Частотно-импульсная модуляция

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^[1]. Час­тот­но-им­пульс­ная мо­ду­ля­ция схо­жа с фа­зо­во-им­пульс­ной мо­ду­ля­ци­ей^[2].

Входной и выходной сигналы при частотно-импульсной модуляции

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

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

где ${\displaystyle T}$ — период повторения импульсов;

${\displaystyle \tau }$ — длительность выходных импульсов фиксированной длительности;

${\displaystyle \theta }$ — длительность паузы между выходными импульсами;

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

${\displaystyle k}$ — коэффициент преобразования напряжения в частоту.

Применение

Метод частотно-импульсной модуляции применяется для плавного изменения яркости светодиодов, скорости электродвигателей, в импульсных источниках питания^[3].

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^[4].