Частотно-импульсная модуляция

Входной и выходной сигналы при частотно-импульсной модуляции

Часто́тно-и́мпульсная модуля́ция (ЧИМ, англ. Pulse-Frequency Modulation, PFM) — вид импульсной модуляции с двухуровневым выходным сигналом, при которой частота следования выходных импульсов с постоянной длительностью является функцией входного модулирующего сигнала. Час­тот­но-им­пульс­ная мо­ду­ля­ция схо­жа с фа­зо­во-им­пульс­ной мо­ду­ля­ци­ей.

Выходной сигнал частотно-импульсного модулятора определяется как последовательность импульсов равной длительности, частота повторения которых $f[U(t)]$ монотонно зависит от входного модулирующего сигнала. Обычно применяется линейная зависимость частоты повторения от входного модулирующего сигнала $U(t):$

$f[U(t)]={\frac {1}{T}}={\frac {1}{\tau +\theta }}=k[U_{0}+U(t)],$

где $T$ — период повторения импульсов;

$\tau$ — длительность выходных импульсов фиксированной длительности;

$\theta$ — длительность паузы между выходными импульсами;

$U_{0}$ — начальное смещение входного сигнала;

$k$ — коэффициент преобразования напряжения в частоту.

Применение

Метод частотно-импульсной модуляции применяется для плавного изменения яркости светодиодов, скорости электродвигателей, в импульсных источниках питания.

Принципиально этот метод модуляции выполняет те же функции что и метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ), но в ряде применений ШИМ неудобен, например, в импульсных источниках питания. Когда импульсный источник питания мало нагружен, то при ШИМ длительность активного (проводящего) состояния ключей при ШИМ становится малой, но так как частота переключения постоянна и высока, нерационально повышены коммутационные потери в ключах. Применение ЧИМ позволяет снизить эти потери.

Ссылки

• Determining Buck Converter Efficiency in PFM Mode
• Pulse Frequency Modulation in Google Patents
• Introduction to Buck Converters: Understanding Mode Transitions: Видеоурок с объяснениями ЧИМ в применении к импульсным преобразователям источников питания.