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:
Оформление интерьера светодиодными светильниками считается популярным решением, поскольку именно так обеспечивается красота, пpaктичность, надежность и прочие...
04 12 2025 5:52:21
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....
03 12 2025 3:18:21
Система аварийного освещения достаточно часто вызывает массу вопросов. Где необходимо ее применять, как она должна быть организована и какие требования к ней применяются?...
02 12 2025 11:54:33
Как правильно подключить люстру к двух клавишному выключателю? Вариант посоединения пятирожковои и 3 рожковой модели. Как доработать люстру, если она расчитана на выключатель с одной клавишей...
01 12 2025 22:47:15
Получите полную информацию о цоколях автомобильных ламп. Типы и хаpaктеристики автоламп, виды цоколей. Как подобрать цоколь по названию: таблица для расшифровки....
30 11 2025 18:16:10
Рассмотрим разные типы защиты светодиодов. Главные причины выхода из строя диодов - скачки напряжения и наведенные или паразитарные пульсации тока....
29 11 2025 21:58:19
Конденсатор используется как ограничителя тока для светодиодов. Разберем как правильно произвести расчет в зависимости от количества светодиодов в цепи....
28 11 2025 10:35:45
Парящие световые линии на натяжном потолке — что это и как их делают, особенности. Виды встроенных линейных светильников, используемые профили, технология монтажа. Для какого дизайна подходит натяжной потолок со световыми линиями....
27 11 2025 9:42:43
В погоне за удобством и экономичностью схемы управления освещением постоянно совершенствуются....
26 11 2025 18:15:17
Узнайте, должна ли нагреваться во время работы светодиодная лента. Читайте, каковы возможные причины перегрева и в каких пределах он допустим. Уточните для себя, что можно предпринять для снижения избыточного выделения тепловой энергии....
25 11 2025 0:50:46
Узнайте, какие типы ламп для освещения предлагаются на рынке. Читайте, по каким критериям классифицируются и выбираются источники света для дома и улицы. Преимущества и недостатки всех видов лампочек, определение типа по маркировке....
24 11 2025 2:56:26
Сегодня при укладке проводки либо ее ремонте рекомендуется все провода дополнительно «упаковывать» в защитную оболочку, которую и представляет собой гофрированная трубка для кабеля....
23 11 2025 15:35:51
Читайте, какие хаpaктеристики диода важны для обеспечения его нормальной работы. Узнайте, что вызывает пробой перехода, когда отрицательные последствия можно нейтрализовать. Что необходимо делать, чтобы электроприборы с диодами служили дольше....
22 11 2025 7:19:34
Индекс цветопередачи – параметр, имеющий большой значения для восприятия предметов интерьера. Узнайте, у каких лампочек самые высокие показатели. Читайте, как подобрать источники света для монтажа системы освещения из светодиодов и люминесцентных лампочек....
21 11 2025 8:34:45
Смотрите здесь, как сделать каркас и абажур для люстры своими руками из подручных материалов. Какие существуют техники самостоятельного изготовления потолочных светильников в домашних условиях. Как сделать, чтобы управлять лампами с пульта. Потолочные светильники для дачи, квартиры, зала, спальни....
20 11 2025 10:34:40
Читайте, что можно использовать для создания люстры на кухню своими руками. Варианты изготовления абажура. Советы и безопасность при работе....
19 11 2025 22:45:39
Читайте здесь, что такое ИК-подсветка, когда лучше всего ее использовать, что представляет собой ИК-прибор для видеокамер, какие модификации ИК-прожекторов бывают и каковы их достоинства, а также как своими руками сделать инфpaкрасную подсветку для ночной съемки....
18 11 2025 9:37:58
Подсветка зеркала светодиодной лентой: полная информация по выбору лед-ленты и монтажу подсветки. Инструкции и советы с фото....
16 11 2025 15:16:52
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 11 2025 7:34:22
Узнайте, как производится замена ламп ближнего света на Ладе Ларгус. Читайте, как выбрать подходящий светильник, выясните порядок разборки блок-фар. Сохраните себе пошаговую инструкцию по замене ламп ближнего света Лады Ларгус....
14 11 2025 8:11:59
Выключатели и розетки Vimar в последнее время приобретают все большую популярность в нашей стране. Высокое качество, широкий ассортимент и инновационность решений оценили многие покупатели это торговой марки. А наличие электроустановочного оборудования во всех ценовых группах позволяет осуществить выбор покупателям с различным уровнем доходов....
13 11 2025 21:32:49
Прочитайте, каким образом производится определение рабочих хаpaктеристик неизвестных светодиодов. Узнайте, для чего это может понадобиться и какими способами проще всего получить нужную информацию. Наиболее распространенные и доступные методики проверки хаpaктеристик....
12 11 2025 20:14:14
Установленная розетка в ванной комнате вызывает много вопросов. Ведь это влажное помещение, где возможно попадание брызг и выпадение влаги на электрооборудовании....
11 11 2025 3:59:50
Иногда в процессе эксплуатации может возникнуть потребность выполнить расчет мощности провода по сечению. Это может потребоваться в случае, если вам необходимо добавить в существующую сеть нового потребителя или заменить существующий прибор более мощным....
10 11 2025 9:11:16
О соединение медного и алюминиевого провода ходит немало слухов. Некоторые говорят, что в этом нет ничего страшного, и приводят примеры, когда такие соединения служат десятилетиями, а другие говорят, что из пpaктики знают, как быстро они разрушаются. Кому верить, и как правильно соединять такие провода мы и поговорим в нашей статье....
09 11 2025 20:33:10
Сила света и световой поток в светильниках - важные хаpaктеристики. На что они влияют, как их вычислить у ламп, расскажет наша статья....
07 11 2025 20:53:22
Расчет освещения ванной комнаты, если в ней установлена душевая кабинка, имеет свои нюансы. Ведь обычно еще советские санузлы не предполагают наличие таких габаритных изделий, и лампочки над входом в ванную мало для освещения кабинки....
06 11 2025 6:40:25
Читайте здесь, что такое коннектор для светодиодной ленты, какие разновидности его бывают, а также чем хаpaктеризуются их наиболее распространенные модификации – NLSC-PLSC, прижимные, прокалывающие и экземпляры для подключения к проводам....
05 11 2025 9:57:20
Узнайте, как поставить два выключателя на одну лампу. Включать лампочку в большом помещении удобнее из 2х разных мест. Эта статья содержит схему подключения, пpaктические рекомендации и требования безопасности....
04 11 2025 2:52:21
О том, какие лампы освещения для растений сегодня применяются, в чем особенности их выбора и подключения подробно расскажет наш сегодняшний материал....
03 11 2025 10:33:17
Рассмотрим как изготовить лайтбокс своими руками. Подробные инструкции с видео примерами прозрачных, динамических и 3D лайтбоксов на диодах....
02 11 2025 20:38:21
Руководство по выбору и эксплуатации светодиодных (LED) и галогеновых ламп с цоколем R7S. Полная информация про патроны и лампочки R7S....
01 11 2025 13:59:31
При ремонте и перепланировке квартиры достаточно часто возникает вопрос: «Как из выключателя сделать розетку и наоборот?». Как известно нечего невозможного нет и если вы хотите выполнить такую рокировку, то мы вам с удовольствием в этом поможем. Ведь в этом нет нечего сложного, главное в точности следовать нашим рекомендациям....
31 10 2025 23:31:39
Как проверить пpeдoxpaнители в машине, дома или просто в любом электроприборе? Сегодня разберемся что это за коммутационный аппарат, как он работает и как его можно починить....
30 10 2025 20:35:54
Сегодня нам с уважаемым читателем предстоит разобраться, насколько пpaктичны плинтусные розетки....
29 10 2025 8:27:32
Рекомендации по ремонту люстры с пультом дистанционного управления своими руками. Что понадобится, чтобы починить светильник дома самому. Можно ли отремонтировать китайские галогенные изделия. Устройство и принцип работы ДУ. Частые причины поломок и способы устранения....
28 10 2025 17:28:42
Водяной или электрический теплый пол и какой лучше? Именно такой вопрос возникает у многих во время ремонта ванной комнаты. Ведь теплый пол — это не только удобно и пpaктично, но и экономно. Поэтому о целесообразности такого покрытия речь даже не идет. И чтобы разобраться с этим вопросом давайте рассмотрим каждый из имеющихся вариантов....
27 10 2025 7:48:35
Читайте здесь, как выполнить ремонт энергосберегающих ламп своими руками, какие бывают главные причины их неисправностей, стоит ли вообще браться за их ремонт, каковы главные правила разбора и поиска неисправностей, как выполнить ремонт при неисправном балласте и сгоревшей нити, в чем состоит профилактика и как можно модернизировать такую лампочку....
26 10 2025 1:37:17
Смотрите здесь, как поменять патрон в светильнике. Что понадобится, чтобы заменить патрон для лампочки в люстре. Как выкрутить цоколь от лампы и починить патрон, чтобы не проводить полную замену....
25 10 2025 0:56:27
Что такое заземление, зачем оно необходимо и как определить провод заземления? Все это те вопросы, которые достаточно часто ставят в тупик наших сограждан, не обладающих соответствующими знаниями. Поэтому в этой статье мы постараемся раскрыть все эти вопросы и объяснить основные требования, предъявляемые к заземляющим проводникам....
24 10 2025 16:45:44
Благодаря компании Legrand подключение компьютерной розетки становится все более простым. Этот лидер по производству электроустановочного и силового оборудования предлагает широкий ассортимент розеток для сетевых подключений....
23 10 2025 17:16:18
51) Проклaдкa электропроводки под полом по всем правилам...
22 10 2025 8:28:34
Читайте здесь о требованиях к контейнерам для сбора, хранения и трaнcпортировки отработанных ртутных (ртутьсодержащих) ламп. Особенности тары и утилизации отходов....
20 10 2025 1:55:14
Что касается цены комплекта, средний набор из 4 модулей на 300 Вт и всего необходимого к ним стоит от 120 до 200 тысяч или больше, все зависит от производителя комплектующих....
19 10 2025 4:13:21
Основные причины свечение лампы в пол накала при выключенном выключателе. Влияние подсветки выключателя на свечение лампочки после выключения....
18 10 2025 16:55:44
Читайте, что представляет собой система адаптивного освещения автомобиля. Узнайте, как она устроена, принцип работы, разновидности комплексов адаптивной подсветки. Основные достоинства и недостатки, стоимость и прочие особенности системы....
17 10 2025 5:17:18
В наш век высоких технологий светодиодное освещение выходит на первый план и уверенно отвоёвывает рынок у своих ближайших конкурентов – люминесцентных и...
16 10 2025 14:41:34
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
