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, почему светодиодный прожектор может продолжать светиться в выключенном состоянии. Ищем причину свечения диодного прибора после выключения в сети, светильнике, выключателе. Как можно исправить....
14 12 2025 18:28:23
Смотрите, как сделать светодиодный светильник своими руками. Как правильно при этом рассчитать и изготовить драйвер с гасящим конденсатором, какие материалы можно применять и как подключать прибор в сеть 220В или от батареек....
12 12 2025 23:51:24
Единица измерения освещенности: описание кандел, люменов и люксов. Как происходит измерение количества света для разных источников света. Как перевести одни единицы освещеннности в другие. Нормы и порядок расчета необходимого уровня....
11 12 2025 11:58:40
Что называют силой тока? Такой вопрос не раз и не два возникал у нас в процессе обсуждения различных вопросов. Поэтому мы решили разобраться с ним более подробно, и постараемся сделать это максимально доступным языком без огромного количества формул и непонятных терминов....
10 12 2025 12:56:49
ПГВА провод нашел широкое применение в первую очередь в автомобильной промышленности. Его используют для прокладки проводки в автомобилях, тpaкторах, мопедах, а также других механизмах и устройствах....
09 12 2025 16:32:10
Выясните у нас, почему моргает светодиодный прожектор во включенном состоянии и при выключении. Распространенные причины неисправности. Как починить диодный источник света, который мигает....
08 12 2025 8:11:16
Узнайте, что представляет собой регулятор света, каковы особенности его конструкции и принцип работы. Выясните, где наиболее часто применяются приборы этого вида. Классификация диммеров. Основные преимущества и недостатки устройств с регулировкой....
07 12 2025 8:50:24
Нюансы обустройства освещения в бане или парилке — общие требования к безопасности, какое напряжение лучше всего выбрать для влажных помещений. Варианты размещения светильников в бане, этапы монтажа электрического освещения....
06 12 2025 5:24:27
51) Проклaдкa электропроводки под полом по всем правилам...
05 12 2025 4:21:39
Как выбрать теплый электрический пол правильно с наименьшим энергопотрeблением и отвечающий всем нашим требованиям? Такой вопрос часто становится во время строительства и ремонта....
04 12 2025 4:46:29
Ремонт электрических полотенцесушителей в домашних условиях вполне возможен. Поэтому если ваша сушилка для полотенец вдруг перестала работать, не спешите вызывать специалиста. Вполне возможно вы сможете самостоятельно определить и устранить неисправность. А наша статья постарается вам в этом помочь....
03 12 2025 7:32:29
Большие склады и супермаркеты не обходятся без специальных маневровых устройств. Применение последних позволяет значительно повысить производительность труда, а...
02 12 2025 15:25:41
Узнайте, какие схемы используются для подключения светодиодов к различным источникам питания. Читайте, как определить сопротивление и мощность ограничивающего резистора для любой цепочки. Рассчитайте схему для себя, используя предоставленные формулы и примеры....
01 12 2025 23:13:17
Смотрите здесь, как организовать освещение с натяжными потолками в разных комнатах дома или квартиры: гостиной, зале, маленькой ванной. Подбирайте оптимальные варианты основного и дополнительного света: точечные светильники, светодиодные ленты для потолочной подсветки....
29 11 2025 8:24:36
Как подключить цветную светодиодную ленту с пультом: особенности подключения светодиодной ленты, что потребуется, варианты и схемы....
28 11 2025 7:55:43
Вытяжки уже достаточно давно завоевывают все новые горизонты в нашей стране, и вопрос как устанавливается розетка под вытяжку становится как некогда актуальным....
27 11 2025 22:44:38
Подробно о световом потоке, прочих технических хаpaктеристиках и области применения ДНаТ 150 Вт. Особенности подключения, плюсы и минусы источника света. Специфика газоразрядных ламп низкого давления....
26 11 2025 19:39:15
Читайте здесь, как сделать подсветку штор светодиодной лентой, какие варианты подсветки существуют и чем они различаются, из каких основных этапов состоит ее монтаж, как правильно подключить трaнcформатор и лед-полоску к сети, а также какие нюансы крепления ленты нужно учесть....
25 11 2025 18:23:22
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....
24 11 2025 13:41:36
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 3:58:18
Выясните, что эффективнее ксенон или светодиод. Что у них общего, чем различаются, существуют ли ограничения на их использование, и каковы условиях их замены. Узнайте, выбор, какого типа ламп для автомобиля будет наиболее оптимальным....
22 11 2025 21:49:59
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....
21 11 2025 9:38:51
Читайте, чем филаментная лампа отличается от обычной светодиодной и лампочки с нитью накала. Узнайте, какая у нее конструкция, достоинства и недостатки. Какие производители производят новую продукцию, по какой цене продают. Результаты тестирования и критерии выбора....
20 11 2025 12:47:27
Гофрированный шланг для проводки или просто гофра - это полая трубка специальной формы, защищающая провода от надломов и не допускающая их намокания....
18 11 2025 7:49:55
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....
17 11 2025 6:24:34
Сегодня Поговорим о Дизельном Генераторе 5 кВт. Из Статьи Вы Узнаете о Их Видах, Особенностях Устройства, Правилах Эксплуатации. Также Вы Найдете Обзор Некоторых Моделей...
16 11 2025 13:35:37
Освещение без люстры и без бра сложно было себе представить еще несколько десятков лет назад. Сейчас это достаточно часто встречающееся явление....
15 11 2025 5:57:39
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....
14 11 2025 3:11:22
Мы используем пылесос почти ежедневно. И как же огорчаемся, когда техника отказывается «слушаться»: не включается, плохо втягивает мусор, гудит или издает...
13 11 2025 11:55:52
Узнайте, как организовать освещение лестницы на второй этаж в частном доме. Читайте, как выбрать осветительные приборы для подсветки разных видов лестниц. Особенности монтажа автоматической системы освещения...
12 11 2025 4:34:52
Читайте об особенностях конструкции и работы диммеров для светодиодных ламп. Узнайте, какие модели самые функциональные и доступные по цене. Как определить совместимость светодиодов с регулятором, в каких магазинах приобретать систему....
11 11 2025 19:41:36
Схема подключения два выключателя на одну лампочку: варианты. Какие выключатели могут управлять освещением из двух точек: название, принцип действия и конструкция. Особенности подключения двух проходных выключателей в одной цепи....
10 11 2025 2:17:42
Смотрите здесь, как повесить и подключить люстру с пультом дистанционного управления своими руками. Устройство и схема установки светодиодного светильника с ПДУ. Подробная инструкция по самостоятельному подключению. Распространенные проблемы, неисправности и пути их устранения....
09 11 2025 2:15:21
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....
08 11 2025 10:34:33
Освещение и электророзетки на кухне вещь достаточно важная. Особенно это касается так называемой рабочей зоны кухни, где и то и другое просто жизненно необходимо....
07 11 2025 17:28:37
Искусственное освещение: стандарты и нормативы для жилых помещений. Что такое система искусственного освещения и ее хаpaктеристики. История развития искусственных источников света. Типовые параметры некоторых источников искусственного света....
06 11 2025 23:40:50
Способы проверки светодиода на работоспособность (тестером или батарейкой). Как можно прозвонить smd светодиод в фонарике не выпаивая....
05 11 2025 9:38:52
Что такое дроссель? Виды и особенности механизма. Как подключить лампу? Как проводится проверка работоспособности ламп? Устранение неисправностей....
04 11 2025 4:50:13
Сегодня мы поговорим с вами про электродвигатели переменного тока однофазные, узнаем, как они устроены и за счет каких сил приводятся в движение....
02 11 2025 12:31:45
Своевременное обслуживание аккумуляторной батареи вашего железного коня позволит прослужить ей длительное время, запускать двигатель в холодное время года....
01 11 2025 12:31:19
На рынке представлено огромное количество указателей скрытой проводки с разным функционалом и широким спектром допфункций. О том какой из них выбрать, мы и поговорим....
31 10 2025 11:56:50
350)Как выполняется подключение к плафону освещения видеорегистратора...
30 10 2025 4:30:58
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....
29 10 2025 17:35:54
Узнайте, в чем состоит суть технологии LCD и LED, чем они отличаются друг от друга, что их объединяет. Читайте, как выбрать наиболее качественный монитор, какими критериями следует руководствоваться, что в первую очередь должно влиять на выбор пользователя....
28 10 2025 4:21:50
В Чем Преимущества Офисных Потолочных Светодиодных Светильников? Как Правильно Спроектировать Освещение? Ответы На Эти и Другие Вопросы Даны в Статье...
27 10 2025 14:53:16
Читайте здесь, что такое мощные светодиоды, какие производители и с какими особенностями их изготавливают, какие главные параметры наиболее полно их хаpaктеризуют, в каких областях они чаще всего применяются и какие входят в ТОП популярных на сегодня моделей....
26 10 2025 12:11:41
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
