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:
Мы используем пылесос почти ежедневно. И как же огорчаемся, когда техника отказывается «слушаться»: не включается, плохо втягивает мусор, гудит или издает...
30 10 2026 21:13:15
Читайте здесь, как своими руками выполнить замену ламп дневных ходовых огней Лады Гранта, какие основные виды лампочек для ДХО в этой модели применяются, какими основными свойствами и особенностями они обладают, а также из каких основных этапов состоит процеДypa их переустановки....
29 10 2026 22:28:41
Зачем устанавливать закладные под натяжной потолок. Материалы и варианты крепления. Порядок монтажа закладных для люстр, точечных светильников и карнизов....
28 10 2026 19:29:42
Читайте, какие схемы используются для подключения двухклавишных выключателей. Узнайте, какие условия необходимо соблюсти, чтобы осуществить присоединение правильно. Особенности переключателей с подсветкой и модульной конструкцией....
27 10 2026 15:51:37
Правильное освещение в квартире — это залог не только комфорта и красоты вашего жилища, но и создание условий, не влияющих пагубно на ваше здоровье. Поэтому данному вопросу следует уделить пристальное внимание, что мы и постараемся сделать в этой статье. Мы детально разберем вопросы: сколько и какого освещения нужно в каждой комнате, как правильно рассчитать освещение, выбрать лампы и грамотно выполнить схему освещения....
26 10 2026 17:17:58
Как сделать светодиодную лампу (своими руками). Схемы и выбор корпуса светодиодной лампы. Сборка колбы лед лампочки в домашних условиях....
25 10 2026 2:46:23
Читайте, что такое драйвер для светодиодов, какие функции он выполняет. Узнайте, как схема драйвера зависит от вида светодиодов. Как рассчитать параметры готового блока и отдельных элементов при самостоятельной сборке. Стоит ли делать драйвер самостоятельно, если нет знаний в электрике и опыта работы с паяльником....
24 10 2026 8:57:11
Рассмотрим разные типы защиты светодиодов. Главные причины выхода из строя диодов - скачки напряжения и наведенные или паразитарные пульсации тока....
23 10 2026 4:21:15
Сегодня мы с вами поговорим про то, как отремонтировать аккумулятор для ноутбука своими руками, обсудим все возможные проблемы и методы их устранения....
22 10 2026 10:35:19
Читайте здесь, какие виды датчиков движения для включения света существуют, как они различаются по типу источника питания и способу фиксации движения, по каким техническим хаpaктеристикам их выбирать, где лучше разместить, как подключить, настроить и отрегулировать....
20 10 2026 13:23:33
Сегодня мы поговорим с вами про устройство гидрогенератора, расскажем много интересного про их параметры и хаpaктеристики, а также попробуем собрать такое устройство своими руками....
19 10 2026 23:34:49
Читайте здесь, как сделать блок питания для светодиодной ленты 12В своими руками, каковы его главные особенности и назначение, какие готовые блоки существуют и можно ли использовать модели от техники б/у, из каких этапов состоит процесс самостоятельной сборки устройства, как выглядит его схема и какие нюансы при этом нужно учесть....
18 10 2026 2:56:21
Какие бывают возможные неисправности электродвигателя стиральной машины и как их устранить, подскажет статья....
17 10 2026 13:17:41
Освещение аквариума — особенности, какое должно быть для рыб и растений, хаpaктеристики. Типы ламп для аквариумов, какие бывают, как правильно рассчитать необходимую мощность....
15 10 2026 12:26:11
Читайте здесь, что такое галогеновые лампы, чем они отличаются от обычных лампочек накаливания, какое у них устройство, принцип работы, плюсы и минусы, а также какие их виды существуют для домашнего применения и каковы их главные особенности....
14 10 2026 23:44:26
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....
13 10 2026 18:25:10
Узнайте, чем отличаются светодиодные двухконтактные лампы от привычных моделей автомобильных осветительных приборов. Выясните, каковы их технические хаpaктеристики и особенности, уточните специфические эксплуатационные требования....
12 10 2026 21:57:23
Аккумуляторы общего назначения обычно дешевле других. Они самые распространённые на современном отечественном рынке. Помимо того, почти все импортируемые в...
11 10 2026 12:46:48
Читайте здесь, что такое неоновая лампа, из каких элементов она состоит и по какому принципу работает, как получаются различные цветовые оттенки свечения, в каких областях используется, как правильно собрать схему и подключить ее в сеть, а также каковы основные плюсы и минусы неоновой подсветки....
09 10 2026 6:29:58
Помимо цены и яркости, LED лампы имеют десяток параметров, в которых нужно ориентироваться. Разберем все технические хаpaктеристики светодиодных ламп....
08 10 2026 14:14:36
Светильник из бутылки: преимущества и недостатки материала. В каких помещениях квартиры или дома лучше использовать такие светильники: варианты дизайна и украшения. Из какой бутылки лучше сделать светильник: стекло или пластик....
07 10 2026 14:53:45
Недавно задался таким вопросом, а можно ли сделать самодельный токопроводящий клей. Пользуюсь такими вещами достаточно часто, а магазина с нормальным ассортиментом электротоваров у нас в поселке нет, и приходится частенько мотаться в город, что не всегда удобно....
06 10 2026 21:59:43
Сегодня мы с вами поговорим о том, что представляет собой асинхронный двигатель переменного тока. Узнаем, как он устроен, и за счет каких принципов работает....
05 10 2026 11:37:31
Граждане, мечтающие о коттедже за городом для постоянного проживания и / или комфортного летнего отдыха, могут просмотреть проекты привлекательных двухэтажных...
04 10 2026 20:11:28
Узнайте, как производится установка и подключение бра. Выясните для себя, какие существуют варианты подключения к электросети, в чем их преимущества и недостатки. Порядок действий при монтажных работах и подключении, техника определения фазного провода....
03 10 2026 16:44:46
Статья подскажет, какие и как использовать розетки для кухни выдвижные....
02 10 2026 16:32:48
Читайте здесь, как сделать светильники из труб своими руками, каковы главные особенности сборки и используемых материалов, как самостоятельно собрать подвесную люстру из труб, настенную лампу из металлопластика и настольный светильник из муфт и какие ошибки и трудности могут возникать при этом....
01 10 2026 2:16:54
Узнайте, что такое световой поток, с каких единицах измеряется и как показатели используются при расчете системы освещения. Читайте, какая связь существует между ваттом и люменом, люксом и люменом, канделой и люменом. Нужны ли эти показатели при замене лампочки в светильнике, как они используются при создании новой системы освещения....
30 09 2026 16:15:15
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...
29 09 2026 9:25:21
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....
28 09 2026 12:25:38
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....
27 09 2026 18:21:23
Узнайте, вредны ли светодиодные лампы для человека. В чем они представляют опасность. Выясните, какие мнения о светодиодах являются чистой выдумкой и что происходит при использовании дешевых китайских LED-ламп....
25 09 2026 13:25:43
Читайте, какими особенностями отличаются светодиоды SMD 3528. Узнайте, какие у них технические хаpaктеристики, где их используют. Чем отличается монохромная полоса от цветной. Как выбрать ленту из SMD 3528, рассчитать резистор и мощность драйвера, подключить подсветку к сети....
24 09 2026 9:51:56
Читайте об особенностях и хаpaктеристиках цоколя Е14. В чем его отличия от детали лампочек E27. Какие бывают лампы с этим типом контакта и где они применяются: свойства и параметры. Преимущества и недостатки использования....
23 09 2026 2:37:23
Читайте здесь, что такое оптоволоконное освещение, какие разновидности оптоволоконной подсветки для бани существуют и чем они различаются, из каких основных элементов они состоят, какие лампы применяются, а также каковы плюсы и минусы и особенности оптоволоконного освещения для бани и как выполнить его монтаж своими руками....
21 09 2026 9:52:13
Кривая силы света относится к обязательным критериям, которые производители указывают на упаковке светильников. Причем для разных типов оборудования обозначения различаются. Поэтому стоит разобраться в основных особенностях, чтобы понимать, что подразумевается под термином и что обозначает та или иная маркировка....
20 09 2026 9:36:42
Читайте о том, как выбрать и установить квадратные светильники в натяжной потолок. Подходят ли встраиваемые прямоугольные осветительные приборы для натяжного полотна. Светодиодные точечные и другие типы светильников....
19 09 2026 22:44:21
201) Ввод в дом проводом сип: рассмотрим подробно...
18 09 2026 14:47:17
Смотрите здесь электрическую схему драйвера для прожектора led на 50 w. Причины перегорания матрицы. Ремонт светодиодного прожектора на 50 ватт. Как сделать LED-прожектор своими руками....
17 09 2026 19:52:56
Системы управления освещением достаточно разнообразны и способны создать не только комфорт в доме, но и обеспечить значительную экономию. Но зачастую стационарные системы управления достаточно дороги и сложны в монтаже. При этом их функциональность далеко не всегда востребована, а эффект от энергосбережения нивелируется стоимостью самого блока и стоимостью монтажа....
16 09 2026 4:54:19
Все о сравнительных хаpaктеристиках светодиодов. Рассмотрим, какими они бывают по напряжению, параметры их мощности и виды маркировок. Узнайте, какие светодиоды применяются в лампах освещения, а какие в индикаторах....
15 09 2026 12:21:48
Выясните, как правильно организовать освещение террасы. Узнайте, какие требования предъявляются к осветительным приборам и что представляет собой декоративная подсветка. Безопасность организации освещения внешних архитектурных конструкций....
14 09 2026 5:10:36
Подсветка аквариума светодиодной лентой: какую ленту выбрать, как выполнить подключение и что для этого потребуется. Полная инструкция от профессионалов....
13 09 2026 0:45:26
Светильники для уличного освещения светодиодные в последнее время приобретают все большую популярность. Именно поэтому мы так же решили уделить данному вопросу внимание и разобрать аспекты, связанные с процессом выбора и монтажа таких светильников....
12 09 2026 20:31:58
Прочитайте, как изготовить подсветку из светодиодной ленты на зеркало в ванной. Читайте, каким способом это можно реализовать. Выясните, какой вариант наиболее удобен и доступен. Узнайте, что надо сделать для создания подсветки....
11 09 2026 7:13:17
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
