Частотно-импульсная модуляция

Сравнение ЧИМ (вверху) и ШИМ (внизу) сигнала, который начинается с постоянного низкого значения, а затем переходит к постоянному высокому значению.

Частотно-импульсная модуляция ( ЧИМ ) — это метод модуляции для представления аналогового сигнала с использованием только двух уровней (1 и 0). Это аналог широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при которой величина аналогового сигнала кодируется в рабочем цикле прямоугольной волны . В отличие от ШИМ, в котором ширина прямоугольных импульсов изменяется с постоянной частотой , ЧИМ фиксирует ширину прямоугольных импульсов при изменении частоты . Другими словами, частота последовательности импульсов изменяется в соответствии с мгновенной амплитудой модулирующего сигнала в интервалах дискретизации. Амплитуда и ширина импульсов остаются постоянными.

Приложения

ЧИМ — это метод кодирования аналоговых сигналов в последовательности прямоугольных импульсов, поэтому он имеет множество применений. При разработке электроники при работе с нефиксированными частотами возникают практические трудности, такие как влияние линии передачи при разводке платы и выборе магнитных компонентов, поэтому обычно предпочтителен режим ШИМ. Однако есть отдельные случаи, в которых режим PFM предпочтителен.

Понижающие преобразователи

Режим ЧИМ — распространенный метод повышения эффективности переключения понижающих преобразователей постоянного тока ( понижающих преобразователей ) при работе с небольшими нагрузками.

При средних и высоких нагрузках сопротивление постоянному току переключающих элементов понижающего преобразователя имеет тенденцию доминировать над общей эффективностью понижающего преобразователя. Однако при управлении небольшими нагрузками влияние сопротивлений постоянному току снижается, а потери переменного тока в катушке индуктивности, конденсаторе и переключающих элементах играют большую роль в общем КПД. Это особенно актуально в прерывистом режиме работы, при котором ток дросселя падает ниже нуля, что приводит к разряду выходного конденсатора и еще большим потерям переключения .

Работа в режиме ЧИМ позволяет снизить частоту коммутации и использовать метод управления, который предотвращает падение тока дросселя ниже нуля при малых нагрузках. Вместо подачи прямоугольных импульсов различной ширины на индуктор используются последовательности прямоугольных импульсов с фиксированным рабочим циклом 50% для зарядки индуктора до заранее определенного предела тока, а затем разряда тока индуктора до нуля, но не ниже. Затем частота этих последовательностей импульсов изменяется для получения желаемого выходного напряжения с помощью конденсатора выходного фильтра.

Это позволяет значительно сократить потери при переключении. Индуктивности задаются известные уровни пикового тока, которые, если их тщательно выбирать с учетом тока насыщения, могут уменьшить потери переключения в его магнитном сердечнике. Поскольку ток дросселя никогда не может упасть ниже нуля, конденсатор выходного фильтра не разряжается и его не нужно перезаряжать при каждом цикле переключения для поддержания надлежащего выходного напряжения.

Все это осуществляется за счет пульсаций выходного напряжения и тока, которые увеличиваются в результате уменьшения частоты переключения и промежутка между сериями импульсов.

См. также

• Амплитудно-импульсная модуляция
• Импульсно-кодовая модуляция
• Плотно-импульсная модуляция
• Импульсно-позиционная модуляция
• Скорость кодирования , частотно-импульсная модуляция в живых системах.

Ссылки

• Ленк, Джон Д. (1999). «Справочник по устранению неисправностей цепей», стр. 242. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк

Внешние ссылки

• Определение эффективности понижающего преобразователя в режиме ЧИМ
• Частотно-импульсная модуляция в патентах Google
• Введение в понижающие преобразователи: понимание переходов режимов : содержит видео с хорошим описанием PFM в приложении понижающего преобразователя.