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:
Одним из видов высококачественного металлопроката, используемого в качестве заготовок для изготовления различных изделий и ЖБИ-конструкций, является стальная...
17 12 2025 15:10:11
Как правильно сделать электрическую проводку? Такой вопрос часто возникает во время ремонта или строительства собственного жилья....
16 12 2025 20:41:41
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....
15 12 2025 5:52:19
Читайте, как можно подключить светодиодную подсветку к компьютеру. Узнайте, какие существуют способы крепления ленты, как обеспечить ее питание от разных источников. Уточните для себя состав инструментов и материалов, необходимых для выполнения монтажных работ....
14 12 2025 13:57:40
Читайте, что такое COB LED, чем отличается от светодиодов SMD. Узнайте, как эти модули производятся, какими преимуществами обладают. Какие у СОВ-модулей технические и оптические хаpaктеристики, что необходимо учесть при работе с ними. На какие критерии следует обратить внимание при покупке....
13 12 2025 2:28:37
Создать бегущую строку без знания основ программирования микроконтроллеров пpaктически нереально. Предлагаю вам бюджетное решение на базе Ардуино....
12 12 2025 15:55:23
Схемы аварийного освещения для различных помещений в значительной степени отличаются. Это зависит от их размеров, мощности системы аварийного освещения и, собственно, требований к самому освещению....
11 12 2025 10:21:58
В последнее время белорусские электрические мясорубки пользуются у наших сограждан все большим вниманием....
10 12 2025 7:53:59
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....
09 12 2025 7:28:46
Читайте здесь, что такое светодиодная подсветка из светодиодной ленты и какими главными параметрами она хаpaктеризуется. Как сделать светодиодную подсветку своими руками. Основные правила и схемы подключения для одноцветных и RGB-лент. В каких случаях нужен радиатор и что использовать в качестве его основы....
08 12 2025 9:20:47
Читайте здесь, как выбрать светодиодный прожектор. Что это такое и на что обязательно обратить внимание при покупке. Рейтинг популярных моделей для освещения улицы или двора. Как подобрать качественный вариант....
07 12 2025 17:34:16
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....
06 12 2025 10:26:15
Светодиодные лампы для дома: советы экспертов о том, как выбрать и на какие хаpaктеристики обратить внимание. Фото и видео....
05 12 2025 22:16:58
Читайте здесь, что такое КПД светодиода, как его измерить и улучшить, как с помощью домашнего колориметра провести опыт по его подсчету для любого светодиода, как соотносится яркость и мощность, почему может ухудшиться КПД и какими образом можно его повысить....
04 12 2025 8:10:14
Как правильно выбрать люстру на гипсокартонный потолок? Процесс монтажа люстры. Как повесить люстру на гипсокартон, если потолок уже обшит? Снятие люстры с потолка....
03 12 2025 9:10:22
Сегодня мы расскажем вам много интересного про уже давно изобретенные машины постоянного тока, которые до сих пор пpaктически ни в чем не изменились....
02 12 2025 5:26:21
Хаpaктеристика неоновой ленты. Где применяется гибкий неон? Особенности монтажа. Как закрепить неоновою ленту? Важные правила безопасности и требования к эксплуатации. Плюсы и минусы....
01 12 2025 23:23:22
Лампа от желтушки — что это такое? Принцип работы лампы от желтухи. Как подобрать лампу? Показания и противопоказания к применению лампы. Как долго можно лечиться лампой? Возможные последствия. Как быстро снижается билирубин?...
29 11 2025 18:44:46
При этом очень важно знать, какая нужна первая помощь при поражении электрическим током....
28 11 2025 19:42:30
Как Создается Освещение Загородного Участка? Чем Так Хороши Светодиодные Ландшафтные Светильники? Как Их Выбрать? Ответы На Вопросы Даны в Статье...
27 11 2025 9:38:46
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....
26 11 2025 1:21:14
Узнайте, как выглядит схема подключения для двойного выключателя. Статья содержит всю необходимую информацию о монтаже, технике безопасности и устройстве двухклавишного коммутатора. Описывается соединение двух источников освещения с одним выключателем....
25 11 2025 16:23:33
Адресная светодиодная лента — что это такое, технические хаpaктеристики, область применения. Варианты управления, правила подключения и частые ошибки. Как проверить на работоспособность, можно ли обойтись без Ардуино....
24 11 2025 15:56:57
Итак, тема сегодняшнего повествования – это история освещения, как она есть, с озвучиванием фактов и дат, за которыми кроются великие открытия и неустанный труд великих изобретателей....
23 11 2025 21:27:11
Сегодня мы поговорим о такой сложной и интересной теме, как проектирование освещения в музеях. Очень важно, чтобы от воздействия светового излучения, никак не пострадали раритетные экспонаты, о чем мы и поговорим в этой статье....
22 11 2025 6:38:28
Свет солнца – это не только источник жизни для всех живых организмов на Земле, но и важный фактор, влияющий на выполнение работы, отдых и т.д. Чтобы обеспечить комфортную обстановку в доме или квартире...
21 11 2025 8:39:17
Ищем способы, как повесить люстру с планкой на крюк. Способы крепления к бетонному потолку. Как правильно вешать на крючок: пошаговая инструкция. Как крепить светильник без крюка. Правила безопасности и полезные советы....
20 11 2025 10:35:10
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....
19 11 2025 16:18:47
Узнайте, какими качествами и особенностями обладает светодиодная лента SMD 3528. Уточните для себя технические хаpaктеристики и конструкционные варианты, выясните, чем она отличается от более современного типа ленты SMD 5050....
18 11 2025 11:24:31
Мы используем пылесос почти ежедневно. И как же огорчаемся, когда техника отказывается «слушаться»: не включается, плохо втягивает мусор, гудит или издает...
17 11 2025 15:22:47
Классификация производственных помещений по опасности поражения током придумана не просто так. Ее цель - создать безопасные условия труда, и нахождения в помещении за счет установки соответствующего оборудования и применения в данных помещениях только строго определенных средств производства. Поэтому, дабы не путаться в данном вопросе, давайте разберем классификацию более детально, а также определимся с аспектами, на которые она влияет....
16 11 2025 17:11:31
Узнайте, какими преимуществами и достоинствами обладают светодиодные офисные светильники. Чем они отличаются от других видов, насколько предпочтительнее и удобнее в офисных помещениях. Особенности, порядок расчета и основные параметры....
15 11 2025 15:36:27
Что нужно для регулировки противотуманных фар? Как правильно регулировать ПТФ своими руками....
14 11 2025 0:34:48
Можно ли провести розетку от выключателя и выключатель от розетки, как это проще реализовать и на что обратить внимание? Именно на эти вопросы мы постараемся ответить в нашей статье....
11 11 2025 7:53:26
Солнечная батарея своими руками: преимущества и недостатки самодельных изделий. Пошаговая инструкция по самостоятельному монтажу. Разновидности солнечных батарей. Какие инструменты и материалы необходимы....
10 11 2025 6:45:24
Как работает датчик движения: классификация и основные хаpaктеристики устройств. Сферы применения и критерии выбора датчиков движения. Достоинства и недостатки разных типов датчиков....
09 11 2025 6:36:47
Читайте, чем филаментная лампа отличается от обычной светодиодной и лампочки с нитью накала. Узнайте, какая у нее конструкция, достоинства и недостатки. Какие производители производят новую продукцию, по какой цене продают. Результаты тестирования и критерии выбора....
08 11 2025 11:43:38
Как сделать герметичное соединение проводов Способы соединения проводов и кабелей Соединение проводов. Колпачки СИЗ Основные типы клемм для соединения...
06 11 2025 5:43:15
Смотрите все технические хаpaктеристики ламп днат на 400 Вт. Световой поток – 47000 Лм, цветовая температура – 2000 К, срок службы от 12000 часов. Как правильно подключить лампу: схема подключения с конденсатором....
05 11 2025 21:58:46
Освещение места работы — как влияет на человека, какие применяются виды. Требования к естественному освещению рабочего места. Нормы освещенности для рабочих мест в зависимости от типа помещения, таблица....
04 11 2025 4:33:27
Как известно, в любых электрических системах именно качественное соединение обеспечивает пpaктически 90% надежности. Поэтому, в нашей статье мы решили разобрать существующие виды наконечников для опрессовки, их достоинства и недостатки, и, конечно, сферу применения....
03 11 2025 16:12:17
В нашей статье мы постараемся рассмотреть все нюансы выбора правильного освещения для детской, а также уделить внимание общим вопросам организации электрической сети в этой комнате....
01 11 2025 1:40:35
Сегодня нам с уважаемым читателем предстоит выяснить, насколько пpaктична проводка в электрических плинтусах....
31 10 2025 15:50:51
Провод для прогрева бетона ПНСВ получил широкое распространение в строительстве. В отличие от других проводов его основное назначение не передача электрической энергии, а нагрев участков бетона в которые он укладывается....
30 10 2025 5:35:57
ПВС провод - это гибкий медный провод со скрученными жилами имеющий поливинилхлоридную изоляцию и такую же оболочку. Достаточно часто его путают с ПВСП проводом....
29 10 2025 19:44:38
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
