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:
Каким должен быть акустический кабель для колонок, из какого материала, как правильно его рассчитать и выбрать? Ответы на эти и другие вопросы вы найдете в статье...
16 06 2026 16:55:26
Читайте, как правильно выбрать и установить подсветку для кухни под шкафы. Смотрите основные этапы монтажа светодиодной ленты на кухню под шкафы....
15 06 2026 18:25:38
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....
14 06 2026 6:16:29
Это позволит, не выходя из машины, открывать проем, не применяя ручную силу. Как автоматизировать ворота раздвижные с электроприводом, подскажет статья....
13 06 2026 13:28:30
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....
12 06 2026 3:22:59
Все мы знаем, что если ты дотронулся оголенного провода под напряжением, то это чревато самыми печальными последствиями даже по истечению нескольких часов после происшествия. Поэтому таких проводов стоит опасаться. Но что делать, если он у вас в квартире или доме?...
11 06 2026 7:23:46
Узнайте, как производится замена ламп ближнего света у автомобиля Фольксваген Поло. Особенности и типы светильников, используемых в головных блок-фарах, специфика выбора и особые требования. Читайте, какие действия необходимо выполнить для замены ламп....
09 06 2026 3:53:54
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....
08 06 2026 19:15:50
Узнайте, для чего нужны фотореле или датчики освещенности. Какие функции они выполняют, чем удобны и полезны. Уточните для себя, по каким критериям их выбирают, особенности выбора места установки и правила монтажа....
06 06 2026 0:15:38
Нормы естественного и искусственного освещения зданий прописаны в СНиП 23 – 05 – 95. Но разобраться в этом вопросе с «наскока», не обладая должными минимальными познаниями, достаточно сложно....
04 06 2026 14:27:26
На данный момент на рынке представлено огромное количество полотенцесушителей с самыми разнообразными системами регулирования, но электрические полотенцесушители с терморегулятором получили наибольшее распространение....
03 06 2026 21:14:20
Насколько удобно использовать пластиковые короба для прокладки проводов электрической сети? Не опасно ли это? Какие виды и размеры коробов можно встретить в продаже? Наконец, как их правильно смонтировать? Сегодня мы постараемся ответить на эти вопросы....
02 06 2026 1:28:12
Полная информация о цветовой температуре светодиодных и других ламп. Таблица температуры света в Кельвинах: 2700K, 3000K, 4000K, 5000K и др....
01 06 2026 4:19:33
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....
31 05 2026 13:37:47
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....
30 05 2026 22:51:51
Хаpaктеристика неоновой ленты. Где применяется гибкий неон? Особенности монтажа. Как закрепить неоновою ленту? Важные правила безопасности и требования к эксплуатации. Плюсы и минусы....
29 05 2026 3:31:10
Энергосберегающие лампы: особенности и преимущества использования. Советы по выбору ЭСЛ ламп от специалистов....
28 05 2026 13:18:18
201) Ввод в дом проводом сип: рассмотрим подробно...
27 05 2026 6:11:10
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....
26 05 2026 12:49:13
Коэффициент пульсации освещенности – один из качественных показателей, используемый при проверке света в помещениях разного назначения. При нарушении установленных норм повышается утомляемость и возрастает опасность травматизма на производствах....
25 05 2026 18:58:33
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....
24 05 2026 0:53:40
Читайте здесь, что такое драйвер для светодиодных светильников, каково его назначение и сфера применения, каков принцип работы и главные хаpaктеристики, какие его разновидности существуют, как выглядит классическая схема и каковы правила его выбора....
23 05 2026 15:21:56
Кольцевая лампа своими руками: функциональные особенности и хаpaктеристики. Достоинства и недостатки перед профессиональным студийным светом. Что лучше для кольцевого осветителя: светодиодная лента или лампочки....
22 05 2026 22:37:20
Схемы подключения подсветки в багажник автомобиля. Выбор инструмента, места установки светодиодной ленты....
21 05 2026 6:11:33
Как выбрать блок питания для светодиодной ленты 12в: расчет мощности, рекомендации специалистов, критерии выбора....
20 05 2026 4:16:22
Щиты освещения являются одним из наиболее ответственных элементов электрической сети квартиры или дома. Именно поэтому к их монтажу следует подойти максимально внимательно и не допускать ошибок....
19 05 2026 7:19:20
Читайте, что такое проходной выключатель и зачем он нужен, чем он отличается от стандартного и на каком принципе он работает, как правильно его выбрать и установить в соответствии с заданной электрической схемой и типом самого переключателя....
18 05 2026 18:56:52
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....
17 05 2026 0:25:18
Цоколь Е27: все о конструкции и применении. Совместимость с разными типами ламп. Преимущества и недостатки....
16 05 2026 19:29:11
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....
14 05 2026 9:35:13
Читайте, что можно использовать для создания люстры на кухню своими руками. Варианты изготовления абажура. Советы и безопасность при работе....
13 05 2026 23:46:16
Требования к освещению помещений и рабочих мест это две взаимосвязанные составляющие. И меняются они лишь в зависимости от хаpaктера выполняемых работ, а также в зависимости от окружающей обстановки рабочего места. Поэтому дабы рассмотреть нормы освещенности на рабочих местах, нам придётся разобраться в целом с вопросом освещения на производстве, и уже затем рассматривать параметры, нормируемые для каждого отдельного рабочего места....
12 05 2026 9:11:52
Приветствуем тебя, наш любознательный читатель. Сегодня мы узнаем, как делается электрический теплый пол под плитку....
11 05 2026 7:34:35
В общем, слышали вы что-нибудь о том, может ли электрическое и магнитное поле Земли стать источником дешевой электроэнергии?...
10 05 2026 1:44:13
Обойтись без горячей воды в доме проблематично. К счастью, сегодня у нас есть возможность установить в квартире бойлер и забыть об этих переживаниях, главное...
09 05 2026 3:38:39
Какие диоды чаще используют в фонариках? Выбор самых ярких и мощных диодов для фонарика. Как поменять светодиоды в фонаре?...
08 05 2026 17:24:57
Какие бывают машины с открывающимися фарами? Список всех моделей автомобилей со слепимы фарами....
07 05 2026 9:46:49
Монтаж электропроводки в новостройке дело хоть и хлопотное, но зато вы точно можете быть уверены, что все сделано правильно и на совесть. И чтобы все получилось именно так, не нужно каких-то специфических знаний и огромного опыта, достаточно просто продумать все аспекты до мелочей и понимать, что такое ноль, фаза и защитное заземление. А мы вам, по мере сил, поможем не упустить не единой мелочи....
06 05 2026 1:40:24
Смотрите здесь, как выполнить регулировку датчика движения для включения света своими руками, какие основные параметры нуждаются в настройке. Как самостоятельно выполнить его прострaнcтвенное позиционирование. Основные рекомендации по выбору места установки, подключению и монтажу....
05 05 2026 4:58:16
Способы проверки светодиода на работоспособность (тестером или батарейкой). Как можно прозвонить smd светодиод в фонарике не выпаивая....
04 05 2026 14:15:36
Сегодня нам с читателем предстоит выяснить, может ли использоваться светодиодная лента как основное освещение. Мы ознакомимся с классификацией этих осветительных приборов, с правилами выбора ленты и с особенностями ее монтажа....
03 05 2026 12:33:27
Виды используемых светодиодов в лампах на 220 вольт. Какие преимущества и недостатки видов сборки?...
02 05 2026 3:22:27
Tрaнcформатор для светодиодной ленты: как выбрать, какие виды трaнcформаторов бывают, как подключить - способы со схемами и фото....
01 05 2026 19:51:41
Читайте, как правильно выбирать люстру под разные виды потолка, площадь. Варианты светильников с разными типами ламп. Какую модель подобрать в зал, детскую комнату, кухню, гостиную и другие помещения в доме. Описание и фото разных решений в интерьере....
30 04 2026 11:23:41
Какие каналы и короба для электропроводки используются в системах электроснабжения, подскажет статья....
28 04 2026 3:12:27
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
