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:
Бактерицидная лампа — что это такое? Хаpaктеристика и разновидности. Зачем используют лампу? Инструкция по применению и правила безопасности. Плюсы и минусы лампы....
14 12 2025 3:13:47
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...
13 12 2025 8:26:10
Диммеры для светодиодных ламп: полная информация о диммируемых светодиодных лампах, способах подключения, видах диммеров....
12 12 2025 23:27:41
Узнайте, какие лампы устанавливаются в фары головного света Шевроле Круз. Ознакомьтесь с известными производителями и популярными моделями светильников. Читайте, как производится замена ближнего света Chevrolet Cruze....
11 12 2025 9:56:55
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....
10 12 2025 13:35:48
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....
09 12 2025 8:10:44
При этом очень важно знать, какая нужна первая помощь при поражении электрическим током....
08 12 2025 11:26:14
Оформление интерьера светодиодными светильниками считается популярным решением, поскольку именно так обеспечивается красота, пpaктичность, надежность и прочие...
06 12 2025 13:22:30
Хаpaктеристика и виды фонарей. Преимущества и недостатки. Зачем нужен ультрафиолетовый фонарик? Правила выбора фонарика. Можно ли сделать своими руками?...
05 12 2025 21:48:35
Читайте, как правильно самостоятельно собрать, повесить на потолок и подключить люстру. Различные варианты крепления и схемы подключения светильника. Рекомндации и видео по сборке и монтажу....
04 12 2025 12:38:39
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....
03 12 2025 5:53:18
Смотрите идеи и читайте инструкцию, как сделать люстру из дерева своими руками. Варианты самодельных потолочных светильников под старину, из веток, фанеры. Много фото оригинальных деревянных изделий, которые можно создать в домашних условиях....
02 12 2025 12:33:17
Подробно о световом потоке, прочих технических хаpaктеристиках и области применения ДНаТ 150 Вт. Особенности подключения, плюсы и минусы источника света. Специфика газоразрядных ламп низкого давления....
30 11 2025 22:31:34
Прочитайте, каким образом производится определение рабочих хаpaктеристик неизвестных светодиодов. Узнайте, для чего это может понадобиться и какими способами проще всего получить нужную информацию. Наиболее распространенные и доступные методики проверки хаpaктеристик....
29 11 2025 21:46:11
Читайте об особенносятх устройства и эксплуатации светодиодных прожекторов с датчиком движения. Плюсы и минусы уличного led-светильника для поддержания освещенности. Инструкция и схема подключения и установки....
28 11 2025 1:19:15
Узнайте, как выбрать светильники для натяжных потолков. Что нужно учитывать при выборе, какие лампы бывают и как их правильно размещать....
27 11 2025 16:14:32
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....
26 11 2025 11:39:57
Если вы собрались монтировать теплый пол электрический под плитку и какой лучше не можете определить, то наша статья для вас. Мы постараемся разобрать все имеющиеся модели электрических теплых полов и подобрать вариант идеально подходящий под ваши условия и требования....
24 11 2025 3:20:14
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....
23 11 2025 3:40:12
Читайте здесь, как происходит замена галогеновых ламп в люстре на светодиодные. Как правильно переделать светильник, чтобы заменить галогенки на светодиоды. Какие еще лампочки можно использовать....
22 11 2025 20:55:55
Полная информация о цветовой температуре светодиодных и других ламп. Таблица температуры света в Кельвинах: 2700K, 3000K, 4000K, 5000K и др....
21 11 2025 1:27:51
Потребители сегодня все чаще в домах и квартирах делают подвесные или натяжные потолки. Они имеют ряд неоспоримых преимуществ, а также благодаря им можно...
20 11 2025 6:49:46
Узнайте, какие неисправности светодиодной ленты являются наиболее распространенными. Уточните для себя, как производится проверки работоспособности и локализация возникших неполадок. Читайте, какими методами можно решить проблему и отремонтировать ленту....
19 11 2025 7:25:21
Сегодня нам предстоит разобраться, как организовать обогрев трубопроводов греющим кабелем. Мы выясним, какой именно кабель стоит приобрести, как подобрать его мощность и как правильно установить кабельную систему обогрева....
18 11 2025 14:28:53
Читайте здесь, как сделать подсветку штор светодиодной лентой, какие варианты подсветки существуют и чем они различаются, из каких основных этапов состоит ее монтаж, как правильно подключить трaнcформатор и лед-полоску к сети, а также какие нюансы крепления ленты нужно учесть....
17 11 2025 22:48:26
Кривая силы света относится к обязательным критериям, которые производители указывают на упаковке светильников. Причем для разных типов оборудования обозначения различаются. Поэтому стоит разобраться в основных особенностях, чтобы понимать, что подразумевается под термином и что обозначает та или иная маркировка....
16 11 2025 16:39:11
Узнайте здесь, как выбрать лампу для комнатных цветов. Читайте, какие факторы следует учитывать при выборе осветительного устройства для разных видов растений. Особенности создания фитолампы из светодиодной ленты...
15 11 2025 3:36:24
Как соединить два алюминиевых провода между собой? Казалось бы, достаточно бaнaльный вопрос, но и здесь первый приходящий на ум ответ не всегда верен....
13 11 2025 21:27:54
Читайте здесь, что такое блок защиты для светодиодных и энергосберегающих ламп, каковы основные причины перегорания лампочек, как лучше защитить их от скачков напряжения в бытовой сети, а также какими основными параметрами хаpaктеризуются блоки защиты, как их правильно подобрать и установить....
12 11 2025 5:53:28
Делаем правильную светодиодную подсветку для комнатных растений своими руками. Подбор светодиодной ленты, расчет блока питания....
11 11 2025 17:57:38
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....
10 11 2025 6:41:22
Прокладка электропроводки в ванной комнате дело хоть и не тяжелое, но достаточно ответственное. Ведь это помещение относится к особо влажным....
09 11 2025 17:11:35
Читайте, в чем состоят особенности конструкции светодиодов мощностью 3 ватта. Узнайте, его технические хаpaктеристики, специфические качества элементов и схему подключения светильников....
08 11 2025 20:32:19
Освещение в салоне красоты — какую роль играет, требования, нормы и рекомендации. Профессиональное освещение салона красоты по зонам, виды применяемых ламп. Типичные ошибки, допускаемые при организации освещения....
07 11 2025 7:21:35
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....
06 11 2025 8:30:52
Публикация посвящена трековым системам освещения. Мы узнаем их конструкционные особенности, классификацию, возможности применения в интерьерах и много чего еще интересного....
05 11 2025 17:20:46
Читайте, какой коэффициент пульсации может быть у светодиодных ламп, при каких условиях он увеличивается и снижается. Узнайте, как измеряется и рассчитывается этот показатель. Какое отрицательное воздействие на организм оказывает мерцание. Что нужно делать, чтобы светодиодные лампы перестали мерцать....
04 11 2025 9:10:54
Как и какие расположить розетки на кухне, для удобства пользования ими, соблюдая при этом правила безопасности, подскажет статья....
03 11 2025 4:22:35
Самонесущие изолированные провода СИП в последнее время приобретают все большую популярность....
01 11 2025 21:17:52
Почти каждый настоящий домашний мастер имеет навыки электромонтера, поэтому прокладку электропроводки в новом доме или квартире многие не доверяют никому, а делают своими руками. Первый этап - это сделать проект и определить, сколько и какого провода и фурнитуры нужно закупить. Постараемся рассказать, как сделать расчет электропроводки в доме....
30 10 2025 22:54:35
Особенности монтажа уличных светильников — как правильно подводить электропитание. Монтаж ландшафтных светильников, фасадного и уличного освещения, какие провода следует использовать. Пошаговая инструкция по подключению своими руками, схема....
29 10 2025 17:41:36
Узнайте, как разместить точечные светильники на кухне. Как подобрать споты, какие бывают и какие лучше использовать. Варианты размещения света на потолке....
28 10 2025 13:57:45
Ультрафиолетовая лампа для красноухой и сухопутной черепахи — особенности, для чего нужна, какое влияние оказывает на питомцев. Типы ультрафиолетовых ламп, какую лучше выбрать, требования. Время работы лампы, расположение, вредны ли человеку....
27 10 2025 22:52:36
Читайте здесь, какие нормы освещенности существуют для рабочего места, офисных помещений, на производстве, в складских комплексах, на охраняемых территориях и объектах, в жилых домах и на детских площадках и какие документы их регламентируют....
26 10 2025 23:51:36
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
