降到设定电压以下，DC/DC变换器会再次开始开关，使输出电压达到设定电压。
PWM控制也是与频率同步进行开关，但是它会在达到升压设定值时，尽量减少流入线圈的电流，调整升压使其与设定电压保持一致。
与PWM相比，PFM的输出电流小，但是因PFM控制的DC/DC变换器在达到设定电压以上时就会停止动作，所以消耗的电流就会变得很小。
因此，消耗电流的减少可改进低负荷时的效率。
PWM在低负荷时虽然效率较逊色，但是因其纹波电压小，且开关频率固定，所以噪声滤波器设计比较容易，消除噪声也较简单。
若需同时具备PFM与PWM的优点的话，可选择PWM/PFM切换控制式DC/DC变换器。
此功能是在重负荷时由PWM控制，低负荷时自动切换到PFM控制，即在一款产品中同时具备PWM的优点与PFM 的优点。
在备有待机模式的系统中，采用PFM/PWM切换控制的产品能得到较高效率。
就DC-DC变换器而言目前业界PFM只有Single Phase，且以Ripple Mode的模式来实现，故需求输出端的Ripple较大。
没有负向电感电流，故可提高轻载效率。
由于是看输出Ripple，所以Transient很好，在做Dynamic的时候没有under-shoot。
PWM有Single Phase & Multi-phase，
多以Voltage Mode or Current Mode来实现，对输出Ripple没有要求，轻载时存在电感负向电流，故轻载效率较差，Compensation较Ripple相比较慢。
将PWM于PFM结合使用，当侦测到电感负电流的时候，变出现Pulse Skipping，而不再受内部Clock控制。
此时，controller will turn off both h-mos & l-mos，Coss & L会出现阻尼振荡。
每位工程师接触的领域不一样，可能有的领域是用PFM比较多，有的是用PWM比较多，但从整个电源行业来说,相信目前还是PWM用的多.上世纪80年代至今，PWM开始了在电源变换领域的“王朝统治"地位,因为每种方式都有缺点和优点.关键还是看是否适合客户需要吧在论坛看到一位网友是这样写的，我觉得写的比较形象，他说如果把PFM与PWM的电源用车来比较的话,用PFM的=奔驰,用PWM的=大众。
PFM相比较PWM主要优点在于效率
1、对于外围电路一样的PFM和PWM而言,其峰值效率PFM与PWM相当,但在峰值效率以前,PFM的效率远远高于PWM的效率,这是PFM的主要优势.
2、PWM由于误差放大器的影响，回路增益及响应速度受到限制，PFM具有较快的响应速度
PFM相比较PWM主要缺点在于滤波困难
1、滤波困难（谐波频谱太宽）。
2、峰值效率以前,PFM的频率低于PWM的频率,会造成输出纹波比PWM偏大。
3、PFM控制相比PWM控制 IC 价格要贵。
PFM之所以应用没有PWM多最主要的一个原因就是另外一个原因就是PWM的巨大优点了：控制方法实现起来容易，PFM控制方法实现起来不太容易。
省电模式与强制PWM 模式的对比（在10 至30 mA 负载瞬变条件下）
多种省电模式
快速PFM：效率高于PWM，但低于轻PFM⇐ (LPFM)。
权衡折衷
如需在非常轻负载时实现最高的效率，则采用“轻PFM”模式⇐
如需在轻负载和重负载之间频繁切换，且具有上佳的瞬态响应，则可使用“快速PFM”模式⇐
省电模式的选择由用户通过向转换器发送I⇐
结论（可变频率转换器）
优势⇐
在轻负载条件下可实现更好的效率λ
无需补偿器λ
易于实现：允许使用多种电感器λ
可变频率架构可能存在一些问题⇐
EMIλ频谱散布在所有的频率上，可能很难滤除
可听噪声（对于fλ < 20 kHz）
与EMI 有关的问题有时可以得到缓解：
EMI 由快速dv/dtλ和di/dt引起
在高功率条件下采用固定频率PWMλ
在省电模式中采用可变频率，总输出功率级别非常低。
EMIλ可能不是问题需要时可将转换器设定至“强制PWM”模式λ。