作者丨鼎阳科技 陈嘉明

概述

随着电子技术的快速发展，电子设备的功能日益强大，对于电源的要求也愈加严格，对效率高、噪声低且响应速度更快的电源需求日渐增加。

为了使电源在不同工况下实现理想的输出，对电源进行调制是不可缺少的一环。通过调制技术，可以精确调控电源输出，确保电源在各种负载条件下均能以最佳工作模式运行，从而根据不同负载情况调整输出功率，有效减少能量损耗，提升整体能源利用效率。合理的调制可以使电源具备更优的响应性能，优化系统性能，改善电源的纹波、噪声等参数，提高系统的稳定性。

另一方面，适当调制技术的运用可使用较小规格的电源元件和散热装置，降低电源系统的成本。电源调制不仅能提升电源性能以满足各种需求，还能促进电源系统设计实现更高效、更可靠且更经济的运行。

目前主要的电源调制方式有以下几种：

01 脉冲宽度调制（PWM）

PWM是在开关频率固定的情况下，通过改变脉冲的宽度来改变占空比的调制方式。具体实现方式是在恒定的开关周期内，改变开关管的导通时间，改变输出电压的大小以保持输出电压的稳定。PWM的调制方式易于实现，且输出纹波和噪声低，工作效率高。但效率易受负载影响，在轻载时效率不足。

02 脉冲频率调制（PFM）

PFM是在驱动信号的脉冲宽度保持恒定时，通过调节开关频率来改变占空比的调制方式。具体实现方式是在开关管的导通时间保持不变时，通过改变调制信号的频率来影响占空比的变化，以实现输出电压的稳定。PFM调制在轻载时仍能维持较高的效率，电源运行的功耗较低。但与PWM调制相比，存在输出的纹波较大，滤波电路的设计也更为复杂，瞬态响应时间长的问题。

03 混合脉冲调制（PWM-PFM）

在PWM和PFM调制里，针对不同负载情况下电源的输出效率各有侧重，主要体现在轻载时的效率及纹波上。为了提高电源从轻载到重载中不同工况下的输出效率，通过两种调制方式的结合（PWM-PFM），可保证在整个负载范围内都有比较高的效率。在轻载时，固定开关频率的PWM会造成输出效率的降低，采用低频率的PFM调制减少开关损耗，在重载时转换为PWM调制获取更高的转换效率和更低的输出电压纹波，两种模式通过负载电流中的大小情况来进行转换。

04 跳脉冲调制（PSM）

PSM调制在保持开关频率与脉冲宽度恒定的情况下，根据负载状况选择性地停止部分周期的输出，以稳定电压。与混合脉冲调制类似，在轻载时，开关管通过延长关断时间来跳过部分开关周期，从而提高电源在轻载条件下的输出效率。这两种方法的本质都是通过减少开关频率和次数来降低轻载时的开关损耗。然而，由于开关周期的不连续性，输出电压和电流会出现不平滑现象，且在负载变化时，跳周期无法迅速响应，导致PSM调制产生较大的纹波。

几种调制方式各有优缺点，选择合适的调制方式即可实现较为理想的输出，针对实际产品要综合输出效率、能耗、响应速度、带载能力等因素综合考虑使用的调制方式。

难点与挑战

实现脉冲调制方式有许多种，就算是同种调制方式也有多种设计的方法，如何评判实际调制后电源输出的效果成为了困扰许多工程师的难题。无论是采用现成的控制器芯片实现调制，还是利用数字处理技术精确控制驱动脉冲信号，在实际产品电路中的应用都需要对生成的调制信号效果进行评估。这一评估过程旨在分析并判断实际调制信号与理想调制信号之间的差距，进而指导对电路进行进一步的优化。

鼎阳科技提供专业化的电源调制分析功能，针对电源调制后的输出电源电流波形，提供一键式的调制参数分析，对其中的周期、频率、正负脉宽、正负占空比、上升下降时间等参数进行自动化测试，实现对电源调制输出的快速分析。

解决方案

鼎阳科技的电源分析选件提供了多种针对电源性能进行评估的测试项目，其中的调制分析功能尤为突出。通过观察控制脉冲信号在响应不同事件时脉冲宽度、占空比、周期、频率等参数的变化趋势，该功能能够验证电源调制的实际效果。调制分析为工程师提供了一种针对调制后电源输出进行诊断的有效手段，这有助于工程师更精确地定位问题，并进行后续的优化工作。

下面将介绍对电源调制分析的步骤。首先在电源分析界面栏中，分析项目选中调制分析，下方的测试状态切换可控制测试进行和停止。输入设置中，可针对输入电压和电流选择进行测试的通道，持续时间则为需要观察的时间长度，启动测试后会自动调整参数至设定状态，在连接指南中提供了进行测试环境搭建的方法。

图1 输入设置中的测试配置

在当前信源中可以选择本次测试需要测试的项目，选择电压/电流并进入测试后，软件会根据项目选择电压/电流值对应的信源，并开启对应的测量项。下方的类型中选择需要进行测试的项目，调制分析提供平均值、交流有效值、周期、频率、脉宽、占空比、上升下降时间的多种测试项目。基础设置配置完成后，开启测试状态即可自动化完成指定参数的测试过程。

图2 调制分析测试结果

总结

鼎阳科技提供用于电源分析的相关软件选件，为电源工程师提供整套的测试方案，其中的调制分析测试项可针对电源调制后的电流电压信号进行一键式测试，能够准确表征电源的调制输出特性。配备界面逻辑清晰，操作简便，极大减少了工程师在测试中的工作量。同时示波器的高垂直分辨率为工程师提供更加精确的测量结果，更好地呈现波形细节。

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SIGLENT

深圳市鼎阳科技股份有限公司（简称“鼎阳科技”，股票代码：688112）是国家重点“小巨人”企业，是全球极少数具有数字示波器、信号发生器、频谱分析仪和矢量网络分析仪四大通用电子测试测量仪器主力产品研发、生产和销售能力的通用电子测试测量仪器企业，同时也是国内极少数同时拥有这四大主力产品并且四大主力产品全线进入高端领域的企业。公司总部位于深圳，在美国克利夫兰、德国奥格斯堡和日本东京成立了子公司，在成都成立了分公司，在北京、上海、西安、武汉、南京设立了办事处，产品及服务远销全球80多个国家及地区。

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关键词:电源调制

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来 源：鼎阳科技

编辑：清风

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