在开关电源的控制方式领域，PWM 控制和 PFM 控制凭借各自的优势已被广泛应用。其中，PFM 控制尤其独特，它通过根据负载电流让开关频率产生波动，以此来实现高效率的电能转换。然而，以往对于 PFM 控制的介绍，大多仅止步于对其工作原理的概述，对于单次开关的能量供给量是如何精准确定的，却鲜少涉及。本文将聚焦于此，深入解说 PFM 控制中单次开关的能量值是如何确定的，同时详细分析电流型 PFM 控制与 COT 控制之间的区别。
在开关电源中，通常通过电感器进行 DC/DC 的能量供给。要确定 PFM 控制中单次开关的能量，首先得了解线圈中储存的能量值。当电流 Ipeak 流向电感值为 (L) 的电感器时，其储存的能量 (E) 可以用公式 E=21LIpeak2 来表示。从这个公式中我们能够清晰地看出，电感值 (L) 越高，同时线圈电流 (Ipeak) 越大，那么线圈中储存的能量也就越大。这为后续分析 PFM 控制中单次开关能量奠定了基础。
PFM 控制下，通常采用以下两种方式来控制开关时的导通时间及线圈电流。限流型 PFM 控制，从名称上就可以看出其特点是控制流经电感器的峰值电流恒定，并让开关频率随之波动。其具体工作过程如下：当输出电压下降时，开关元件导通，电感电流开始上升。当电感电流达到设定的峰值电流阈值 (IPFM) 时，开关元件关断。开关停止后，若输出电压再次下降，则会再次进行开关动作，如此循环重复。在这种控制方式下，线圈中储存的能量为 E=21LIPFM2。由此可知，限流型 PFM 控制下，电感值越大，单次开关的能量就越大。而且，如果 IPFM 不依赖输入或输出电压，那么无论输入或输出电压如何变化，都能保证提供恒定的开关能量。这一特性使得限流型 PFM 控制在一些对能量稳定性要求较高的应用场景中具有显著优势。
固定导通时间控制 (COT 控制) 则是通过保持开关的导通时间 (ton) 恒定，来控制单次开关所提供的能量值。其工作过程为：当输出电压下降时，开关元件导通，电感电流开始上升。经过固定导通时间 (ton) 后，开关元件关断。开关停止后，若输出电压再次下降，会再次进行开关动作，不断重复这一过程。在固定期间的导通时间 (ton) 内，对线圈施加电压 (V) 时的电流增加量 (ΔIL) 可表示为 ΔIL=LV×ton。在降压型 DC/DC 中，施加在线圈上的电压为 (Vin - Vout)，因此可记为 ΔIL=L(Vin?Vout)×ton。基本上，PFM 控制下开始导通 (ON) 开关元件时，线圈电流为 0mA，所以可以求得峰值电流 Ipeak=L(Vin?Vout)×ton。使用此 Ipeak 计算线圈中储存的能量，可得 E=21L(L(Vin?Vout)×ton)2=2L(Vin?Vout)2×ton2。由此可见，与限流型 PFM 控制不同，在 COT 控制中电感值越大，单次开关的能量值反而越小。此外，当输入电压波动时，也存在 ton 因输入电压波动而波动的 COT 控制情况，所以单次开关的能量是否因输入电压增加而增减，取决于 COT 控制方式 (ton 的确定方式)。
理解 PFM 控制中单次开关能量值的确定方式，是深入掌握 PFM 控制详细特性的重要一步。
通过应用这些知识，工程师们可以更加精准地计算实际电路中的开关周期和纹波电压等参数。
这对于优化开关电源的性能、提高电能转换效率以及确保电子设备的稳定运行都具有至关重要的意义。
