Частотно-импульсная модуляция ( ЧИМ ) — это метод модуляции для представления аналогового сигнала с использованием только двух уровней (1 и 0). Он аналогичен широтно-импульсной модуляции (ШИМ), в которой величина аналогового сигнала кодируется в рабочем цикле прямоугольной волны . В отличие от ШИМ, в которой ширина прямоугольных импульсов изменяется с постоянной частотой , ЧИМ фиксирует ширину прямоугольных импульсов, изменяя частоту . Другими словами, частота последовательности импульсов изменяется в соответствии с мгновенной амплитудой модулирующего сигнала в интервалах выборки. Амплитуда и ширина импульсов сохраняются постоянными.
PFM — это метод кодирования аналоговых сигналов в последовательности прямоугольных импульсов, поэтому он имеет широкий спектр применения. При проектировании электроники с нефиксированными частотами возникают практические трудности, такие как эффекты линии передачи при разводке платы и выборе магнитных компонентов, поэтому обычно предпочтительнее режим PWM. Однако существуют отдельные случаи, в которых режим PFM выгоден.
Режим ЧИМ — это распространенный метод повышения эффективности переключения понижающих преобразователей постоянного тока ( понижающих преобразователей ) при управлении небольшими нагрузками.
При средних и высоких нагрузках сопротивление постоянного тока коммутационных элементов понижающего преобразователя имеет тенденцию доминировать над общей эффективностью понижающего преобразователя. Однако при управлении легкими нагрузками влияние сопротивлений постоянного тока уменьшается, а потери переменного тока в индукторе, конденсаторе и коммутационных элементах играют большую роль в общей эффективности. Это особенно верно в прерывистом режиме работы, в котором ток индуктора падает ниже нуля, что приводит к разрядке выходного конденсатора и еще большим потерям переключения .
Работа в режиме ЧИМ позволяет снизить частоту переключения и использовать метод управления, который предотвращает падение тока индуктора ниже нуля при малых нагрузках. Вместо подачи на индуктор прямоугольных импульсов различной ширины используются последовательности прямоугольных импульсов с фиксированным 50% рабочим циклом для зарядки индуктора до предопределенного предела тока, а затем разрядки тока индуктора до нуля, но не ниже. Затем частота этих последовательностей импульсов изменяется для получения желаемого выходного напряжения с помощью выходного фильтрующего конденсатора.
Это позволяет сэкономить ряд потерь при переключении. Индуктору задаются известные уровни пикового тока, которые, если их тщательно выбирать в отношении тока насыщения, могут снизить потери при переключении в его магнитном сердечнике. Поскольку ток индуктора никогда не опускается ниже нуля, выходной фильтрующий конденсатор не разряжается и не должен перезаряжаться с каждым циклом переключения для поддержания надлежащего выходного напряжения.
Все это достигается за счет пульсации выходного напряжения и тока, которая увеличивается в результате снижения частоты переключения и промежутка между импульсными последовательностями. [1]