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:
Узнайте, какую информацию несут обозначения на упаковке светодиодных ламп. Читайте, какие значения в них скрыты, о чем говорят те или иные параметры ЛЕД светильников. Уточните для себя, что означают наиболее важные хаpaктеристики светодиодов....
04 04 2025 18:55:25
Хаpaктеристика и виды фонарей. Преимущества и недостатки. Зачем нужен ультрафиолетовый фонарик? Правила выбора фонарика. Можно ли сделать своими руками?...
03 04 2025 18:40:36
Особенности монтажа уличных светильников — как правильно подводить электропитание. Монтаж ландшафтных светильников, фасадного и уличного освещения, какие провода следует использовать. Пошаговая инструкция по подключению своими руками, схема....
01 04 2025 6:18:57
Какой провод лучше многожильный или одножильный? Такой вопрос часто возникает перед началом работ по замене проводки. Ответ на него не может быть однозначным, ведь каждый из этих видов проводов создан для своих целей. Поэтому чтобы ответить, давайте разберем достоинства и недостатки каждого из них....
31 03 2025 9:19:23
Именно по этой причине мы решили выпустить статью про современные лампы освещения. Мы рассмотрим их классификацию, назовем основные принципы функционирования, не забыв указать на отдельные преимущества и недостатки....
30 03 2025 13:49:10
Особенности организации светодиодной подсветки потолка — как это сделать своими руками. Какой плинтус выбрать, разновидности с каналом под светодиодную ленту. Монтаж плинтуса, оптимальное расстояние от плинтуса до потолка....
28 03 2025 17:13:52
Поэтому рассмотрим такую интересную вещь, как розетки, управляемые пультом. Расскажем, чем они отличаются от обычных разъемов, и когда следует сделать выбор в их пользу....
27 03 2025 11:41:30
51) Проклaдкa электропроводки под полом по всем правилам...
26 03 2025 17:19:35
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....
25 03 2025 4:11:22
Сегодня нам предстоит разобраться, какие греющие кабели для труб предлагает современный рынок, и какая разновидность системы кабельного обогрева наиболее пpaктична....
24 03 2025 23:49:21
Какое подключение светодиодов выбрать параллельное, последовательное или смешанное? Как выбрать необходимый драйвер для подключения светодиода? Какие ошибки часто допускают при подключении диода?...
23 03 2025 5:31:30
Как подключить датчик движения к прожектору: типовые схемы коммутации. Принцип работы и устройство датчиков для светодиодных прожекторов. Как правильно настроить после установки....
22 03 2025 22:14:38
Провод ПВКВ 2,5 и других сечений, применяется достаточно широко. Но встретить его в разводках электрических сетей пpaктически невозможно, хотя он и предназначен для низковольтных сетей до 660В....
21 03 2025 7:21:16
Сейчас на рынке достаточно широко представлены разнообразные розетки с лампой на кухню. Выбор пpaктически не ограничен как в дизайнерском плане, так и в плане применяемых технологий и материалов. Но зачастую стоимость таких изделий достаточно высока....
20 03 2025 13:16:13
Схема подключения двухклавишного выключателя к двум светильникам с использованием двухжильного провода. Преимущества и недостатки двухклавишных выключателей. Самые распространенные ошибки при самостоятельном монтаже....
19 03 2025 16:43:22
168) Как подключается наружная розетка тройная...
18 03 2025 13:27:17
Узнайте, какие виды освещения могут быть использованы в жилых домах или квартирах. Особенности, специфика и классификация различных видов и режимов подсветки, какие задачи они призваны решать и где применяются....
17 03 2025 15:53:18
Современные гаджеты все плотнее входят в жизнь каждого человека и розетки USB становятся все более востребованными. Ведь возможность зарядки телефонов, планшетов и многих других устройств в любое время становится все более актуальна. А держать для этого включенным ноутбук или компьютер, или носить зарядки далеко не всегда удобно....
16 03 2025 6:54:39
Узнайте, как правильно подключить устройство для плавного включения ламп накаливания. Читайте, что нужно для того, чтобы сделать прибор постепенного запуска своими руками. Как выбрать схему, исходя из принципа ее работы и мощности источника света....
15 03 2025 3:39:17
Выясните у нас, почему моргает светодиодный прожектор во включенном состоянии и при выключении. Распространенные причины неисправности. Как починить диодный источник света, который мигает....
13 03 2025 19:46:23
Читайте здесь, что такое светодиоды АЛ307, какими техническими хаpaктеристиками они обладают и где применяются, какова их маркировка цвета и соответствующая ей длина волны излучения, а также какими размерами и хаpaктеристиками цоколевки они обладают....
12 03 2025 17:29:38
Что такое ЭПРА? Плюсы и минусы. Для чего нужна ЭПРА? Схема устройства. Как сделать ремонт ЭПРА? Как самостоятельно подключить её?...
10 03 2025 22:42:12
Освещение на террасе или веранде загородного дома — для чего нужно, правила организации. Какой тип светильников выбрать, по каким критериям. Варианты установки подсветки, основной свет и дополнительные элементы. Меры безопасности....
09 03 2025 23:37:57
Монтаж электропроводки в стяжку в последнее время приобретает все большую популярность. Ведь это позволяет избавиться от грязных и трудоемких работ по штроблению стен и снизить расход провода или кабеля. Как правильно выполняется монтаж проводки в стяжке, и каковы вообще преимущества и недостатки данного метода, мы и обсудим в нашей статье....
08 03 2025 21:31:34
Прочитайте, что лучше использовать дома и в автомобильных фарах – светодиодные источники или галогеновые. Что такое светодиоды и галогенки, их преимущества и недостатки, где используются....
07 03 2025 6:32:52
Читайте здесь, что такое КПД светодиода, как его измерить и улучшить, как с помощью домашнего колориметра провести опыт по его подсчету для любого светодиода, как соотносится яркость и мощность, почему может ухудшиться КПД и какими образом можно его повысить....
06 03 2025 7:14:16
Узнайте, как можно изготовить своими руками светильник из изолона. Читайте, какими особенностями и преимуществами обладает данный материал. Выясните, какие потребуются материалы и инструменты. Порядок сборки светильника....
05 03 2025 17:38:32
Один из вариантов - это ретро выключатели и розетки. Рассмотрим данную тему подробнее, углубимся в историю этих приборов, расскажем, для каких стилей дизайна помещений они наиболее подходят, и как их правильно выбрать....
04 03 2025 9:18:42
Узнайте, почему моргает светодиодная лента во включенном состоянии и при выключенном свете. Читайте, как провести диагностику причин и устранить неполадки. Что делать, чтобы продлить работу диодных светильников....
02 03 2025 0:42:29
Рассмотрим как управлять светодиодной лентой с помощью Arduino. Разберем виды транзисторных ключей и принцип их работы с графиками и пояснениями....
01 03 2025 21:44:29
Узнайте, как можно организовать подсветку компьютерного стола и какие для этого потребуются светильники. Читайте, что следует учесть при выборе приборов, как распределить потоки света по рабочей площади. Уточните, в чем преимущества светодиодных устройств перед другими видами подсветки....
28 02 2025 1:26:18
Устройство и принцип действия выключателя света в квартире. Способы коммутации для механизмов с винтовым зажимом и пружинным контактом. Особенности внутреннего устройства выключателей в зависимости от типа управления светом....
27 02 2025 14:10:22
Людям, задумавшим построить или купить такой домик, в первую очередь стоит позаботиться о том, чтобы электрическая проводка в деревянном доме была выполнена по всем стандартам безопасности....
26 02 2025 18:51:13
Какие Существуют Виды Ламп Дневного Света? В Чем Их Преимущества? Какими Могут Быть Области Применения? Ответы На Эти и Другие Вопросы Даны в Статье...
25 02 2025 17:55:17
Использование освещения в ландшафтном дизайне — что и как можно подсветить на дачном участке. Основные виды ландшафтного освещения, какое бывает в зависимости от выполняемой функции. Как выбрать светильники для подсветки ландшафта....
24 02 2025 20:56:59
Читайте, какие электронные элементы называют диодами, по каким признакам они классифицируются и где используются. Узнайте способы, позволяющие определить, где у неполупроводникового и полупроводникового диода анод, и где катод. Какой из методов самый точный для светодиодов. Какая разница между плюсом и анодом, минусом и катодом....
23 02 2025 23:28:12
Подсветка телевизора светодиодной лентой своими руками: подробное руководство по монтажу лед-подсветки за телевизором. Фото, схемы....
22 02 2025 3:51:52
Узнайте, как правильно выбрать диоды для фонаря. Какие бывают, по каким хаpaктеристикам они подбираются, в каких условиях работают. Прочитайте, как самостоятельно сделать из обычного фонарика светодиодный....
21 02 2025 21:33:50
Узнайте, нагреваются ли светодиодные лампы во время работы. Читайте, откуда берется тепловая энергия, что она означает для светильника и как от нее избавляются. Уточните, какие виды светильников нагреваются меньше всего, и по каким причинам....
19 02 2025 21:51:11
Читайте, можно ли ставить ксенон в прортивотуманные фары. Как правильно их установить. Какое будет наказание за незаконное использование ксенона....
18 02 2025 8:40:30
Читайте, какая может быть автомобильная лампа Н1, какие эксплуатационные хаpaктеристики у разных видов этих изделий. Узнайте, у каких лампочек самый большой поток света, продукция каких производителей самая качественная. Как выбрать автолампу, учитывая ограничения по использованию ксеноновых изделий....
17 02 2025 5:18:42
Выясните, что собой представляет умное освещение, являющееся частью системы управления «Умный дом». Узнайте, что собой представляет данная технология, каков ее функционал и в чем заключаются ее основные преимущества....
16 02 2025 2:24:46
Читайте, как правильно паять светодиодную ленту, когда без использования коннекторов не обойтись, какие способы и порядок пайки существуют, какой для этого понадобится инструмент и какие при этом могут быть допущены ошибки....
15 02 2025 15:35:42
На сегодняшний день многие крупные мегаполисы изобилуют таким немаловажным элементом, как светодиодные экраны, которые не только служат украшением города...
14 02 2025 18:17:28
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
"Боится ли смородина весенних заморозков
Как крепить петли на двери шкафа?