Что такое ШИМ - принцип работы широтно-импульсной модуляции
Содержание
- 1 Что такое шим (широтно-импульсная модуляция)?
- 2 ШИМ контроллер: принцип работы
- 3 Принцип шим-регулятора
- 4 В чем отличие между шим и шир?
Микропроцессоры работают исключительно с цифровыми сигналами: с логическим нулем (0В) или с логической единицей (5В или 3.3В). По этой причине на выходе микропроцессор не может сформировать промежуточное напряжение. Применение для решения таких задач внешних ЦАП нецелесообразно из-за сложности. Специально для этого разработана широтно-импульсная модуляция — определенный процесс управления мощностью, идущей к нагрузке, методом изменения скважности импульсов постоянной частотности.
Что такое шим (широтно-импульсная модуляция)?
Это современный метод управления уровнем мощности подаваемой к нагрузке, заключающийся в изменении продолжительности импульса при постоянной частоте их следования. Это технология модуляции сигнала за счет вариативного изменения ширины импульсов, а не выходного напряжения. ШИМ преобразователь может быть аналоговый, цифровой и пр.
Широтно-импульсная модуляция — важнейшие параметры:
- Т -период тактирования — промежутки времени, через которые подаются импульсы.
- Длительность импульса — время пока подается сигнал.
- Скважность — рассчитанное по формуле соотношение длины импульса к импульсному Т периоду тактирования.
- D коэффициент заполнения — показатель обратный скважности.
Область применения
Применение ШИМ позволяет увеличить и намного коэффициент полезного действия электрических преобразователей. Тем более это относится к импульсным преобразователям, которые сегодня преимущественно применяются во вторичных источниках питания разных электронных аппаратов. Импульсные преобразователи обратноходовые, прямоходовые 1-тактные, 2-тактные, полумостовые, резонансные управляются с участием ШИМ.
Принцип ШИМ сегодня стал основным для электронных устройств, которым требуется поддержание на заданном уровне выходных параметров и их регулировка. Метод применяется для изменения скорости вращения двигателей, яркости света, управления силовым транзистором БП импульсного типа.
Используется ЩИМ модуляция и в системах управления яркостью светодиодов. Светодиод, благодаря низкой инерционности, успевает мигнуть на частоте всего в несколько десятков кГц. Для человеческого глаза работа светодиода в импульсном режиме воспринимается как свечение. Яркость светодиода зависит от продолжительности импульса в течение одного периода. При коэффициенте заполнения в 50%, то есть, если время свечения равно времени паузы, яркость светодиода составляет одну вторую номинальной величины. Когда появились светодиодные лампы 220В, нашлась проблема повышения их надёжности при нестабильном входном напряжении. Задача была решена разработкой драйвера питания, функционирующего по принципу ШИМ.
Распространение устройств, функционирующих по принципу ШИМ, позволило уйти от линейных трaнcформаторных БП. В результате чего повысилось КПД и уменьшились масса и габариты источников питания. Поэтому сегодня ШИМ-контроллер является сегодня неотъемлемой частью импульсного БП. Он управляет силовым транзистором и напряжение на выходе блока питания всегда остаётся стабильным. Кроме этого, ШИМ-контроллер:
- обеспечивает плавный пуск преобразователя;
- ограничивает скважность и амплитуду управляющих импульсов;
- контролирует входное напряжение;
- защищает от КЗ силового ключа;
- в аварийной ситуации переводит устройство в деж. режим.
Сегодня широтно-импульсная модуляция применяется повсеместно и позволяет управлять яркостью подсветки ЖК дисплеев мобильных телефонов, смартфонов, ноутбуков. Реализована микросхема ШИМ в сварочных аппаратах, в автоинверторах, в зарядных устройствах и пр. В любом зарядном устройстве используется сегодня ШИМ.
ШИМ контроллер: принцип работы
ШИМ сигналом управляет ШИМ контроллер. Он управляет силовым ключом благодаря изменениям управляющих импульсов. В ключевом режиме транзистор может быть полностью открытым или полностью открытым. В закрытом состоянии через p-n-переход идет ток не больше нескольких мкА, то есть мощность рассеивания близка к нулю. В открытом состоянии идет большой ток, но так как сопротивление p-n-перехода мало, происходят небольшие теплопотери. Больше тепла выделяется в при переходе из одного состояния в другое. Однако благодаря быстроте переходного процесса в сравнении с частотой модуляции, мощность этих потерь незначительна.
Все это позволило разработать высокоэффективный компактный широтно импульсный преобразователь, то есть с малыми теплопотерями. Резонансные преобразователи с переключением в 0 тока ZCS позволяют свести теплопотери к минимуму.
Аналоговая ШИМ
В аналоговых ШИМ-генераторах управляющий сигнал формируется при помощи аналогового компаратора, когда на его инвертирующий вход подается пилообразный или треугольный сигнал, а на неинвертирующий — непрерывный модулирующий.
Выходные импульсы идут прямоугольной формы. Частота их следования соответствует частоте пилы, а длительность плюсовой части импульса зависит от времени, когда уровень постоянного модулирующего сигнала, идущего на неинвертирующий вход компаратора, выше уровня пилообразного сигнала, подающегося на инвертирующий вход. В период когда напряжение пилообразного сигнала будет превышать модулирующий сигнал — на выходе будет фиксироваться отрицательная часть импульса.
Во время когда пилообразный сигнал подается на неинвертирующий вход, а модулирующий — на инвертирующий, выходные прямоугольные импульсы будут положительными, когда напряжение пилы будет выше уровня модулирующего сигнала на инвертирующем входе, а отрицательное — когда напряжение пилы станет ниже сигнала модулирующего.
Цифровая ШИМ
Работая с цифровой информацией, микроконтроллер может формировать на выходах или 100% высокий или 0% низкий уровень напряжения. Но для эффективного управления нагрузкой такое напряжение на выходе нужно изменять. Например, когда осуществляется регулировка скорости вращения вала мотора или при изменении яркости светодиода.
Вопрос решают ШИМ контроллеры. То есть, 2-хуровневая импульсно-кодированная модуляция — это серия импульсов, хаpaктеризующаяся частотой 1/T и либо шириной Т, либо шириной 0. Для их усреднения применяется передискретизация. При цифровой ШИМ прямоугольные подимпульсы, которыми и заполнен период, могут занимать любое место в периоде. Тогда на среднем значении сигнала за период сказывается лишь их количество. Так как процесс осуществляется на частоте в сотни кГц, можно добиться плавной регулировки. ШИМ контроллеры решают эту задачу.
Можно провести следующую аналогию с механикой. Когда маховик вращается при помощи двигателя, при включенном двигателе маховик будет раскручиваться или продолжать вращение, если двигатель выключен, маховик будет тормозить из-за сил трения. Однако, если движок включать/выключать на несколько секунд, вращение маховика будет держаться на определенной скорости благодаря инерции. Чем дольше период включения двигателя, тем быстрее раскрутится маховик. Аналогично работает и ШИМ модулятор. Так работают ШИМ контроллеры, в которых переключения происходят в секунду тысячи раз, и частоты могут достигнуть единиц мегагерц.
Использование ШИМ-контроллеров обусловлено их следующими преимуществами:
- стабильностью работы;
- высокой эффективностью преобразования сигнала;
- экономией энергии;
- низкой стоимостью.
Получить на выводах микроконтроллера (МК) ШИМ сигнал можно:
- аппаратным способом;
- программным способом.
В каждом МК есть встроенный таймер, генерирующий ШИМ импульсы на определённых выводах. Это аппаратный способ. Получение ШИМ сигнала при помощи комaнд программирования более эффективно за счет разрешающей способности и дает возможность задействовать больше выводов. Но программный способ вызывает высокую загрузку МК, занимая много памяти.
Принцип шим-регулятора
Работа ШИМ регулятора сложностью не отличается. ШИМ-регулятор — устройство, выполняющее такую же функцию, что и традиционный линейный регулятор мощности (то есть, меняет напряжение или ток за счёт силового транзистора, рассеивающего значительную мощность на себе). Но ШИМ-регулятор отличается намного большим КПД. Достигается это благодаря тому, что управляющий силовой транзистор функционирует в ключевом режиме (либо включен, тогда пропускает большой ток, но мало падение напряжения, либо выключен — ток не проходит). В результате на таких силовых транзисторах мощность пpaктически не рассеивается и энергия впустую не тратится.
После силового транзистора напряжение выходит как прямоугольные импульсы с изменяющейся скважностью в зависимости от необходимой мощности. Но сигнал нужно демодулировать (то есть, выделить среднее напряжение). Этот процесс происходит или в самой нагрузке (когда она индуктивного хаpaктера) или если между нагрузкой и силовым каскадом располагают фильтр нижних частот.
Пример использования шим регулятора
Самый простой пример использования регулятора напряжения ШИМ — ШИМ микросхема NE555, с которой знаком каждый радио-любитель. Благодаря ее универсальности можно конструировать самые разнообразные детали: от простейшего одновибратора импульсов с 2 в обвязке до модулятора, состоящего из большого числа компонентов. ШИМ регулятор напряжения имеет широкую область применения — это схемы регулировки яркости светодиодов и лент, а также регулировка скорости вращения движков.
В чем отличие между шим и шир?
На Западе понятия широтно-импульсного регулирования ШИР и ШИМ пpaктически не различаются. Однако у нас между ними все же существует различие. Во многих микросхемах реализован принцип ШИР, однако при этом они все равно называются ШИМ контроллеры. Таким образом различий в названии этих двух способов пpaктически нет.
Единственное отличие между ШИР и ШИМ — при ШИР время импульса и паузы постоянны. А при ШИМ их длительности изменяются, что позволяет сформировать выходной ШИМ сигнал заданной формы.
Комментарии:
Узнайте, как правильно организовать освещение в спальне с натяжными потолками. Выясните, какой тип светильников лучше всего подходит для этой комнаты, и какой схемы освещения стоит придерживаться. Нужна ли в спальне люстра и чем можно ее заменить?...
26 04 2024 18:27:29
Читайте здесь, как происходит замена лампы ближнего света Рено Меган 2 своими руками, какие лампы для этого подойдут, каковы главные особенности процедуры, как выполнить ее через отверстия в подкрылках и моторный отсек....
25 04 2024 11:58:57
Узнайте, что представляет собой процесс пайки и какие особенности существуют для SMD светодиодов. Уточните для себя, какие существуют способы и технологии пайки. Читайте, как выполняется процеДypa, необходимые инструменты и порядок действий....
24 04 2024 2:39:18
Точечные светодиодные светильники – лучший способ освещения. Узнайте все о выборе и расположении у нас....
23 04 2024 20:13:34
Заземляющий провод является одним из неотъемлемых элементов любой электроустановки. Его основное назначение - защита от косвенного прикосновения к частям электроустановки, находящимся под напряжением....
22 04 2024 18:27:59
Сегодня мы бы хотели поговорить с вами про освещение декоративное как внутри здания, так и снаружи....
21 04 2024 16:16:41
91) Как подключить выключатель тройной с розеткой...
20 04 2024 2:57:34
Чтобы избежать этого, необходимо производить оконцовку кабеля специальным наконечником. Как производится изготовление кабельных наконечников, рассматривается в статье....
19 04 2024 18:23:45
Читайте, обязательно ли производителю предоставлять гарантию на изготовленную продукции. Узнайте, какие обязательства возлагаются на изготовителя и продавца, если гарантия на светодиодные лампы имеется. Как вернуть или заменить некачественное изделие. Что делать, если обязательства по гарантии не выполняются....
18 04 2024 14:39:10
Освещение в производственных помещениях, вопрос достаточно объемный и учитывающий массу параметров....
17 04 2024 13:45:44
Читайте здесь, как сделать цветы светильники из изолона своими руками, какие инструменты и материалы для этого потребуются, из каких основных этапов состоит процесс изготовления цветка, стeблей и листьев, и как правильно подсоединить шнур с выключателем и патрон для лампочки в собранный светильник....
16 04 2024 3:38:57
Смотрите здесь, как можно своими руками сделать светодиодный светильник для освещения аквариума. Варианты подсветки, подброр оптимальных ламп, светодиодной ленты, процеДypa страивания лед-света в крышку....
15 04 2024 10:30:13
Светодиодные лампы h11 — какие лампы h11 ближнего света лучшие. Отзывы на лампы ближнего света и противотуманные фары с лампами h11. Светодиодные и галогеновые лампы h11....
14 04 2024 11:29:10
Схема и инструкция параллельного и последовательного соединения. Применение в быту. Преимущества и недостатки параллельного соединения. Как не допустить ошибок?...
13 04 2024 11:29:33
Провода марки АППВ нашли широкое распространение в нашей стране. Они позволяют коммутировать электроустановки напряжением до 450В и относительно неплохо переносят низкие температуры и незначительный нагрев. Но конечно одним из основных преимуществ этого провода является цена, которая выгодно отличает АППВ от других проводов....
12 04 2024 22:16:52
Освещение для бассейна — это не только способ подчеркнуть его индивидуальность, но и элемент безопасности вашего места отдыха. Поэтому данному моменту следует уделить пристальное внимание еще на стадии проектирования. После монтажа исправить что-либо будет крайне сложно, а иногда и невозможно. И здесь многое зависит от типа самого бассейна....
11 04 2024 14:45:23
Потолочная подсветка светодиодными лентами: инструкция по подключению ленты на потолке. Выбор светодиодной ленты, производители....
10 04 2024 9:25:53
Вопрос что делать если горит розетка, а также вопросы, связанные с устранением последствий пожара, могут стать перед каждым из нас....
09 04 2024 13:36:37
Руководство по выбору и эксплуатации светодиодных (LED) и галогеновых ламп с цоколем R7S. Полная информация про патроны и лампочки R7S....
08 04 2024 5:57:50
Схема электропроводки на кухне имеет немало отличий от схемы в жилой комнате. Ведь здесь кроме таких нeблагоприятных факторов как вода присутствует большое количество бытовых электроприборов....
07 04 2024 11:41:35
Выясните у нас, почему моргает светодиодный прожектор во включенном состоянии и при выключении. Распространенные причины неисправности. Как починить диодный источник света, который мигает....
06 04 2024 4:43:24
Освещение места работы — как влияет на человека, какие применяются виды. Требования к естественному освещению рабочего места. Нормы освещенности для рабочих мест в зависимости от типа помещения, таблица....
05 04 2024 15:18:53
Узнайте, как можно использовать понижающий трaнcформатор в качестве источника питания для светодиодных ламп. Читайте, какими особенностями он обладает, выясните для себя достоинства и недостатки такого варианта конструкции....
04 04 2024 20:34:38
Что нужно для регулировки противотуманных фар? Как правильно регулировать ПТФ своими руками....
03 04 2024 0:31:54
Читайте, какие светодиодные лампы для уличного освещения применяются, каковы их основные особенности и хаpaктеристики, какие требования к ним предъявляются, в каких областях применяются и что нужно знать об их обслуживании, а также можно ли своими руками собрать подобные светильники....
02 04 2024 16:46:40
Если вы, уходя из дома, постоянно переживаете, выключили ли вы электроприборы, то поможет избавиться от лишней траты нервов суточная розетка с таймером....
01 04 2024 6:45:52
Узнайте, что такое подсветка для унитаза, как она работает и устанавливается. Читайте, чем полезен датчик движения, какими возможностями он обладает. Запомните, как выбирать подходящий прибор и в каких странах их чаще всего производят....
31 03 2024 17:59:41
Розетки для ТВ антенны в последнее время приобретают все большую популярность. Ведь они позволяют скрыть инженерные сети и значительно упростить подключение к ней видео аппаратуры....
30 03 2024 18:28:41
Аквариумы в современном интерьере выглядят очень модно и необычно. Он становится центром внимания в любом помещении и притягивает к себе взгляд. Устанавливая аквариум, вы имеете возможность самостоятельно заселить его необычными морскими жителями, диковинными водорослями, декоративными замками или сундуками на свой вкус, а так же дополнительно установить светодиодное освещение в аквариуме....
29 03 2024 8:28:41
Читайте о том, как сделать освещение в гараже своими руками. Как рассчитать и провести свет. Какие лампы выбрать для гаражных светильников. Вариант с диодными прожекторами. Как составить схему....
28 03 2024 22:16:59
Читайте, какими особенностями отличаются светодиоды SMD 3528. Узнайте, какие у них технические хаpaктеристики, где их используют. Чем отличается монохромная полоса от цветной. Как выбрать ленту из SMD 3528, рассчитать резистор и мощность драйвера, подключить подсветку к сети....
27 03 2024 10:22:24
Tрaнcформатор для светодиодной ленты: как выбрать, какие виды трaнcформаторов бывают, как подключить - способы со схемами и фото....
26 03 2024 16:12:35
Открывайте схему подключения люстры на двухклавишный выключатель. Варианты соединения светильников с 2, 3 проводами на двойной выключатель. Варианты комбинирования проводников на трехрожковой или пятирожковой модели....
25 03 2024 9:29:29
Светильники для аварийного освещения сейчас достаточно широко представлены на рынке. Но в виду специфичности данной темы разобраться в их комплектации и назначении обычному обывателю достаточно сложно....
24 03 2024 8:21:33
Подсветка телевизора светодиодной лентой своими руками: подробное руководство по монтажу лед-подсветки за телевизором. Фото, схемы....
23 03 2024 23:20:39
Что означает розовый или фиолетовый свет в окнах? Зачем нужен, и для чего используют такой свет дома? Из чего делают такой свет? Особенности использования такого света....
22 03 2024 8:56:31
Требования к естественному и искусственному освещению для различных производственных и жилых зданий сведены в СНиП 23.05.95....
21 03 2024 17:37:47
В Чем Преимущества Офисных Потолочных Светодиодных Светильников? Как Правильно Спроектировать Освещение? Ответы На Эти и Другие Вопросы Даны в Статье...
20 03 2024 23:18:27
Смотрите, какие хаpaктеристики имеют светодиодные лампы. Читайте, какими главными параметрами они обладают, влияющими на их выбор, и как их правильно подобрать под заданные условия эксплуатации в доме или на улице....
19 03 2024 12:55:25
Гримерное зеркало своими руками: особенности данного вида зеркал. Как правильно высверлить отверстия для патронов в доске. Какие лампочки выбрать для макияжного зеркала. Способы крепления зеркала на стену....
18 03 2024 7:53:56
51) Проклaдкa электропроводки под полом по всем правилам...
17 03 2024 6:16:35
Приветствуем тебя, наш любознательный читатель. Сегодня мы узнаем, как делается электрический теплый пол под плитку....
16 03 2024 22:44:39
Покупка стабилизатора решает проблему низкого напряжения электросети и его колебаний. Однако после установки этих агрегатов нередко возникает ряд других проблем...
15 03 2024 15:57:21
Лампа P21w светодиодная: как выбрать качественную, на что обратить внимание, особенности и технические хаpaктеристики....
14 03 2024 6:30:26
Читайте, как и зачем подключать дроссель для ДНаТ. Как устроена, параметры и хаpaктеристики катушки индуктивности. Для чего нужны ИЗУ. Схемы подключения дросселя и газоразрядных ламп....
13 03 2024 13:32:16
Вытяжки уже достаточно давно завоевывают все новые горизонты в нашей стране, и вопрос как устанавливается розетка под вытяжку становится как некогда актуальным....
12 03 2024 23:48:58
Подсветка растений — для чего нужна, особенности, какая лучше, светодиодная или ультрафиолетовая. Как рассчитать оптимальные параметры фитолампы. Изготовление светодиодной и ультрафиолетовой фитолампы своими руками....
11 03 2024 15:12:49
От чего перегорает лампочка? Часто перегорают лампочки — что делать? Меры профилактики. Как увеличить срок службы лампочек?...
10 03 2024 15:44:26
Читайте здесь, как своими руками подключить светодиодный светильник к сети-220В, каковы особенности монтажа последовательной, параллельной и лучевой схем и сферы их применения, когда можно использовать лампы на 12В и какое оборудование для этого потребуется....
09 03 2024 1:12:59
Классификация лампочек освещения. Описание и внешний вид современных типов осветительных ламп, их названия и технические хаpaктеристики....
08 03 2024 23:26:55
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
