Режим PFM (пропуск импульсов) импульсного преобразователя

Когда нагрузка у импульсного стабилизатора маленькая, переключать ключ с полной частотой невыгодно: потери на переключение становятся больше полезной мощности. Многие микросхемы в таком случае сами переходят в экономичный режим — PFM, пропуск импульсов, power save mode или Eco-mode.

Обновлено 22 октября 2026 г.Редакция GAW

Содержание

Зачем он нужен
Как это работает
Чем платят

Режим PFM (pulse frequency modulation, частотно-импульсная модуляция) — режим работы импульсного преобразователя при малой нагрузке, в котором он регулирует выход не шириной импульсов на постоянной частоте, а тем, как часто включает ключ. Производители называют такие режимы по-разному: PFM (LMR33630), power save mode (TPS6213x), pulse skipping Eco-mode (TPS54360). Общая идея одна — переключаться реже, когда энергии нужно мало.

Зачем он нужен

При большой нагрузке преобразователь работает в обычном ШИМ на постоянной частоте, и потери на переключение малы по сравнению с полезной мощностью. Когда ток нагрузки падает до миллиампер, потери на переключение и управление затворами почти не уменьшаются и становятся сравнимы с полезной мощностью — КПД падает. Именно эти потери, по TI, снижает режим пропуска импульсов у TPS54360. В PFM ключ работает редко, и потребление снижается: у TPS6213x ток покоя в режиме power save — около 17 мкА, у TPS54360 без нагрузки — 146 мкА.

Как это работает

Микросхема (TI)	Название	Когда входит	Что делает
LMR33630	PFM	при малой нагрузке, порог зависит от U_вх, L и частоты	включает верхний ключ пачками, период пачек регулирует выход
TPS6213x	power save mode	ток нагрузки меньше половины пульсаций тока дросселя	частота уменьшается линейно с током нагрузки
TPS54360	Eco-mode (пропуск импульсов)	пиковый ток ключа ниже порога, у схемы из даташита ~24 мА	пропускает циклы, пока выход не опустится

Переход в экономичный режим обычно совпадает с переходом в режим прерывистого тока: у TPS6213x он происходит прямо на границе прерывистого режима, а у LMR33630 PFM работает с эмуляцией диода, которая не даёт току дросселя развернуться.

Чем платят

TI перечисляет для LMR33630: больше пульсации выходного напряжения, переменная частота переключения и небольшое повышение выходного напряжения на малой нагрузке. Переменная частота мешает подавлять помехи фильтрами, а пульсации — точным измерениям. Поэтому у многих микросхем есть вывод выбора режима или вариант с постоянным ШИМ: на Raspberry Pi Pico стабилизатор RT6150 переводят в постоянный PWM высоким уровнем на GPIO23, чтобы снизить пульсации для АЦП.

Не путать с частотой переключения в режиме ШИМ — она постоянна и задаётся генератором, а в PFM средняя частота зависит от нагрузки.

Частые вопросы

Что такое режим PFM у DC-DC преобразователя?

Экономичный режим при малой нагрузке: вместо переключения на постоянной частоте ключ включается пачками импульсов, а между пачками отдыхает, и выход поддерживает выходной конденсатор. Период пачек подстраивается под нагрузку, поэтому средняя частота падает вместе с током. Так уменьшаются потери на переключение и ток потребления.

Чем плох режим PFM?

По TI, у LMR33630 в PFM больше пульсации выхода, частота переключения меняется с нагрузкой, а выходное напряжение немного растёт на малой нагрузке. Переменная частота мешает фильтровать помехи, а пульсации — точным измерениям. Поэтому, например, на Raspberry Pi Pico стабилизатор можно перевести в постоянный PWM, чтобы снизить пульсации для АЦП.

При каком токе преобразователь переходит в PFM?

Это зависит от микросхемы и обвязки. TPS6213x уходит в power save на границе прерывистого режима, когда ток нагрузки меньше половины размаха пульсаций тока дросселя. TPS54360 следит за пиковым током ключа, поэтому порог зависит от индуктивности: схема из даташита переходит в Eco-mode около 24 мА. У LMR33630 порог растёт с частотой переключения, и TI советует проверять переход на макете.

Источники

Texas Instruments. LMR33630 SIMPLE SWITCHER 3.8-V to 36-V, 3-A Synchronous Step-down Voltage Converter (SNVSAN3F, revised November 2020) — разд. 8.1: при большой нагрузке PWM на постоянной частоте, при малой — PFM с эмуляцией диода и прерывистым током; разд. 8.4.1: в автоматическом режиме переход между PFM и PWM зависит от входного напряжения, индуктивности и частоты, при большей частоте — при большей нагрузке; в PFM верхний ключ включается пачками из одного или нескольких импульсов, период пачек регулирует выход; высокий КПД на малой нагрузке, но больше пульсации, переменная частота и небольшое повышение выходного напряжения
Texas Instruments. TPS6213x 3-V to 17-V 3-A Step-Down Converter in 3×3 QFN Package (SLVSAG7F, revised November 2021) — разд. 3 (описание): в режиме power save ток покоя около 17 мкА; разд. 8.4.1: PWM в непрерывном режиме на 2,5 или 1,25 МГц, пока ток нагрузки больше половины пульсаций тока дросселя, на границе прерывистого режима — переход в power save; разд. 8.4.2: в power save частота уменьшается линейно с током нагрузки, переход плавный; при входном напряжении меньше чем на 15 % выше выходного остаётся в PWM
Texas Instruments. TPS54360 4.5-V to 60-V Input, 3.5-A, Step-Down DC-DC Converter With Eco-mode (SLVSBB4G, revised June 2018) — разд. 7.3.3: при малой нагрузке пропуск импульсов (Eco-mode) снижает потери на переключение и управление затвором; вход в режим — по пиковому току ключа ниже порога (COMP 600 мВ), поэтому ток перехода зависит от индуктивности, схема рис. 34 переходит при ~24 мА; без нагрузки ток потребления 146 мкА

Нашли ошибку?