DCDC芯片PFM模式的工作机制以及PFM与PWM之间的负载切换阈值
今天给大家介绍一下棱晶半导体DCDC芯片的工作模式。
棱晶半导体的大部分 DCDC 产品之所以在轻载时依旧高效，关键在于其内置的 PFM 模式。该模式通过“跳过”部分开关周期来降低损耗，轻载效率可比传统 PWM 提升 30% 以上。其机理是：保持脉冲宽度不变，仅调节开关频率以稳定输出电压。相比 PWM，PFM 在轻载下效率更高、响应更快；代价则是纹波略大，EMC 设计难度也随之增加。
PFM与PWM的区别
控制方式 |
开关频率 |
轻载效率 |
纹波电压 |
EMC设计 |
PWM（重载） |
固定 |
低 |
小 |
较简单 |
PFM（轻载） |
变化 |
高 |
大 |
较难 |
为何要在轻载下采用PFM模式？
是因为同一系统在不同工况下的电流需求跨度极大——从数百毫安骤降到区区几毫安不足为奇。传统 PWM 的固定开关频率在电流极小时会让“开关损耗 / 输出功率”这一比值急剧恶化。PFM 通过“按需开关”，把原本每周期必做的能量搬运改为“够电压就停、欠电压再补”，大幅削减了驱动与开关节点的无谓损耗。
以棱晶半导体 LGS5145 为例：
• 10 mA–100 mA 区间，效率稳定在 80 % 以上；
• 10 mA 以下仍能保持 50 % 以上。
• 10 mA–100 mA 区间，效率稳定在 80 % 以上；
• 10 mA 以下仍能保持 50 % 以上。
这一成绩正是轻载切入 PFM 的直接收益。
PFM模式和PWM模式之间的负载切换阈值
理解退出 PFM 的机制，是定位“轻载/重载”切换点的关键。
PFM 阶段，内部误差放大器“休眠”，输出由比较器粗调：当 VOUT 达到设定值的 1.01 倍即关断 MOSFET；负载突然加重时，能量补充不足，VOUT 下跌，误差放大器被唤醒，立即抬高峰值电流，系统无缝切回 PWM。
以LGS5145为例，利用负载调节（load-regulation）曲线，就能精确读出这一切换电流：
• VIN = 36 V，VOUT = 3.3 V
当 IOUT ≈ 420 mA 时，VOUT 跌落 1 % → 切换点 420 mA。
当 IOUT ≈ 420 mA 时，VOUT 跌落 1 % → 切换点 420 mA。
• VIN = 12 V，VOUT = 5 V（L = 10 µH）
IOUT ≈ 240 mA 时 VOUT 跌落 1 % → 切换点 240 mA；
若把电感减小，阈值可进一步降至约 150 mA。
IOUT ≈ 240 mA 时 VOUT 跌落 1 % → 切换点 240 mA；
若把电感减小，阈值可进一步降至约 150 mA。
结论：PFM→PWM 的负载阈值并非定值，而是由 VIN、VOUT、电感量以及 PFM 自身的效率共同决定；通过实测或规格书中的负载调节曲线即可快速锁定该点，为系统功耗优化提供量化依据。
LGS5145是一款集成了高压上管功率MOSFET的高频降压开关调节器。采用电流控制模式，为快速环路响应提供高达1A（输出5V，至少提供1A以上的输出）的高效输出。4.2V~55V的宽输入电压范围适用于各种消费及工业的降压应用，同时4uA的关断模式静态电流也使其适用于电池供电应用。
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