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:
Естественное освещение помещений является обязательным пpaктически для всех жилых и производственных зданий....
15 09 2026 5:46:48
"Автомобиль - любимая игрушка взрослых мужчин." Известное выражение Марлен Дитрих в наше время слегка утратило актуальность, ведь машины стали и для женщин...
14 09 2026 15:47:13
Читайте, что такое расчет освещенности, как проводятся вычисления, какие параметры обязательно нужно учитывать. Узнайте самые простые формулы и источники справочных материалов. Обязательно ли учитывать требования нормативов, если рассчитывается система для жилых помещений....
13 09 2026 13:59:14
Для возведения объектов используются совершенно разные материалы, но для строительства, помимо самого материала, очень важным фактором является качественная...
12 09 2026 4:49:54
Габаритные огни в автомобиле: для чего они нужны, какие габаритки выбрать, разновидности и особенности....
11 09 2026 4:16:14
Хочу в контур основного освещения реализованного с помощью двух проходных выключателей, добавить дополнительное освещение со своим выключателем, но чтобы он работал независимо от положения проходных выключателей....
09 09 2026 12:44:59
Наша сегодняшняя тема — освещение для натяжных потолков. Нам предстоит выяснить, как монтируются в случае натяжного полотна из пленки ПВХ встроенные потолочные светильники, люстры и подсветка....
08 09 2026 23:23:36
Монтаж розетки для телевизора вопрос хоть и не очень сложный, но требует правильного подхода. Ведь здесь недостаточно правильно подключить розетку....
07 09 2026 20:14:52
Освещение на даче должно отвечать целому ряду параметров. Оно должно давать достаточно света для комфортного перемещения в ночное время, быть красивым и, конечно же, экономичным....
06 09 2026 10:32:46
Провод типа ВВГ нашел широкое применение в промышленности и на бытовом уровне. Достичь этого удалось за счет широкой номенклатуры модификаций кабеля....
05 09 2026 3:29:57
Выясните, как в домашних условиях сделать эффектный светильник своими руками. Узнайте, какие материалы можно для этого использовать, в чем особенности изготовления абажуров «handmade» и сколько времени займет выполнений этой работы....
04 09 2026 10:45:57
Чтобы еще лучше понять все нюансы, следует разобраться, чем сила света отличается от светового потока. Это проще всего сделать по аналогии с такими физическими величинами, как сила и давление....
01 09 2026 14:35:30
Сегодня нам предстоит научиться выполнять расчет освещения светодиодными светильниками. Мы ознакомимся с санитарными нормами освещения и со световым потоком, хаpaктерным для светодиодного освещения на единицу мощности. Но сначала — пара слов об особенностях интересующего нас класса светильников....
31 08 2026 13:29:19
Что такое LED-подсветка — особенности, какие бывают типы подсветки в телевизорах и мониторах. Разновидности LED подсветки по конструктивному исполнению, равномерности освещения и цвету....
30 08 2026 4:16:50
Узнайте, какие особенности ламп ближнего света имеются у автомобилей Форд Фокус разных годов выпуска. Выясните, какие модели ламп наилучшим образом подходят для установки в ближний свет, определите для себя порядок действий для того или иного типа машины....
29 08 2026 18:46:45
Гофрированный шланг для проводки или просто гофра - это полая трубка специальной формы, защищающая провода от надломов и не допускающая их намокания....
28 08 2026 8:28:57
Читайте, как провести ремонт светильников с люминесцентными лампами с различными пусковыми устройствами. Узнайте, как продлить срок службы лампочек, подключить сгоревший осветительный элемент. Когда ремонтировать люминесцентный светильник не выгодно....
27 08 2026 22:30:11
Где в машине включаются фары ближнего и дальнего света на машине? Как правильно их использовать?...
26 08 2026 23:37:13
Выборе настольной ламы для рабочего места. Какие существуют на рынке наиболее приятные для глаз. Рейтинг лучших моделей....
25 08 2026 23:12:45
Читайте здесь, как сделать световые линии на натяжном потолке, в чем особенность и отличия двух основных вариантов конструкции – парящих линий и запотолочной подсветки, а также как своими руками изготовить подобную систему освещения....
24 08 2026 22:12:11
![Можно ли устанавливать светодиодные лампы в фары? [Есть ответ]](/svet-raw/img/666.php.jpg "Можно ли устанавливать светодиодные лампы в фары? [Есть ответ]")
Чтоб понять можно ли устанавливать светодиодные лампы в фары, нужно обратиться к законодательству и к опыту уже пользующихся светодиодным светом....
23 08 2026 12:11:35
Чтоб сделать правильное освещение для гаража не надо иметь каких-то специальных знаний и навыков. Достаточно элементарных знаний в области электротехнике и конечно желания....
22 08 2026 12:57:31
Потребители сегодня все чаще в домах и квартирах делают подвесные или натяжные потолки. Они имеют ряд неоспоримых преимуществ, а также благодаря им можно...
21 08 2026 3:52:31
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....
20 08 2026 23:22:14
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....
19 08 2026 16:21:18
Расскажем подробно, но не сильно углубляясь, особенно в специальные термины о назначении и принципе действия этого устройства. Также постараемся ответить на некоторые наиболее часто возникающие вопросы, и постараемся подсказать, как правильно выбрать сетевой фильтр для вашей техники....
18 08 2026 7:15:45
Узнайте основные требования к аварийному освещению. Цвет, размеры, количество и виды указателей. Как их правильно подключть....
16 08 2026 11:50:27
Розетка стиральной машинки имеет определенные требования по своей установке и расположению. Кроме того, есть общие требования по установке розеток о которых частенько забывают при установке машинок. Все это может привести как к поломке розетки или стиральной машинки, так и более тяжелым последствиям вплоть до cмepтельного исхода....
15 08 2026 12:50:42
Электросхема освещения в квартире зависит от многих факторов. Это и суммарная нагрузка квартиры, и типы потребителей, и место расположения электроустановочных устройств, и тип проводки и ваши требования к электробезопасности. Но несмотря на кажущуюся сложность данного вопроса в нем вполне можно разобраться самостоятельно, а дабы упростить вам эту задачу мы постараемся объяснить основные аспекты....
14 08 2026 9:53:48
Читайте здесь, как подключить светодиодную ленту в машине, как при этом правильно подобрать ее по типу матрицы и степени защиты, какие материалы и инструменты потребуются в работе, как выглядит схема установки, как выполнить подключение через резистор, прикуриватель и стабилизатор и какие меры безопасности при этом соблюдать....
13 08 2026 23:29:35
Подсветка кровати светодиодной лентой: особенности монтажа, выбора ленты, подключения. Достоинства и недостатки использования светодиодов....
11 08 2026 4:53:19
Приветствуем читателей нашего сайта. Представляем вашему вниманию статью - уроки освещения в 3ds max....
10 08 2026 2:55:58
Полотенцесушители электрические масляные находят все более широкое распространение. Ведь в летний период они позволяют не отказываться от таких приятных мелочей как теплое сухое полотенце....
09 08 2026 4:56:29
Читайте про линейные и импульсивные блоки питания для светодиодных светильников. Узнайте, по каким критериям классифицируется это оборудование. Как выбрать и сделать своими руками блок питания для светодиодного осветительного прибора. Какие производители поставляют самое качественные драйверы и блоки для светодиодов....
08 08 2026 14:24:24
Какой прибор служит для измерения освещенности: разновидности и популярные модели для использования в домашних условиях. Для чего необходимо измерять освещенность в помещениях. Как правильно замерить освещенность люксметром....
07 08 2026 19:17:53
Как вы думаете, может ли использоваться светодиодная лента как основное освещение жилой комнаты?...
05 08 2026 21:27:58
Читайте, как можно приклеить светодиодную ленту к разным видам несущих элементов. Узнайте, какие материалы лучше всего подходят для этого, отметьте для себя наиболее доступные способы восстановления контакта ленты с опорой....
04 08 2026 23:43:44
Мигающий свет: во всем помещении или отдельных лампочек. Как решить проблему с моргающим светом при включении электроприборов или другой нагрузки. Стабилизация некачественного напряжения в квартире....
03 08 2026 4:38:23
Какие требования к ДХО. Правила ПДД по ходовых огнях на автомобиле. Как правильно установить ДХО на автомобиль по правилам....
02 08 2026 3:56:21
Узнайте, какие неисправности светодиодной ленты являются наиболее распространенными. Уточните для себя, как производится проверки работоспособности и локализация возникших неполадок. Читайте, какими методами можно решить проблему и отремонтировать ленту....
01 08 2026 23:13:19
Расчет светового освещения методом светового потока, точечным, или способом удельной мощности, может быть осуществлен для любого помещения....
31 07 2026 6:40:21
Цепная пила на аккумуляторе стала отличным помощником для работы с древесиной на приусадебных участках и в мастерских. О видах, их хаpaктеристиках и выборе сегодня и расскажем...
30 07 2026 21:54:52
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....
28 07 2026 3:46:26
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
