?PWM控制（脈沖寬度調制）

PWM是最普通的電壓控制方法。在恒定周期下，將開關設為ON，從輸入截取符合輸出所需功率的部分。因此，ON和OFF的比率、占空比會隨必要的輸出功率而變化。

由于頻率恒定，故有可預測即將產生的開關噪聲、濾波器處理容易等優點。其缺點是，由于頻率恒定，重負載時和輕負載時的開關次數都相同，自我消耗電流不變，故輕負載時開關損耗是主要損耗而效率降低。

●頻率恒定根據占空比調整輸出電壓

• 頻率恒定，易于過濾噪聲
• 頻率恒定，輕負載時開關損耗效率顯著惡化

?PFM控制（脈沖頻率調制）

PFM有固定ON時間型和固定OFF時間型。以固定ON時間型為例（下圖參考），ON時間恒定OFF時間變化。換句話說，接下來一直到ON之前的時間會改變。當負載變大時，將會隨著負載增加時間內的ON次數。也就是說，重負載時頻率會變高，輕負載時頻率會變低。

其優點是，輕負載時無需增加功率，開關頻率變低，開關次數減少，開關損耗減少，故輕負載時也可維持高效率。其缺點是，頻率會變化，開關相關噪聲不穩定且難以濾波。噪聲難消除。此外，頻率一進入可聽帶20kHz時有可能會發生聲響等對音響設備的S/N造成影響。從這個意義來說，PWM比較容易操作。

● ON（或OFF）時間設為恒定，調整OFF（或ON）時間

• 輕負載時會降頻率工作，故開關損耗會減少而維持效率
• 頻率不穩定，故噪聲濾波困難而有進入聽覺范圍的可能性

利用哪一方，必須在理解各特性后權衡，不過有些IC為了能夠利用雙方的優點，于穩定工作時采PWM工作，于輕負載時開關成PFM來維持效率。

●PWM和PFM的效率特性示意圖

• PWM輕負載時恒定周期開關，故效率低下。
• PFM輕負載時會降頻率工作，故開關損耗減少而維持效率。
• 有些IC于穩定工作時采PWM工作，于輕負載時開關成PFM來維持效率。

重要特性－IC的規格

針對開關穩壓器的基礎，確認開關穩壓器的重要特性。本項將從“IC規格”的角度進行說明，而下一項則以“電源”的角度進行說明。

目前開關穩壓器的設計幾乎依賴所使用的電源IC并未言過其實。因此，理解電源IC的規格和意義非常重要。

開關穩壓器用IC的技術規格的表有記載多項參數，并有顯示規格值。這里僅就其中的輸入電壓范圍、輸出電壓范圍、輸出電流、開關頻率、工作溫度范圍等基本重要項目說明。

輸入電壓范圍

輸入電壓范圍是指IC可工作的輸入電壓范圍。視IC的規格而定，最大5V或40V等種類，因此必須選擇符合所使用電路的輸入電源規格。此外，不只是最大電壓，有許多IC也規定了可工作的最小電壓。如果是降壓電源，則為可工作比已設定輸出電壓稍高電壓的最低電壓。再低下去的話，有時IC會停止工作或產生異常工作。為了防止這種情況，有些稱為UVLO（Under Voltage Lock Out）保護功能的IC。

除了穩定的輸入電壓外，還必須詳細探討施加浪涌等瞬態電壓的可能性。視IC而定，有些將穩定電壓和瞬時電壓分開來規定。

與最大額定輸入電壓的區別在于最大額定是可徹底施加的電壓，不問有無工作。

從高電壓轉換為低電壓時，有時會承受降壓比的限制，未必在所有范圍都可使用。

輸出電壓范圍

輸出側可設定的電壓范圍。輸出電壓固定型則不在此限。降壓轉換器中，最小輸出電壓一般無法設定成比內部基準電壓低的電壓。最大輸出電壓輸入電壓與電壓損耗的差值。

就輸出電壓值而言，對IC的基準電壓精度、輸出電壓設定用的電阻器的精度有影響。

輸出電流

可輸出的電流值。有只能保證最小值的情況和也能保證最大值的情況。電流值依賴輸出段開關式晶體管的能力和熱。一般說來，需要大電流時，外置輸出段開關式晶體管較為有利。

必須配合輸出所需的功率余量。有時會因熱而導致破壞。此外，瞬時負載電流流動時，有必要確認輸出電壓處于十分穩定狀態或于必要時間內維持穩定。

規格值的標示有輸出電流（連續電流）和開關電流等表現。輸出電流（連續電流）時，可連續供給其電流。開關電流時，是持續開關時的電流，所以不是可連續供給電流，而是開關電流扣除某百分比的可連續供給電流的值。

開關頻率

開關頻率，PWM時為已設定的固定頻率。PFM頻率則隨條件而變動。通常頻變高時，可以使用小數值的輸出電容器和電感，尺寸也會變小，不過效率低下。需要權衡效率和尺寸。

開關穩壓器會附帶開關高諧波、開關噪聲。雖可通過濾波器來降低，不過無線電或音響電路等對噪聲敏感的電路有可能S/N會低下。

工作溫度范圍

可工作的溫度范圍，用周圍溫度Ta或接合部溫度Tj來規定。必須在考慮欲使用設備的使用環境或工作保證后進行選擇。

以Ta保證時，未必其Ta所有范圍都可使用。由于會發熱，故必須探討周圍溫度和主要負載電流以免超過Tjmax。熱的問題攸關可靠度降低或事故，因此非常重要。

要點總結如下表。

重要特性－電源特性

針對開關穩壓器的基礎，繼前項的“IC的規格”之后，在這里進一步說明，開關穩壓器的重要特性，“電源”的重要特性。

如前所述，目前開關穩壓器的設計幾乎依賴所使用的電源IC。因此，滿足電源的必要規格，選擇IC是一大前提。因此，應探討IC和電源規格間的如果可能需要進行的一些權衡。

例如，電源方面，如果必須過電流保護功能，則選擇IC時除了過電流保護外，也有可能兼具過電壓保護或過熱保護。IC視而定，可以選擇將有些功能設為無效，不過大多無法選擇。此時，如果沒有特別不便的話，增加其功能的變更電源規格或許是不錯的選擇。相反，雖然也可以不選過電流保護IC，而通過外置電路搭載過電流保護功能的方法，不過考慮到電路設計、增加分品、驗證工作等，時間、成本、安裝空間的缺點極有可能較多。如果沒有功能或成本増加等問題的話，優點高作為電源容許權衡。

針對電源的重要特性，有最低限理解后應探討如下所示特性。

線性調節

線性調節是指針對輸入DC電壓的變動的輸出電壓的變動。以%或輸入范圍的已決定具體變動值例如12mV等表示。線性調節在電源IC中，特別是線性穩壓器中，都存在同名的規格值。意義完全相同。輸入范圍條件，是指電源的輸入以設想電壓為基礎上設定的，線性調節畢竟是連續輸入電壓的變動，這意味與非瞬態變動有關的特性。

近年的IC線性調節非常優秀，但電路并非完全依賴IC的性能，探討使輸入電壓充分穩定的輸入電容器也很必要。

負載調節

負載調節是指針對負載電流的變動的輸出電壓的變動。與線性調節同樣，以%或負載變動間已決定的變動值表示。與線性調節同樣，IC本身有此規格，作為電源時，必須著眼于輸出配線的電阻成分、電源出口和負載入口電壓下降的不同。在電源輸出的出口方面，當負載電流變動時會產生依賴于電源電路本身負載調整率的變動，而在負載的入口方面線路阻抗成分的電壓下降會被增加，需要大電流的負載電源引腳電壓會意外降低等案例不在少數，必須注意。對此，“開關穩壓器的評估”項有詳細說明。

作為負載的變動之一，瞬態的變動與線性調節同，負載調節是針對非瞬態現象的特性。對于負載瞬態，須另外以負載瞬態響應的特性來思考。

效率

效率是定義為針對輸入功率的輸出功率的比率（%）。簡單來說，就是測量由輸入引入的功率（電流×電壓）和取自于輸出的功率所得到的值。效率的重要性無庸置疑，而抑制損耗則攸關發熱的降低。發熱不僅會限制取得的輸出功率，也需要空間或設備來散熱，最后還會變成使電源電路或附加電路可靠度降低的要素，是重量級的探討事項。

輸入/輸出紋波電壓

紋波電壓是指脈流，發生于輸入和輸出兩側。輸出紋波是指開關穩壓器上因著開關而存在的紋波電壓。有時也會以開關噪聲來表示，不過開關噪聲似乎大多包含高諧波或峰波等。

就紋波特性而言，有脈高的紋波電壓值和頻率探討事項。對于FPGA等使用1V以下的低電源電壓設備，有案例顯示無法滿足紋波電壓所要求的電源電壓精度。此外，包括高諧波或峰波在內也是讓系統S/N低下的原因。

輸出紋波可能因輸出濾波器減低，不過頻率如PFM般變動時則有時更有探討的必要。

輸入紋波是指開關晶體管因著開關大電流輸入產生的紋波電壓。電路布局設計必須注意，有時電流的開關（開/關）和輸入的寄生電感值產生峰波。坦白說，輸入電容器極需要連接于IC輸入引腳旁邊等方法排除寄生電感值。

負載瞬態響應

負載瞬態響應特性是指輸出負載電流急劇變動時，輸出電壓返回設定值前的響應速度。除了考慮輸出電容值（電容器）或ESR（等效串聯電阻）外，IC本身的響應性能也是重要的因素。電流模式的電源IC可通過相位特性的調整來優化。此外，遲滯（紋波）控制也是負載瞬態響應特性非常好的方式。

容許損耗

電源電路所使用的元件（IC或晶體管等）直接的容許損耗。Tjmax（接合部溫度的最大額定）和封裝的熱電阻計算容許的損耗功率，功率元件（開關晶體管）、內置型的話則算IC的容許損耗。如果從電路來看，近年來功率組件由于大多于基板進行表貼，利用基板作為散熱板（當然，大功率電路的話會個別設定散熱板），因此焊盤圖形布局也有極大關系。總之，散熱和容許損耗都必須探討，確實進行熱計算非常重要。

要點總結如下表。