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:
Любое управление освещением с 4 мест, подразумевает установку четырех коммутационных аппаратов....
16 03 2026 23:16:14
Читайте здесь, какая самая яркая светодиодная лента существует, каковы главные особенности мощных лед-полосок, какие параметры влияют на яркость, как выглядит рейтинг популярных производителей, а также какие модели лучших светодиодных лент доступны на сегодня....
15 03 2026 7:29:33
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....
14 03 2026 22:37:58
Полное руководство по выбору и эксплуатации светодиодов для дневных ходовых огней (ДХО) "Орлиный глаз". Выбор. Подключение к авто. Доработка...
13 03 2026 12:27:35
Архитектура электропроводки Схема электропроводки в квартире Схема распределительного щита 220В Сборка щитка для квартиры Электропроводка, как разделить на...
12 03 2026 0:18:41
LED подсветка ступеней лестницы может быть как постоянной, так и включать в свою схему датчики движения и ультразвуковые датчики, для интеллектуального управления подсветкой....
10 03 2026 10:55:47
На данный момент варианты освещения ванной комнаты достаточно широко представлены в сети интернет. Но к сожалению, далеко не все из них отвечают не только нормам освещения....
09 03 2026 15:50:28
От чего перегорает лампочка? Часто перегорают лампочки — что делать? Меры профилактики. Как увеличить срок службы лампочек?...
08 03 2026 5:36:36
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....
07 03 2026 22:46:13
Как на кухне сделать освещение, сколько для этой комнаты нужно розеток и где их расположить? Это именно те вопросы, с которым сталкивается каждый затеявший ремонт на кухне....
06 03 2026 16:41:54
Красная лампа для курятника — для чего используется. Использование инфpaкрасных ламп для обогрева птичника в зимний период, преимущества и недостатки. Какой выбрать, как правильно установить, техника безопасности....
05 03 2026 3:39:54
Разберемся, по каким критериям нужно выбирать светодиодный фонарь, от чего зависит дальность света и расскажем как собрать дешевый фонарь своими руками....
04 03 2026 2:33:21
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....
03 03 2026 1:56:49
Прочитайте, в чем заключаются основные особенности параллельного и последовательного подключений светодиодов. В каком случае используется тот или иной вид соединения, какие составляющие нужны для сбора цепей. Какие ошибки допускают при сборке....
01 03 2026 8:13:23
Светодиодные лампы h7: подходят ли для ходовых огней, где применяются, как выбрать и какие хаpaктеристики имеют....
28 02 2026 11:20:46
Это позволит, не выходя из машины, открывать проем, не применяя ручную силу. Как автоматизировать ворота раздвижные с электроприводом, подскажет статья....
27 02 2026 14:47:40
Освещение эвакуационное предназначено для обеспечения безопасного перемещения людей при исчезновении общего освещения....
26 02 2026 13:26:16
Чтобы избежать этого, необходимо производить оконцовку кабеля специальным наконечником. Как производится изготовление кабельных наконечников, рассматривается в статье....
25 02 2026 23:51:25
В чем основное отличие ксенона от биксенона. Что из себя представляют биксеноновые фары и лампочки. Виды и внешний вид оптики....
22 02 2026 0:13:36
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....
21 02 2026 12:23:24
Как выбрать и организовать освещение в коридоре или прихожей — специфика помещения и требования к освещению. Варианты освещения коридора с натяжным потолком, правила расположения светильников. Схемы освещения, световое зонирование....
20 02 2026 6:18:18
Система аварийного освещения достаточно часто вызывает массу вопросов. Где необходимо ее применять, как она должна быть организована и какие требования к ней применяются?...
18 02 2026 14:17:22
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....
17 02 2026 2:10:48
Виды автомобильных ламп. Маркировка и типы цоколей. Таблица назначения и совместимости разъемов автоламп....
15 02 2026 6:19:53
Люстра Чижевского – что это? Устройство и принцип работы. Польза и вред от использования лампы. Можно ли сделать люстру Чижевского своими руками?...
14 02 2026 18:28:39
Розетки и выключатели ANAM, в нашей стране появились достаточно давно и завоевали уважение у потребителей....
13 02 2026 11:28:18
Мощность диодных лент: как рассчитать потрeбление ленты, рассчет мощности на 1 м. Формулы определения мощности, примеры рассчетов....
12 02 2026 15:40:28
Какой полотенцесушитель лучше водяной или электрический? Такой вопрос часто возникает во время ремонта ванной или просто при замене этого отопительного прибора. Ответ на этот вопрос зависит от многих параметров и в нашей статье мы попробуем разобрать их более детально....
11 02 2026 2:28:16
Читайте здесь, какая лампа ближнего света стоит на Газели версий 1994 – 2002 гг. и 2003-2010 гг. выпуска, Бизнес и Некст, какие их лучшие модели для замены сегодня существуют и чем они различаются, а также что нужно учесть при их замене в каждой конкретной модели автомобиля....
10 02 2026 10:35:20
Читайте здесь, как сделать полки с подсветкой на базе светодиодной ленты, как правильно выбрать лед-полоску, какие главные особенности подсветки для стеклянных полок нужно учесть, какие материалы и инструменты понадобятся для монтажа и из каких основных шагов состоит процеДypa крепежа подсветки для полок....
09 02 2026 7:44:25
Читайте и смотрите, как правильно подключить патрон под лампочку к проводам на потолке. Способы установить деталь и подсоединить проводку. Как сделать все своими руками....
08 02 2026 21:19:53
Рулонные шторы с электроприводом очень просты в эксплуатации. Их виды, особенности и способы монтажа, подскажет статья....
07 02 2026 5:33:16
Сегодня нам предстоит разобраться, какие греющие кабели для труб предлагает современный рынок, и какая разновидность системы кабельного обогрева наиболее пpaктична....
06 02 2026 5:43:31
Читайте, как подключить датчик движения к светодиодному (LED) прожектору. Что это такое и каков принцип его работы, виды и место установки. Схема подключения и порядок натройки прибора....
05 02 2026 0:26:23
Сегодня мы погрузимся в мир теоретики, подтвержденной, естественно, пpaктикой, и будем вспоминать, а кто-то может и узнавать, как устроен генератор постоянного тока....
03 02 2026 7:56:57
Светодиодный ШНУР в интерьере: примеры использования, особенности и интересные приемы. Советы дизайнеров и электриков....
02 02 2026 10:25:35
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....
01 02 2026 14:22:14
Смотрите здесь, кто изобрел лампочку накаливания. Читайте, как эволюционировал осветительный прибор, и когда он появился в России. Узнайте, кто на самом деле является отцом лампочки с нитью накала...
31 01 2026 6:30:14
Читайте здесь, как сделать рассеиватель для светодиодной лены своими руками, каковы его функции и принцип действия, какие виды светодиодных ленточных рассеивателей существуют и где они применяются, какие материалы используются и как своими руками изготовить такой рассеиватель....
30 01 2026 0:37:41
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....
29 01 2026 8:30:40
Узнайте, какие лампы установлены в блок-фарах автомобиля ВАЗ 2114 в качестве ближнего/дальнего света. Читайте, какие виды конструкции ламп могут быть использованы, их достоинства и недостатки. Уточните для себя некоторые наиболее популярные модели от известных производителей....
28 01 2026 22:52:18
Подсветка зеркала светодиодной лентой: полная информация по выбору лед-ленты и монтажу подсветки. Инструкции и советы с фото....
27 01 2026 13:59:50
Читайте, какие схемы используются для подключения двухклавишных выключателей. Узнайте, какие условия необходимо соблюсти, чтобы осуществить присоединение правильно. Особенности переключателей с подсветкой и модульной конструкцией....
26 01 2026 21:15:50
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
