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:
Это позволит, не выходя из машины, открывать проем, не применяя ручную силу. Как автоматизировать ворота раздвижные с электроприводом, подскажет статья....
08 04 2026 7:15:15
Для небольшой квартиры освещение является очень важным аргументом. Ведь благодаря использованию освещения вы можете визуально сделать ваши квадратные метры значительно больше. Кроме того, при помощи освещения можно выделить разные зоны квартиры, а также придать ей более многогранный вид. Именно поэтому для однокомнатных или квартир студий вопрос правильного монтажа освещения стоит несколько острее чем для помещений с большой квадратурой....
07 04 2026 12:39:50
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....
06 04 2026 6:34:19
Занимаясь обустройством детской комнаты родителям предстоит изучить множество стилей и дизайнов, определить количество мебели и составить общий интерьер. Решить...
05 04 2026 11:15:21
Читайте, от каких параметров зависит яркость светодиода, как определить этот параметр при покупке. Узнайте, как выгодно использовать функцию диммирования. Какой способ изменения интенсивности свечения выгоднее в автомобиле и жилых помещениях. Как пользоваться таблицами, позволяющими определить яркость светодиодов по току, световому потоку и размерам кристалла....
04 04 2026 8:31:54
Наружные выключатели и розетки имеют определенные особенности монтажа. В первую очередь, это связано с особенностями монтажа наружной электропроводки, о которых мы тоже поговорим в нашей статье. Кроме того, не маловажным фактором, повлиявшим на особенности монтажа наружных установочных изделий, является необходимость их дополнительной защиты от атмосферных воздействий, что отражается в их конструкции....
03 04 2026 9:34:21
Напряжение питания светодиода и методы его вычисления. На что влияет напряжение питания, какое значение правильное?...
02 04 2026 23:33:34
Читайте, из чего состоит белый свет. Узнайте, как производители светодиодов получают его смешиванием цветов излучения кристаллов и при помощи разноцветных люминофоров. Почему не всегда используют в RGB базовые цвета. Какие уникальные технологии разработаны у Cree и Osram....
01 04 2026 9:58:21
Обогрев цыплят при помощи ламп — какую лучше выбрать для брудера. Виды ламп для обогрева, описание и хаpaктеристики, особенности инфpaкрасных и керамических. Преимущества использования ламп в качестве обогревателей....
31 03 2026 5:22:15
Как выбрать теплый электрический пол правильно с наименьшим энергопотрeблением и отвечающий всем нашим требованиям? Такой вопрос часто становится во время строительства и ремонта....
29 03 2026 8:19:45
Импульсное реле для управления освещением: сравнение с проходным выключателем. Особенности установления реле в распределительную коробку. Устройство, технические хаpaктеристики, принцип работы и сферы применения....
28 03 2026 3:30:54
Узнайте способы того, как проверить люминесцентную лампу и отдельные составляющие ее конструкции. Выясните, какой прибор для этого используется и как проводится измерение....
27 03 2026 1:17:49
Как на кухне сделать освещение, сколько для этой комнаты нужно розеток и где их расположить? Это именно те вопросы, с которым сталкивается каждый затеявший ремонт на кухне....
26 03 2026 17:37:28
При устройстве освещения объектов можно использовать различные приемы и оборудование. Сегодня мы вам подробно расскажем об особенностях применения осветительного шинопровода...
25 03 2026 21:34:35
Как своими руками сделать подсветку ног в машине. Схема подключения освещения при открытии двери автомобиля....
23 03 2026 15:34:11
LED телевизор или LCD? Это фундаментальный вопрос, который охватывает всех тех, кто собирается купить новый телевизор. Те, у кого относительно большой...
22 03 2026 20:11:15
Добрый день. У меня такой вопрос мы выпускаем холодильники там используем диодные ленты приспосабливаем их в профиль и также устанавливаем блок питание. С нас требуют какой то стандарт на светильник говорят тошто вы сами создали это и должны сертифицировать как быть в этом ситуации...
21 03 2026 22:52:11
Читайте здесь о конструкции и принципе работе ламп накаливания. Узнайте, какие виды устройств существуют в зависимости от формы колбы, ее покрытия, наполнения, функционального назначения. Смотрите, как расшифровать маркировку лампочек с нитью накала...
20 03 2026 8:25:21
Для чего используют рифленую сетку? Сетчатые изделия из металла используют в сфере ограждений территорий разного назначения, строительства зданий, дорог,...
19 03 2026 5:18:40
Читайте, в чем состоят особенности конструкции светодиодов мощностью 3 ватта. Узнайте, его технические хаpaктеристики, специфические качества элементов и схему подключения светильников....
18 03 2026 16:15:36
Правила освещения офисных помещений — какие требования предъявляются, санитарно-гигиенические нормы. Оптимальное освещение рабочего места, как его вычислить. Особенности выбора и размещения светильников для офиса....
17 03 2026 7:36:59
Провод для акустических систем, является такой же важной деталью, как и усилитель, который, к слову, выполняет главную работу во всей системе....
16 03 2026 21:36:51
Сегодня нам с уважаемым читателем предстоит разобраться, насколько пpaктичны плинтусные розетки....
15 03 2026 23:41:27
Как правильно выбрать люстру на гипсокартонный потолок? Процесс монтажа люстры. Как повесить люстру на гипсокартон, если потолок уже обшит? Снятие люстры с потолка....
14 03 2026 19:56:45
Читайте, какие светодиодные ленты доступны на рынке, чем они отличаются друг от друга. Узнайте устройство светодиодной ленты на 12 вольт, Критерии выбора и способы подключения к сети. Как рассчитать мощность блока питания, когда требуется включение в схему контроллера и усилителей....
13 03 2026 10:27:56
Схемы аварийного освещения для различных помещений в значительной степени отличаются. Это зависит от их размеров, мощности системы аварийного освещения и, собственно, требований к самому освещению....
12 03 2026 6:11:29
Узнайте, как определяется полярность диодов и параметры ограничительного резистора, какие схемы используются для подключения светодиодов, какая из них самая удобная, как подключить светодиод к имеющимся в доме источникам питания. Читайте, что необходимо учесть при покупке диодов, продукция каких производителей самая качественная....
11 03 2026 14:20:35
Узнайте, какими преимуществами и достоинствами обладают светодиодные офисные светильники. Чем они отличаются от других видов, насколько предпочтительнее и удобнее в офисных помещениях. Особенности, порядок расчета и основные параметры....
10 03 2026 14:46:54
167) Внутренняя тройная розетка: как выбрать и подключить...
09 03 2026 0:25:59
Сегодня нам предстоит разобраться, какие греющие кабели для труб предлагает современный рынок, и какая разновидность системы кабельного обогрева наиболее пpaктична....
08 03 2026 0:58:41
Читайте, что представляют собой светодиоды Пиранья, какими особенностями и преимуществами они обладают. Узнайте, где используются эти устройства, уточните для себя их технические хаpaктеристики и специфику подключения....
07 03 2026 19:49:56
Узнайте, чем 3014 SMD отличаются от других чипов, используемых для изготовления модулей для освещения и подсветки. Узнайте, как подключать к питанию ленты и отдельные светодиоды. Как рассчитать параметры сопротивления и других элементов схемы. Как проверить работоспособность 3014 SMD в домашних условиях....
06 03 2026 17:40:18
В наш век высоких технологий светодиодное освещение выходит на первый план и уверенно отвоёвывает рынок у своих ближайших конкурентов – люминесцентных и...
05 03 2026 20:20:20
Напольный накопительный электрический водонагреватель не так широко распространен, как их настенные собратья. И дело здесь не столько в их не эффективности, сколько в целесообразности....
04 03 2026 22:31:28
Часто изображение дома разительно отличается в худшую сторону, и многие пользователи просто не догадываются, что просто достаточно выполнить правильное подключение, и картинка «оживет». Статья расскажет непосвященным людям, какой кабель телевизионный лучше, как его правильно выбрать, и как выполнить подключение....
03 03 2026 21:20:59
Ищем способы, как повесить люстру с планкой на крюк. Способы крепления к бетонному потолку. Как правильно вешать на крючок: пошаговая инструкция. Как крепить светильник без крюка. Правила безопасности и полезные советы....
02 03 2026 17:59:10
Сколько по времени должен гореть свет в аквариуме. Что влияет на длительность работы подсветки. Интенсивность и яркость подсветки, нужно ли оставлять свет на ночь. Естественное освещение и место установки аквариума....
01 03 2026 0:53:41
Читайте здесь о выборе ламп для аквариума и организации правильного освещения. Что предпочесть для светильника: люминесцентные лампочки, светодиодные. Как рассчитать свет на количество литров воды....
28 02 2026 13:48:55
Узнайте, какие светодиоды Cree доступны на рынке. Читайте, на какие виды они делятся, для чего предназначен каждый тип. Почему светодиодные изделия этого бренда выгодны для производителей осветительных приборов. Как при покупке отличить оригинальный Кри от китайской подделки....
26 02 2026 20:58:27
Узнайте, что такое двухклавишный выключатель для двух лампочек. Зачем он нужен, его преимущества и виды. Как правильно установить и подключить выключатель с двумя клавишами....
25 02 2026 14:44:26
Резонанс напряжений в электрической цепи Искажения напряжения. Гармоники и интергармоники Напряженность электростатического поля Поток вектора напряженности...
23 02 2026 12:17:32
Познакомьтесь с правилами и особенностями освещения складских помещений. Узнайте, какие светильники и приборы допускается использовать для подсветки, какие варианты организации освещения существуют. Какие нормативные документы регулируют создание систем освещения складов....
22 02 2026 5:43:56
Что такое ДНаТ. Технические хаpaктеристики лампочки ДНаТ 125, 250 и 400. Сферы применения натриевых ламп....
21 02 2026 4:36:25
Читайте здесь, как своими руками изготовить светильник из бутылки, какие его виды бывают и где они используются, как своими руками сделать ночник, лампу и настенное бра из бутылки, какие материалы и инструменты для этого потребуются и как выглядят этапы их сборки....
20 02 2026 13:27:55
Кабель, защищённый от механических повреждений, воздействия влаги, солнечного УФ и других нeблагоприятных факторов внешней среды гофрированной пластиковой...
19 02 2026 18:53:38
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
Как соединить многожильный и одножильный провод правильно
Рюкзак школьный Sun eight SE-8353 Розовый