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:
Электрическая сушилка для полотенец уже давно и прочно вошла в обиход наших граждан. Это не только функциональное устройство, способное создать комфорт в вашей ванной комнате, а также отопительный прибор....
03 02 2026 23:12:16
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....
02 02 2026 2:30:40
Не работают фонари заднего хода: причины, по которым огни не горят, поиск и устранение неисправности....
01 02 2026 9:54:32
Читайте, какими факторами определяется срок службы светодиодных ламп. Узнайте, от чего зависит продолжительность эксплуатации светильников. Особенности выработки ими своего ресурса и методы продления работоспособности ламп....
31 01 2026 6:28:54
Светодиодное освещение в офисе: преимущества и недостатки, расчет, выбор светильников...
30 01 2026 20:44:58
Как правильно выбрать люстру на гипсокартонный потолок? Процесс монтажа люстры. Как повесить люстру на гипсокартон, если потолок уже обшит? Снятие люстры с потолка....
29 01 2026 14:53:34
Сегодня нам с читателем предстоит выяснить, может ли использоваться светодиодная лента как основное освещение. Мы ознакомимся с классификацией этих осветительных приборов, с правилами выбора ленты и с особенностями ее монтажа....
28 01 2026 8:30:24
Итак, тема нашей сегодняшней статьи - освещение в фотостудии, как оно строится, какие существуют нюансы и какие приспособления для этого нужны....
27 01 2026 12:16:34
Читайте здесь, что такое цоколь GX53, как выглядит и какие особенности конструкции контактов. Плюсы и минусы, сфера применения. Достоинства и недостатки осветительных приборов с цоколем этого типа. Особенности установки ламп....
26 01 2026 13:56:52
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....
25 01 2026 4:48:15
Светодиодные лампы для дома: советы экспертов о том, как выбрать и на какие хаpaктеристики обратить внимание. Фото и видео....
24 01 2026 14:10:53
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....
23 01 2026 21:18:55
Tрaнcформатор для светодиодной ленты: как выбрать, какие виды трaнcформаторов бывают, как подключить - способы со схемами и фото....
22 01 2026 1:11:45
Светодиодные лампы h4 — led-автолампы для ближнего света автомобилей. Правильная установка светодиодных ламп h4 в фары. Цоколи ламп h4. Как работают светодиодные лампочки....
20 01 2026 15:56:56
Сегодня мы поговорим с вами про электродвигатели переменного тока однофазные, узнаем, как они устроены и за счет каких сил приводятся в движение....
19 01 2026 0:57:41
Читайте здесь, каким должен быть светильник для влажных помещений, чем он отличается от стандартного прибора освещения, какие разновидности существуют и какие требования предъявляются к степени их защиты, как они различаются по способу монтажа, каким производителям подобных светильников можно доверять....
17 01 2026 3:25:34
Тема сегодняшней статьи – опоры освещения и схема установки. Статья носит ознакомительный хаpaктер, так как подобными работами занимаются только подготовленные специалисты, используя необходимое профессиональное оборудование....
16 01 2026 12:56:20
Читайте, чем ксенон в лампах для автомобильных фар лучше и чем хуже галогена. Узнайте, как правильно установить штатный ксенон, какой штраф за ксенон предусмотрен при нештатной установке. Как избежать наказания при замене галогена на ксенон в противотуманных фарах....
15 01 2026 22:31:55
Узнайте, что светодиод – это полупроводниковый элемент, который используется для индикации и производства осветительных приборов. Читайте, по каким признакам классифицируются диоды, излучающие свет. Какие хаpaктеристики обязательно нужно учесть при покупке, какие достоинства и недостатки у светодиодов, используемых в осветительных приборах....
14 01 2026 14:51:44
Хаpaктеристика неоновой ленты. Где применяется гибкий неон? Особенности монтажа. Как закрепить неоновою ленту? Важные правила безопасности и требования к эксплуатации. Плюсы и минусы....
13 01 2026 5:15:47
Что такое диммируемая светодиодная лента — принцип действия и хаpaктеристики. Подключение диммера к светодиодной ленте, способы монтажа и расположение. Как регулировать режим освещения, варианты....
12 01 2026 2:34:44
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....
11 01 2026 11:30:23
Технических хаpaктеристик LED диода SMD 5630. Какова мощность диодов SMD 5630? Особенности монтажа светодиодной ленты....
10 01 2026 19:57:48
Электрическая мясорубка Бош достаточно разрекламированный продукт, который одним своим именем должен убедить покупателя сделать выбор в пользу именно этого товара....
09 01 2026 20:53:50
Подключение люстры своими руками. Как правильно подключить китайскою люстру. Схема и процесс подключения люстры. Меры безопасности....
08 01 2026 12:34:31
Подсветка телевизора светодиодной лентой своими руками: подробное руководство по монтажу лед-подсветки за телевизором. Фото, схемы....
07 01 2026 4:59:27
Как самостоятельно включить светодиод в сеть 220 вольт? Перечень способов и схемы подключения светодиодов. Безопасность при подключении....
06 01 2026 12:32:22
Диммер для светодиодных ламп и критерии выбора: применение и принцип работы, совместимость со светодиодными лампами, преимущества использования....
05 01 2026 20:31:58
Обустройство уличного освещения, монтируемого на столб, это стандартное решение, поскольку так можно правильно придать территории света и уюта. Но сами...
04 01 2026 6:35:38
134) Скрытые розетки для кухни: как установить правильно...
03 01 2026 10:37:41
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....
02 01 2026 12:12:58
Узнайте, для чего делается подсветка ручек автомобильных дверей. Выясните, какие светодиоды для этого подходят, что необходимо приготовить для выполнения работ и какие действия следует произвести при монтаже подсветки....
01 01 2026 22:15:49
Правила пользования люминесцентными лампами. Сколько ртути в люминесцентной лампе? Ликвидация последствий от разбитой лампы. Что делать категорически нельзя? Проявления отравления ртутью....
31 12 2025 11:37:48
Фитолампы для ускорения роста растений известны давно, но Sony предложили революционное освещение, дающее ускорение роста травы в шесть раз!...
30 12 2025 4:39:27
Большинство людей, вне зависимости от рода занятий, знают, что такое кабель и провода. Но мало кто задумывается о том, как эти изделия можно использовать в быту...
27 12 2025 7:45:23
Читайте, как отрезать светодиодную ленту различной конструкции. Узнайте, чем отличается стандартная светодиодная полоса от установленной в силикон. Как поступить, если на плате нет линии, указывающей место разреза. Что кроме разрезания на отрезки важно при самостоятельном монтаже освещения или подсветки....
26 12 2025 19:43:37
Подключение трехклавишного выключателя: конструкция и принцип работы. Как правильно соединить провода для трехклавишного выключателя света в распределительной коробке. Инструменты и материалы для монтажа....
25 12 2025 12:14:20
Читайте здесь, как выполнить замену лампы ближнего света на автомобиле Ниссан Кашкай 2012 года, по каким первым признакам можно узнать, что требуется ее замена, из каких основных этапов состоит процеДypa снятия, установки и регулировки фар, и по каким причинам может произойти повторное перегорание....
24 12 2025 4:15:52
Читайте, как самостоятельно снять люстру с потолка в квартире. Какие инструменты используются для демонтажа и замены потолочного светильника. Инструкция, как убрать старую и поменять люстру самому....
23 12 2025 7:27:49
Заземляющий провод является одним из неотъемлемых элементов любой электроустановки. Его основное назначение - защита от косвенного прикосновения к частям электроустановки, находящимся под напряжением....
22 12 2025 12:35:26
Розетка для подключения электроплиты может стать определенной проблемой во время ремонта кухни. Поэтому дабы снять все вопросы в нашей новой статье мы решили рассмотреть все вопросы, связанные с ее монтажом, правилами установки и эксплуатацией....
20 12 2025 4:38:19
Сегодня мы погрузимся в мир теоретики, подтвержденной, естественно, пpaктикой, и будем вспоминать, а кто-то может и узнавать, как устроен генератор постоянного тока....
19 12 2025 8:56:15
Читайте об основных способах крепления люстры к потолку. Плюсы и минусы разных вариантов. Как не запутаться в проводах. Что учесть, если нужно повесить тяжелый потолочный светильник. Особенности монтажа на бетонное основание, гипсокартонное и натяжное покрытие....
18 12 2025 8:30:36
Дневные ходовые огни: полная информация о ДХО. Что это такое, принцип работы, как выбрать и подключить в своем автомобиле....
17 12 2025 12:42:40
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
