Рюкзак со светящимся экраном, на который можно закачать свою картинкуЧто такое ШИМ - принцип работы широтно-импульсной модуляции
Содержание
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:
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:
Получить на выводах микроконтроллера (МК) ШИМ сигнал можно:
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:
Сегодня мы расскажем вам, что такое ветрогенератор вертикального типа, каковы его основные особенности, преимущества и недостатки, а также поделимся информацией, как собрать такое устройство своими руками, используя лишь подручные материалы....
19 05 2025 4:27:47
Правила пользования люминесцентными лампами. Сколько ртути в люминесцентной лампе? Ликвидация последствий от разбитой лампы. Что делать категорически нельзя? Проявления отравления ртутью....
18 05 2025 11:27:18
Узнайте, как разместить точечные светильники на кухне. Как подобрать споты, какие бывают и какие лучше использовать. Варианты размещения света на потолке....
17 05 2025 10:44:57
При этом очень важно знать, какая нужна первая помощь при поражении электрическим током....
16 05 2025 20:21:44
Смотрите, что такое спот-светильник и какие встречаются их разновидности. Читайте, где они применяются, каковы правила их подключения и установки, а также основы использования спотов в оформлении дизайна интерьера....
15 05 2025 0:12:26
Красная лампа для курятника — для чего используется. Использование инфpaкрасных ламп для обогрева птичника в зимний период, преимущества и недостатки. Какой выбрать, как правильно установить, техника безопасности....
13 05 2025 1:18:18
Обустройство кабельной сети требует применения качественных, надежных и удобных изделий, поскольку именно так можно сгруппировать кабели, получив при этом общую...
12 05 2025 7:25:54
Сегодня мы с вами поговорим про монтаж уличного освещения, разберем все рабочие этапы и разработку проекта. Тема будет интересной, так что наливаем чаек и внимательно читаем....
11 05 2025 9:50:10
Схема подключения два выключателя на одну лампочку: варианты. Какие выключатели могут управлять освещением из двух точек: название, принцип действия и конструкция. Особенности подключения двух проходных выключателей в одной цепи....
10 05 2025 23:21:53
Смотрите здесь, как самому сделать натяжной и подвесной потолок из гипсокартона с подсветкой внутри и по периметру. Как выбрать источник света, установить светодиодную ленту по периметру своими руками. Порядок и схема монтажа освещения светодиодами....
09 05 2025 1:42:27
Как правильно соединить провода в коробе? Такой вопрос может возникнуть у каждого, кто затеял ремонт, или просто столкнулся с поломкой электрической сети....
08 05 2025 13:24:26
Узнайте, какие схемы используются в драйверах светодиодных ламп, какая из них самая эффективная. Читайте, как некоторые производители обманывают покупателей при помощи использования некачественных материалов и упрощенных схем драйверов. Как правильно выбирать светодиодные светильники по цене и производителю....
07 05 2025 6:18:43
Читайте здесь, какие лампочки – накаливания, люминесцентные, галогеновые или светодиодные – лучше купить для дома. Узнайте, какая лампа называется энергосберегающей и так ли это, и какие еще экономные виды существуют. Сохраните себе критерии выбора ламп для дома....
06 05 2025 0:28:38
Как правильно подобрать лучшие лампы? Лучшие стандартные галогеновые лампы H4, с увеличенной светоотдачей и с увеличенным ресурсом....
05 05 2025 20:40:44
Подключать светодиодную ленту нужно через стабилизатор. Для машины выбираем ленту малой мощности типа SMD 3528 60 шт/м....
04 05 2025 8:36:51
Сложно представить современную уютную гостиную без люстры. Это не просто предмет освещения, а штрих завершающий дизайн. Поэтому важно найти правильный вариант....
03 05 2025 14:12:17
Читайте, что такое вакуумный диод, чем отличается от полупроводникового. Узнайте, как он устроен и по какому принципу работает. Как создается график ВАХ, на какие особенности необходимо обратить внимание. В каком оборудовании используются электровакуумные диоды, что нужно учесть при выборе....
01 05 2025 17:21:20
Гофрированный шланг для проводки или просто гофра - это полая трубка специальной формы, защищающая провода от надломов и не допускающая их намокания....
30 04 2025 19:40:16
Узнайте, для чего делается подсветка ручек автомобильных дверей. Выясните, какие светодиоды для этого подходят, что необходимо приготовить для выполнения работ и какие действия следует произвести при монтаже подсветки....
29 04 2025 2:18:14
Провод для акустических систем, является такой же важной деталью, как и усилитель, который, к слову, выполняет главную работу во всей системе....
28 04 2025 12:42:20
Что такое кольцевая лампа и для чего она нужна — плюсы и минусы, чем отличается от софтбокса. Разновидности кольцевых ламп и их сравнение, как выбрать подходящую, по каким критериям. Можно ли сделать самостоятельно, что для этого потребуется....
25 04 2025 20:57:13
Предлагаем идеи для организации освещения на кухне. Как правильно расположить и самому сделать кухонный свет. Основное освещение и подсветка в дизайне маленького и просторного помещения. Зоны расположения светильников: рабочая, над обеденным столом, другие варианты. Какие лампочки лучше для натяжног опотолка в кухне....
23 04 2025 18:27:25
Узнайте, какие лампы h4 являются наиболее подходящими для головного света автомобилей. Прочитайте, в чем состоят особенности конструкции разных видов светильников, их достоинства и недостатки. Рассмотрите наиболее популярные и качественные модели всех видов ламп h4....
22 04 2025 0:19:19
Как выбрать кабель для электропроводки, и на какие параметры следует обращать внимание при его выборе? В нашей статье мы максимально доступным языком попробуем разобраться с видами проводов и кабелей, чем они отличаются друг от друга, как правильно выбирать сечение проводника, и на какие параметры нужно обращать внимание в первую очередь при выборе....
21 04 2025 21:15:46
Большинство людей, вне зависимости от рода занятий, знают, что такое кабель и провода. Но мало кто задумывается о том, как эти изделия можно использовать в быту...
19 04 2025 0:55:52
Почему при прохождении электрического тока проводник нагревается? Ответ на этот вопрос крайне важен при выборе материалов и сечения проводников, а также в контексте борьбы с последствиями токов короткого замыкания. Поэтому в нашей статье мы постараемся максимально подробно, но при этом на доступном языке, разобраться с причинами нагрева, его этапами и использовании этого свойства проводников на пpaктике....
18 04 2025 12:42:37
Читайте здесь, что такое контроллер для светодиодной ленты, какое назначение он имеет в работе трехцветной лед-полоски, какие виды контроллеров существуют и чем они различаются, какие основные параметры влияют на его выбор и как правильно выполнить его подключение своими руками....
17 04 2025 16:20:51
Сегодня мы с вами поговорим про велосипеды с электроприводом. Из статьи вы сможете узнать об их строении, преимуществах и видах установленных двигателей...
16 04 2025 16:54:24
Читайте об особенностях конструкции и работы диммеров для светодиодных ламп. Узнайте, какие модели самые функциональные и доступные по цене. Как определить совместимость светодиодов с регулятором, в каких магазинах приобретать систему....
15 04 2025 11:32:11
Нюансы обустройства освещения в бане или парилке — общие требования к безопасности, какое напряжение лучше всего выбрать для влажных помещений. Варианты размещения светильников в бане, этапы монтажа электрического освещения....
14 04 2025 7:37:12
Прочитайте, в чем заключаются основные особенности параллельного и последовательного подключений светодиодов. В каком случае используется тот или иной вид соединения, какие составляющие нужны для сбора цепей. Какие ошибки допускают при сборке....
13 04 2025 2:39:29
Сегодня мы расскажем вам много интересного про уже давно изобретенные машины постоянного тока, которые до сих пор пpaктически ни в чем не изменились....
12 04 2025 14:12:39
Схема и инструкция параллельного и последовательного соединения. Применение в быту. Преимущества и недостатки параллельного соединения. Как не допустить ошибок?...
11 04 2025 14:51:57
Как сделать светодиодную лампу (своими руками). Схемы и выбор корпуса светодиодной лампы. Сборка колбы лед лампочки в домашних условиях....
09 04 2025 11:23:18
Работа над созданием новых и усовершенствование старых источников света идет постоянно. Давайте же разберем лампы уличного освещения, которые сделали нашу жизнь намного удобнее и безопаснее....
08 04 2025 14:38:35
С помощью диммера можно регулировать яркость светодиодного освещения. Рассмотрим основные схемы для сбора диммера своими руками и принцип их работы...
07 04 2025 15:15:43
Расчет освещенности: советы электриков, как рассчитать количество светильников по мощности и уровню освещения, зависимость от площади и вида помещения....
06 04 2025 4:15:36
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....
05 04 2025 1:16:53
Узнайте, какими особенностями обладают светодиодные ленты USB. Читайте, какие условия и ограничения существуют при подключении LED светильников к портам USB, что для этого надо приготовить, какие есть варианты подключения....
04 04 2025 8:58:15
К сожалению, многие из нас привыкли тёмным ночным улиц городов и плохо освещённым дорогам. Конечно, эта ситуация далеко не норма, и вопреки заверениям злых языков, коммунальные службы об этом знают и в меру сил решают ситуацию. В этой статье мы поговорим про фонари светодиодные уличного освещения, и про то, как бы их применение могло изменить ситуацию в больших и маленьких городах....
03 04 2025 12:45:38
Сегодня Поговорим о Дизельном Генераторе 5 кВт. Из Статьи Вы Узнаете о Их Видах, Особенностях Устройства, Правилах Эксплуатации. Также Вы Найдете Обзор Некоторых Моделей...
02 04 2025 0:58:30
Как выбрать болгарку? Чтобы была безопасна и при этом максимально функциональна?...
01 04 2025 9:47:32
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....
31 03 2025 8:31:27
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
"Как приготовить напиток для похудения с имбирём и петрушкой
Как крепить петли на двери шкафа?
Как соединить многожильный и одножильный провод правильно