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:
Читайте, какие SMD светодиоды самые популярные, где и в каком виде используются. Узнайте, чем они отличаются друг от друга и как выбрать оптимальный вариант. Плюсы и минусы изделий из СМД светодиодов, сфера применения, особенности покупки через интернет....
04 12 2025 10:28:21
Основы диагностики и ремонта светодиодных прожекторов своими руками. Основные причины неисправностей. Устранение мигания Led-прожектора и замена деталей. Как разбирать прожекторы....
03 12 2025 4:24:14
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....
02 12 2025 20:32:13
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....
30 11 2025 21:39:36
Узнайте, какие лампы используются для ближнего света в фарах Мицубиси Лансер 10. Сохраните для себя списки популярных и эффективных моделей подобных светильников. Читайте, как производится замена ближнего света на Лансере 10, какие пpeдoxpaнители отвечают за эти лампы, и где их можно найти....
29 11 2025 8:53:36
Узнайте, почему светодиодный прожектор может продолжать светиться в выключенном состоянии. Ищем причину свечения диодного прибора после выключения в сети, светильнике, выключателе. Как можно исправить....
28 11 2025 12:45:24
Смотрите, что такое спот-светильник и какие встречаются их разновидности. Читайте, где они применяются, каковы правила их подключения и установки, а также основы использования спотов в оформлении дизайна интерьера....
27 11 2025 14:55:59
Узнайте, какие виды освещения могут быть использованы в жилых домах или квартирах. Особенности, специфика и классификация различных видов и режимов подсветки, какие задачи они призваны решать и где применяются....
26 11 2025 3:14:59
Tрaнcформатор для светодиодной ленты: как выбрать, какие виды трaнcформаторов бывают, как подключить - способы со схемами и фото....
25 11 2025 10:54:40
С данной главы начинается наша инструкция про то, как установить светодиодную ленту на кухне. Выполнение данной процедуры не потребует от вас профессиональных навыков и знаний электрика, поэтому вы сможете все сделать своими руками....
24 11 2025 21:52:26
Читайте, какая может быть автомобильная лампа Н1, какие эксплуатационные хаpaктеристики у разных видов этих изделий. Узнайте, у каких лампочек самый большой поток света, продукция каких производителей самая качественная. Как выбрать автолампу, учитывая ограничения по использованию ксеноновых изделий....
22 11 2025 9:23:20
Люстры на кухню — особенности выбора, как зависит от типа потолка. Разновидности современных люстр для освещения кухни, где лучше разместить. Как выбрать люстру для нестандартного помещения, нюансы освещения кухни, совмещенной с гостиной....
21 11 2025 1:40:42
Читайте здесь, как правильно подключить светодиодную ленту с датчиком движения, какие инструменты и материалы потребуются, как подобрать лед-полоску и датчик движения, какие схемы подключения бывают, как выглядит пошаговая инструкция по подключению, а также стоит ли заниматься самостоятельным ее изготовлением или лучше купить готовую....
20 11 2025 14:11:55
Как соединить диодную ленту: способы с паяльникм и без, подробные советы по соединению светодиднй ленты. Преимущества и недстатки каждого способа....
19 11 2025 19:57:50
Установка датчиков движения для освещения в последнее время приобретает все большую популярность....
18 11 2025 1:12:31
Какой выбрать светодиодный прожектор для освещения участка? Сравнение галогенного и светодиодного прожекторов. По каким параметрам нужно выбирать прожектор?...
17 11 2025 2:14:33
Установленная розетка в ванной комнате вызывает много вопросов. Ведь это влажное помещение, где возможно попадание брызг и выпадение влаги на электрооборудовании....
16 11 2025 8:48:50
Для их создания используют провод обмоточный. Расскажем о его видах и марках, особенностях и применении разных типов....
15 11 2025 1:21:29
Читайте здесь, как сделать цветы светильники из изолона своими руками, какие инструменты и материалы для этого потребуются, из каких основных этапов состоит процесс изготовления цветка, стeблей и листьев, и как правильно подсоединить шнур с выключателем и патрон для лампочки в собранный светильник....
13 11 2025 5:28:48
Освещение для бассейна — это не только способ подчеркнуть его индивидуальность, но и элемент безопасности вашего места отдыха. Поэтому данному моменту следует уделить пристальное внимание еще на стадии проектирования. После монтажа исправить что-либо будет крайне сложно, а иногда и невозможно. И здесь многое зависит от типа самого бассейна....
12 11 2025 14:48:55
Что такое реле тока? Такой вопрос часто возникает у студентов и электриков самоучек. Ответ на него достаточно прост, но в учебниках и многих статьях в интернете он содержит огромное количество формул и отсылок к разнообразным законам. В нашей статье мы постараемся объяснить, что это такое, и как оно работает буквально на пальцах....
10 11 2025 9:32:32
Узнайте, почему светодиодные лампы эффективнее и экономичнее люминесцентных. Читайте, как производится замена на разные типы светодиодных ламп, какие существуют правила и условия замены, какой порядок действий при выполнении работ....
09 11 2025 0:21:40
Рассмотрим как изготовить лайтбокс своими руками. Подробные инструкции с видео примерами прозрачных, динамических и 3D лайтбоксов на диодах....
07 11 2025 2:37:55
Узнайте, какое значение имеет подсветка витрин, ее возможности, способность привлекать покупателей и создавать эксклюзивный вид для обычной стандартной витрины. Выясните, какие существуют требования и нормы для осветительных приборов на витринах. Ознакомьтесь с порядком монтажа светодиодной ленты....
06 11 2025 20:10:55
Поэтому рассмотрим такую интересную вещь, как розетки, управляемые пультом. Расскажем, чем они отличаются от обычных разъемов, и когда следует сделать выбор в их пользу....
03 11 2025 22:12:54
Особенности организации светодиодной подсветки потолка — как это сделать своими руками. Какой плинтус выбрать, разновидности с каналом под светодиодную ленту. Монтаж плинтуса, оптимальное расстояние от плинтуса до потолка....
02 11 2025 18:36:34
Провода МГТФ получили широкое распространение во всех сферах электроэнергетики. Благодаря своим уникальным свойствам и богатому спектру выпускаемой продукции такой провод можно использовать пpaктически в любых электроустановках напряжением до 250В....
01 11 2025 10:35:45
Поэтому для быстрого и качественного результата мастеру нужен профессиональный электрический плиткорез, о котором и пойдет речь в нашей сегодняшней статье....
31 10 2025 15:54:55
Сверхяркие светодиоды — это новое поколение LED элементов, демонстрирующих увеличенную яркость свечения и повышенный уровень мощности. Они не имеют принципиальных отличий от обычных приборов, выделяясь лишь повышенными хаpaктеристиками и требованиями к условиям эксплуатации....
30 10 2025 15:45:45
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....
29 10 2025 20:19:27
Делаем светодиодную подсветку стеклянных полок, рассказываем про особенности монтажа, варианты подсветки внутри мебели, подбираем светодиодную ленту....
28 10 2025 9:15:38
Освещение в слесарной мастерской — особенности, какое должно быть, основные требования. Правила зонирования слесарных мастерских, нормы освещенности для разных зон....
27 10 2025 0:22:51
Читайте, для чего на велосипед устанавливается подсветка и какой эффект от этого ожидается в результате. Узнайте, какие могут быть использованы виды и варианты подсветки для велосипеда. Выясните, каким образом можно самостоятельно украсить свой велосипед....
26 10 2025 13:58:32
Лампа ДРЛ — что это такое? Виды ламп. Как устроена лампа? Как она работает? Правила выбора лампы. Схемы подключения лампы через дроссель и без дросселя. Как правильно проверить работоспособность лампы? Плюсы и минусы. Правила утилизации....
25 10 2025 21:46:55
В нашей статье мы рассмотрим вопрос организации освещения в ванной комнате именно с использованием светодиодных светильников. И разберем этот вопрос что называется от А до Я....
24 10 2025 15:11:20
Одним из видов высококачественного металлопроката, используемого в качестве заготовок для изготовления различных изделий и ЖБИ-конструкций, является стальная...
23 10 2025 16:12:38
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....
22 10 2025 5:17:30
Обустройство кабельной сети требует применения качественных, надежных и удобных изделий, поскольку именно так можно сгруппировать кабели, получив при этом общую...
21 10 2025 1:52:49
Сегодня Мы с Вами Обсудим Как Подключить Автомат в Щитке, в Какой Последовательности Выполнять Действия. Также Расскажем Как к Автомату Присоединить Провода...
20 10 2025 19:36:34
Как подключить датчик движения к прожектору: типовые схемы коммутации. Принцип работы и устройство датчиков для светодиодных прожекторов. Как правильно настроить после установки....
19 10 2025 2:19:20
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....
18 10 2025 13:28:50
Принцип роботы светодиодного индикатора напряжения. Необходимые материалы для сборки данной конструкции. Схема индикатора напряжения на светодиодах на 12 и 220 вольт....
16 10 2025 19:57:14
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
