關(guān)注“電源先生”，解析開關(guān)電源
深夜的實(shí)驗(yàn)室里，小王盯著示波器上跳動(dòng)的波形發(fā)愁。他的降壓電源在輕載時(shí)效率始終不達(dá)標(biāo)，同事建議他嘗試“跳脈沖模式(Pulse Skip Mode, PSM)”，但數(shù)據(jù)手冊(cè)里又提到了“非連續(xù)導(dǎo)通模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)”。這兩個(gè)概念似乎都在描述輕載時(shí)的工作狀態(tài)，但為何參數(shù)差異如此之大？他忍不住在技術(shù)群里提問：“DCM和PSM是不是同一個(gè)東西？”
01
/ BUCK降壓電路的導(dǎo)通模式有哪些？ /
圖 1 BUCK降壓電路的導(dǎo)通模式
參考[ BUCK降壓電路的導(dǎo)通模式有哪些？ ]，降壓電路通常有CCM、BCM、DCM、DEM、FCCM和Auto Mode這6種導(dǎo)通模式。除此之外，還有更輕負(fù)載條件下的“跳脈沖模式(Pulse Skip Mode)”，從頻率的角度看，就是圖 1中的“脈沖頻率調(diào)制PFM”。
此文，重點(diǎn)分析“非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)”與“跳脈沖模式(PSM)”的差異。注：此文所述“PSM”特指狹義的“Pulse Skip Mode”“Pulse Skipping Mode”“跳脈沖模式”，而非廣義的“Power Saving Mode”“省電模式”。
02
/ DCM：電感的“能量真空期” /
定義：電感電流在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)有一段（時(shí)間）完全歸零的“能量真空期”，直到下個(gè)周期開始。
特征（參考圖 2）：
? DCM模式的開關(guān)頻率與CCM模式相同
? 電感電流波形呈三角形，谷值觸及零軸并保持一段時(shí)間
? 輸出電壓與負(fù)載電流呈非線性關(guān)系
? 自然存在于傳統(tǒng)PWM控制架構(gòu)中（Skip Mode需要專用控制邏輯實(shí)現(xiàn)）
? 通常只存在于非同步BUCK電路拓?fù)渲校瑢?duì)應(yīng)同步BUCK電路拓?fù)渲薪凶?ldquo;二極管模擬模式DEM”，參考[ 什么是DCM？什么是DEM？二者等同嗎？ ]
圖 2，非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)
03
/ PSM：電源的“選擇性罷工” /
定義：當(dāng)BUCK電源的負(fù)載電流比DCM模式負(fù)載電流更小時(shí)，控制器主動(dòng)跳過部分開關(guān)周期，僅在輸出電壓跌落時(shí)觸發(fā)能量補(bǔ)充。
特征：
? 周期性的“脈沖群”與“靜默期”交替（圖 3）
? 開關(guān)頻率隨負(fù)載動(dòng)態(tài)變化
? 需專用控制邏輯實(shí)現(xiàn)（DCM自然存在于傳統(tǒng)PWM控制架構(gòu)中）
圖 3，跳脈沖模式(Skip Mode)
圖 4，TPS54560規(guī)格書
圖 4所示，在一些TI器件規(guī)格書中（如TPS54560），Pulse Skip Mode又被稱為Pulse Skip Eco-mode，或直接寫成Eco-mode。
04
/ 深度對(duì)比：四大維度拆解差異 /
05
/ BUCK芯片示例 /
圖 5，TPS43061支持DCM和非外部可選PSM
隨著負(fù)載電流減小，BUCK電路會(huì)從CCM過渡到BCM、再到DCM；若負(fù)載電流進(jìn)一步減小，DCM模式下占空比頂?shù)搅?ldquo;最小導(dǎo)通時(shí)間 Minimum on-time”，則進(jìn)入PSM（Pulse Skip Mode）模式。
圖 6，MAX15118支持DCM和外部可選PSM
圖 6所示，MAX15118帶SKIP引腳，Selectable Skip Mode Option for Improved Efficiency at Light Loads。輕載時(shí)先進(jìn)入DCM，負(fù)載進(jìn)一步降低時(shí)切換至PSM，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整實(shí)現(xiàn)全負(fù)載范圍最優(yōu)轉(zhuǎn)換效率。
06
/ 結(jié)語(yǔ)：工程師的哲學(xué)思考 /
站在實(shí)驗(yàn)室窗前，小王終于明白：DCM是寄生在PWM控制架構(gòu)中的自然表達(dá)，PSM是人類智慧基于專用控制邏輯實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)干預(yù)。正如量子力學(xué)中的波粒二象性，這兩種模式本質(zhì)上都是對(duì)輕載工況的不同觀測(cè)視角。真正的設(shè)計(jì)藝術(shù)，在于理解它們的共生關(guān)系，在矛盾的夾縫中尋找最優(yōu)解。
或許，未來(lái)的電源芯片將不再需要“模式選擇”這個(gè)選項(xiàng)——因?yàn)橹悄芑目刂破鳎缫言谖⒂^世界里完成了億萬(wàn)次優(yōu)雅的模式舞蹈。