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:
Выясняем, почему может мигать лампочка при включенном и выключенном свете. Как найти причину, по которой моргает энергосберегающая или светодиодная лампа. Как исправить мигающие источники света....
20 11 2024 6:10:39
Вопрос, как подключить оптический кабель интересует уже не только специалистов, но и обычных пользователей. Постараемся раскрыть тему подробнее....
19 11 2024 7:24:10
Сколько, где и как правильно сделать розетки на кухне? С таким вопросом сталкиваются пpaктически все взявшиеся за ремонт в этом помещении. Ведь в этой комнате расположено достаточно большое количество электроприборов для самых разных целей, и розетки под них хочется расположить максимально удобно....
18 11 2024 0:26:10
Ответить на вопрос какого назначение провода ШВВП, нам во многом поможет расшифровка его названия и особенностей конструкции....
17 11 2024 15:30:31
6 популярных и 3 дополнительных способа, как снять цоколь лопнувшей лампочки и выкрутить его из патрона люстры. Что делать, если лампочка застряла в патроне. Как предотвратить проблему....
16 11 2024 21:22:21
На данный момент создано множество вариантов светодиодного освещения для магазинов, но далеко не все из них правильные. Ведь свет витрины должен привлекать покупателя, а для этого все должно быть продумано до мелочей. Вот об этом мы и поговорим в нашей статье....
15 11 2024 15:59:31
Выбор температуры цвета LED лампы зависит от назначения помещения. Теплый свет дает успокаивающий эффект, а холодный настраивает на рабочий лад....
14 11 2024 21:34:38
Сегодня нам предстоит выяснить, как может быть реализовано светодиодное освещение в квартире. Однако прежде, чем отправляться в магазин за новыми светильниками, давайте разберемся, насколько убедительны преимущества светодиодов перед традиционными источниками света — лампами накаливания и люминесцентными лампами....
13 11 2024 11:36:43
Узнайте, какие светодиоды Cree доступны на рынке. Читайте, на какие виды они делятся, для чего предназначен каждый тип. Почему светодиодные изделия этого бренда выгодны для производителей осветительных приборов. Как при покупке отличить оригинальный Кри от китайской подделки....
12 11 2024 7:47:14
Читайте здесь, какие виды светодиодных ламп существуют, какие наиболее распространенные разновидности их доступны, как они различаются по сфере применения, конструкции и световому потоку, типу светодиодной матрицы и виду цоколя и что нужно учитывать при их выборе....
11 11 2024 9:17:35
Узнайте, что такое двухклавишный выключатель для двух лампочек. Зачем он нужен, его преимущества и виды. Как правильно установить и подключить выключатель с двумя клавишами....
10 11 2024 18:17:10
Узнайте, что может быть причиной поломки ЖК монитора и как можно самостоятельно проверить лампы подсветки монитора. Уточните для себя, зачем нужны некоторые узлы и устройства. Читайте, как произвести замену люминесцентных ламп подсветки на светодиодные....
09 11 2024 17:35:57
Узнайте, можно ли подключить светодиод к батарейке. Читайте, какие источники могут быть использованы для питания LED элементов, что надо сделать для защиты от перегрузки. Уточните для себя порядок подключения светодиодов к батарейкам разной емкости....
08 11 2024 2:21:41
Описание и разновидности люстр для натяжного потолка. Как правильно выбрать люстру. Особенности установки люстры. Как своими руками снять люстру с натяжного потолка....
07 11 2024 23:48:47
Диммер для светодиодных ламп: преимущества и недостатки использования. Как подключить диммер к светодиодным лампам. Какие светодиодные лампы можно использовать для диммирования. Порядок подключения диммера....
06 11 2024 12:53:12
Потребители сегодня все чаще в домах и квартирах делают подвесные или натяжные потолки. Они имеют ряд неоспоримых преимуществ, а также благодаря им можно...
05 11 2024 1:36:23
Организация подсветки забора в загородном доме — основные задачи, для чего это делается. Выбор освещения в зависимости от типа забора. Как сделать своими руками на дачном участке, разработка проекта, замеры и расчеты....
04 11 2024 18:18:52
Tрaнcформатор для светодиодной ленты: как выбрать, какие виды трaнcформаторов бывают, как подключить - способы со схемами и фото....
03 11 2024 2:35:20
Системы естественного освещения являются идеальным вариантом пpaктически для любых зданий и сооружений....
01 11 2024 3:44:49
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....
31 10 2024 16:22:52
Смотрите здесь, для чего предназначены лампочки в приборной панели, по какой причине и с какой регулярностью их можно менять, какие их виды применяются и какими свойствами они обладают, из каких основных этапов состоит процеДypa их переустановки, а также как правильно установить светодиоды в панель приборов....
30 10 2024 9:49:15
Узнайте, как можно использовать понижающий трaнcформатор в качестве источника питания для светодиодных ламп. Читайте, какими особенностями он обладает, выясните для себя достоинства и недостатки такого варианта конструкции....
29 10 2024 4:50:29
Как правильно подсоединить провода? Такой вопрос становился перед каждым из нас. Ведь именно контактные соединения являются самым слабым звеном любой электроустановки...
27 10 2024 14:56:46
Соединение проводов локальной сети, можно сравнить с игрой на гитаре, так как оба эти процесса максимально схематичны, и достаточно узнать азы, чтобы начать успешно оттачивать мастерство....
26 10 2024 20:22:39
Выясните, что собой представляет умное освещение, являющееся частью системы управления «Умный дом». Узнайте, что собой представляет данная технология, каков ее функционал и в чем заключаются ее основные преимущества....
25 10 2024 1:57:37
49) Замыкание электропроводки: причины и варианты ремонта...
24 10 2024 13:49:28
Правила пользования люминесцентными лампами. Сколько ртути в люминесцентной лампе? Ликвидация последствий от разбитой лампы. Что делать категорически нельзя? Проявления отравления ртутью....
23 10 2024 9:24:12
3 ПВ провод который нашел широкое применение как в промышленности, так и на бытовом уровне. Удобство монтажа, большой выбор сечений, отличные физико-химические свойства изоляции и долговечность получили признание у электриков....
22 10 2024 10:40:29
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....
21 10 2024 7:23:55
Чаще всего, такая привычка наблюдается у молодых особей, а с возрастом обычно любовь к проводам начинает угасать. Почему кошка грызет провода, и как ее отучить от этого, рассматривается в статье....
20 10 2024 5:40:59
Читайте, какие лампы изготавливаются с цоколем G13. Где они применяются. Каково устройство и виды лампочек этого типа. На что обратить внимание при выборе. Советы и рекомендации специалистов....
19 10 2024 4:30:38
475) Таблица мощности проводов: рассмотрим подробно...
18 10 2024 23:21:48
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....
17 10 2024 23:50:38
Описание китайского фонарика. Неисправности фонарика. Как самостоятельно разобрать китайский фонарик? Меры профилактики....
16 10 2024 19:30:47
Правильная маркировка проводов и шнуров позволяет значительно облегчить монтаж и ремонт любых электрических сетей. Ведь правильная маркировка не только облегчит сам процесс монтажа, но и позволит вам или любому другому человеку просто взглянув в распределительную коробку, щиток или на провода, определить их назначение...
15 10 2024 10:34:26
Какие бывают виды точечных светильников — классификация по основным параметрам. Особенности выбора по типу лампочки, способу монтажа и конструкции. Что лучше для натяжных потолков, на какие критерии обращать внимание....
14 10 2024 5:52:28
Сегодня мы с вами поговорим о том, что представляет собой асинхронный двигатель переменного тока. Узнаем, как он устроен, и за счет каких принципов работает....
13 10 2024 12:41:45
Узнайте, как создается освещение в бане, особенности и требования к монтажу системы. Выясните, какие светильники и лампы подходят для работы в сауне, что необходимо учесть, выбирая тип осветительных приборов. Основные этапы монтажа освещения....
12 10 2024 19:57:45
Это позволит, не выходя из машины, открывать проем, не применяя ручную силу. Как автоматизировать ворота раздвижные с электроприводом, подскажет статья....
11 10 2024 7:31:48
Читайте здесь, как проще всего помыть люстру в домашних условиях, чтобы она блестела. Мойка многоярусных моделей и с хрустальными подвесками. Можно ли очистить светильник, не снимая с потолка. Какие средства для чистки лучше всего подходят....
10 10 2024 22:53:26
Читайте, из каких частей состоит лампа КЛЛ, какие колбы и цоколи используют производители. Узнайте, какая мощность требуется для жилых помещений. Как расшифровать маркировку и подобрать оптимальные показатели светопередачи и температуры цвета. Почему не стоит экономить при покупке КЛЛ....
08 10 2024 9:38:57
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....
07 10 2024 1:37:43
Читайте здесь, как перевести Люксы в Люмены при организации освещения. Узнайте, чем отличаются Лк от Лм, какое их соотношение при переводе. Смотрите, какое значение Люменов для разных типов лампочек, и какие нормы освещенности в Люксах для разных помещений...
06 10 2024 7:59:31
Розетки для бытовой техники на кухне могут создать массу проблем. Ведь эта комната является своеобразным сосредоточением электроприборов....
05 10 2024 17:13:10
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....
04 10 2024 10:57:33
Для квалифицированного ответа на ваш вопрос слишком мало данных. Чтоб дать полный ответ я должен знать мощность варочной панели, мощность духовки, номинальный ток установленной у вас розетки для электроплиты, сечение кабеля от группового автомата к розетке, номинальные параметры группового автомата и возможно даже вводного автомата....
03 10 2024 22:33:47
Проводов марки СИП на рынке представлено огромное количество, что позволяет подобрать модель, наиболее точно отвечающую вашим требованиям. Это касается не только типоразмеров, но и конструкции провода....
02 10 2024 3:37:51
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
Как избавиться от таpaканов в квартире
Сколько люменов нужно на 1м2 для освещения разных помещений – от комнаты в квартире до склада, нормы освещенности и как рассчитать необходимый световой поток и количество ламп
"Как выглядят говорушки съедобные и несъедобные, как готовить говорушки