一、 前言：为什么需要不同的工作模式？

在电池供电的IoT设备或手机中，我们既希望它在全速运行时性能强劲（重负载），也希望它在待机时能续航数月（轻负载）。这就对电源芯片提出了一个挑战：如何在不同负载条件下都能高效工作？

单一的固定频率PWM模式无法满足全范围的高效率需求。于是，工程师们开发出了多种智能的工作模式，PFM和FCCM就是其中两种关键的技术。

二、 PFM（脉冲频率调制） - 轻载能效之王

1. 工作原理

PFM的全称是Pulse Frequency Modulation（脉冲频率调制）。它的核心思想是：固定开关脉冲的导通时间（Ton），通过改变开关频率（Frequency）来调节输出电压。

• 重负载时：需要更多能量，开关频率变高，单位时间内输送的能量更多。

• 轻负载时：需要能量少，开关频率变低，单位时间内输送的能量减少。

由于开关损耗与频率成正比，频率降低后，轻载时的效率得到大幅提升。

下图展示了PFM模式在不同负载下的波形变化：

plaintext

负载由重变轻：
重负载: |||||| |||||| |||||| ||||||  (高频率，脉冲密集)
轻负载: |||||         |||||          (低频率，脉冲稀疏)
         <--固定Ton-->

2. 模式特点

• 优点：

  • 极致的轻负载效率：是延长电池待机时间的利器。

• 缺点：

  • 输出电压纹波（Ripple）较大：频率变化导致噪声频谱变宽，难以滤波。

  • EMI（电磁干扰）性能较差：变化的频率会产生宽频噪声，对敏感电路可能造成干扰。

  • 负载瞬态响应相对较慢。

3. 应用场景

主要用于对轻负载、待机功耗要求极端苛刻的场景：

• 手机、智能手表的睡眠模式

• 物联网（IoT）传感器节点

• 各种遥控器、蓝牙信标

三、 FCCM（强制连续导通模式） - 应对轻载的另一种策略

在理解FCCM之前，需要先知道两个基础模式：

• CCM（连续导通模式）：电感电流始终大于零。重载性能好，纹波小，但轻载效率低。

• DCM（断续导通模式）：电感电流会周期性降为零。轻载效率高，但输出电流纹波大。

而 FCCM（Forced Continuous Conduction Mode） 是一种特殊的控制方式。

1. 工作原理

顾名思义，FCCM就是强制电源芯片在轻负载时也连续工作于CCM模式。

• 在普通的DCM模式下，当电感电流降到0后，开关管会一直关闭，直到下一个周期开始。

• 在FCCM模式下，即使电感电流已经降为0，控制芯片也会强制让下桥臂的同步MOSFET（Low-Side MOSFET）导通，或者让电流反向流动，从而让电感电流始终保持连续（从不中断）。

下图对比了CCM、DCM和FCCM的电感电流波形：

plaintext

普通DCM: 电流降到0并等待
      /\/\/\    |            /\/\/\    |
     /      \   |           /      \   |
    /        \/ |          /        \/ |
   /            |         /            |--> 电流为0期间，开关管关闭
  /             |        /             |
-/--------------|-------/--------------|-->时间

FCCM: 电流降到0后，强制同步管导通，电流反向或保持
      /\/\/\/\/\/\/\                    (电流持续，从不中断)
     /            / \
    /          /\/   \                  (电流可能短暂为0或轻微反向)
   /        /\/       \
  /      /\/           \
-/__/\/\/_______________\____________-->时间

2. 模式特点

• 优点：

  • 固定开关频率：非常好滤波，EMI性能最优，噪声频谱纯净。

  • 出色的负载瞬态响应：因为控制器始终在工作，没有“休眠”期，能更快响应负载的突然变化。

• 缺点：

  • 轻载效率较低：这是最大的代价。强制导通意味着即使在不需要能量的时候，也在进行开关操作，会产生额外的开关损耗和栅极驱动损耗。同时，强制电流连续也可能引入额外的导通损耗。

3. 应用场景

主要用于对噪声、纹波和动态响应有极高要求，而对轻载效率要求不极端的场景：

• 噪声敏感型模拟电路（如音频功放、ADC、DAC的供电）

• 射频（RF）电路的供电

• 需要快速响应大电流跳变的CPU/FPGA内核电源

四、 对比总结与选型指南

为了更直观，我们用一个表格来总结：

特性	PFM (脉冲频率调制)	FCCM (强制连续导通模式)	说明
控制方式	变频率，固定导通时间	固定频率，强制电流连续	核心区别
轻载效率	极优 (王者)	较差	FCCM为性能牺牲了效率
输出纹波	大 (可变频率)	小 (固定频率)	FCCM纹波性能最好
EMI性能	差 (频谱宽)	优 (频谱纯净)	FCCM易于通过EMI认证
负载响应	慢	极快	FCCM动态响应最佳
核心价值	延长电池寿命	提升电源质量	设计时的权衡
典型应用	IoT待机、遥控器	音频、射频、高速数字芯片供电

如何选择？

• 如果你的产品是电池供电，99%的时间在待机 -> 优先选择支持 PFM 模式的芯片，并确保在轻载时能自动切换到此模式。

• 如果你的产品是音频设备，或者对电源噪声非常敏感 -> 优先选择支持 FCCM 模式（或称为“强制PWM”模式）的芯片，牺牲一点待机时间换来纯净的声音。

• 很多先进的电源芯片支持模式自动切换：重载时工作在PWM(CCM)，中轻载自动切换到PFM，并可以通过一个外部引脚（如MODE）手动强制其工作在FCCM模式以满足特定场景需求。