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:
Потолочная подсветка светодиодными лентами: инструкция по подключению ленты на потолке. Выбор светодиодной ленты, производители....
22 03 2026 6:56:54
Интенсивность света: что это такое и для чего необходимо измерять эту величину. Единица измерения освещенности. От чего зависит и интенсивность света....
21 03 2026 9:16:36
Какой теплый пол лучше электрический или водяной? Такой вопрос часто возникает во время ремонта кухни, ванной комнаты и других помещений. Ответ на этот вопрос достаточно неоднозначен и содержит много нюансов....
20 03 2026 13:39:44
Смотрите здесь, что такое Люмен. Узнайте, как выбирать led-лампочки с учетом уровня освещенности и цветовой температуры. Особенности расчета силы светового потока светодиодов. Сравнение хаpaктеристик ЛЕД-ламп и приборов с нитью накала...
19 03 2026 18:43:32
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....
18 03 2026 21:44:16
Сегодня мы бы хотели поговорить с вами про освещение декоративное как внутри здания, так и снаружи....
17 03 2026 19:29:53
Людям, задумавшим построить или купить такой домик, в первую очередь стоит позаботиться о том, чтобы электрическая проводка в деревянном доме была выполнена по всем стандартам безопасности....
16 03 2026 0:33:40
Виды автомобильных ламп. Маркировка и типы цоколей. Таблица назначения и совместимости разъемов автоламп....
14 03 2026 2:39:45
Читайте здесь, как сделать блок питания для светодиодной ленты 12В своими руками, каковы его главные особенности и назначение, какие готовые блоки существуют и можно ли использовать модели от техники б/у, из каких этапов состоит процесс самостоятельной сборки устройства, как выглядит его схема и какие нюансы при этом нужно учесть....
13 03 2026 21:37:45
476) Рассмотрим почему птиц на проводах не бьет током...
12 03 2026 11:37:40
Люстра светодиодная с пультом управления, несомненно, украсит любой интерьер. Об их разновидностях, достоинствах и недостатках мы и поговорим сегодня...
11 03 2026 12:46:12
Узнайте, как производится замена перегоревших лампочек, установленных в приборной доске Лады Калины. Читайте, какие инструменты понадобятся для выполнения процедуры. Запомните порядок действий и возможные аналоги штатных светильников....
10 03 2026 22:13:57
Описание и разновидности люстр для натяжного потолка. Как правильно выбрать люстру. Особенности установки люстры. Как своими руками снять люстру с натяжного потолка....
09 03 2026 10:26:45
Давайте подробнее разберем, что такое люминесцентное освещение, какими преимуществами и недостатками оно обладает....
07 03 2026 18:10:39
Разбор хаpaктеристик лампочек самых популярных производителей из разных ценовых категорий. Выясним какие светодиодные лампы лучше для автомобиля....
06 03 2026 0:24:22
Большая часть хозяев квартир и домов старается перейти на автономные коммуникации. И горячее водоснабжение не исключение. Для обеспечения всех жильцов горячей...
05 03 2026 19:40:35
Читайте, что можно использовать для создания люстры на кухню своими руками. Варианты изготовления абажура. Советы и безопасность при работе....
04 03 2026 10:43:20
Настольная лампа для маникюра и критерии ее выбора: на что обратить внимание во время покупки. Особенности и назначение маникюрных ламп....
02 03 2026 0:16:50
В настоящее время сложно представить себе полноценное функционирование объекта без электричества. Как и в случае любой другой установки, необходимо поддерживать...
01 03 2026 8:54:38
Лампа с типом цоколя G4. Все про светодиодные (LED) лампочки 12V с патроном G4 для светильников. Руководство по выбору диодных (ЛЕД) ламп G4....
28 02 2026 16:58:19
Алюминиевый профиль это дорогое удовольствие. Разберем их основные свойства и попробуем сделать профиль для светодиодной ленты своими руками....
27 02 2026 0:52:28
Наиболее экономичным и эффективным способом реализации внутреннего освещения считаются светодиодные светильники. Они превосходят все альтернативные виды, демонстрируют высокую работоспособность, позволяют подбирать оптимальные режимы подсветки для помещений в соответствии с их назначением....
26 02 2026 15:33:24
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...
25 02 2026 11:33:54
Одним из видов высококачественного металлопроката, используемого в качестве заготовок для изготовления различных изделий и ЖБИ-конструкций, является стальная...
24 02 2026 8:20:47
Читайте, какое питание светодиодов можно использовать для различных видов этих источников света. Узнайте, чем линейный драйвер отличается от импульсного. Как выбрать блок питания в зависимости от параметров сети. Почему линейный драйвер можно сделать своими руками, а импульсный нет....
23 02 2026 11:33:19
Смотрите здесь, как выполнить замену сгоревшей лампы ближнего света на новую, по каким первичным признакам можно узнать, что требуется ее замена, как правильно ее выбрать и по каким параметрам, из каких основных этапов состоит процеДypa ее смены и почему новая лампочка может быстро перегореть....
22 02 2026 11:17:39
Как выбрать блок питания для светодиодной ленты 12в: расчет мощности, рекомендации специалистов, критерии выбора....
21 02 2026 18:13:18
Что такое кольцевая лампа и для чего она нужна — плюсы и минусы, чем отличается от софтбокса. Разновидности кольцевых ламп и их сравнение, как выбрать подходящую, по каким критериям. Можно ли сделать самостоятельно, что для этого потребуется....
20 02 2026 20:54:22
Сегодня нам предстоит разобраться, какие греющие кабели для труб предлагает современный рынок, и какая разновидность системы кабельного обогрева наиболее пpaктична....
19 02 2026 11:55:13
Опрессовка кабельных наконечников заключается в обжатии зачищенного кабеля или провода в специальной матрице, с помощью ручных или механических инструментов....
18 02 2026 10:29:10
Установленная розетка в ванной комнате вызывает много вопросов. Ведь это влажное помещение, где возможно попадание брызг и выпадение влаги на электрооборудовании....
17 02 2026 19:25:45
Потрeбление электроэнергии диода зависит от его мощности. Разберем основные типы светодиодов, их потрeбление, от чего оно зависит и как его определить....
16 02 2026 1:21:59
Читайте здесь, какие типы светильников для бани в парилку можно устанавливать, а от каких лучше отказаться. Смотрите, какими особенностями обладают лампы накаливания, светодиоды и оптические волокна, и какие требования и условия для их монтажа в бане нужно соблюдать....
15 02 2026 5:25:19
Читайте здесь, как сделать драйвер для светодиодов своими руками с питанием от 220 В, что он собой представляет и зачем нужен, каковы его особенности, какие при этом главные положения теории питания лед-ламп 220В нужно знать, как выглядит процеДypa изготовления драйвера своими руками – его схема и компоненты, а также вариант без стабилизатора тока....
14 02 2026 14:14:22
Узнайте, какую информацию несут обозначения на упаковке светодиодных ламп. Читайте, какие значения в них скрыты, о чем говорят те или иные параметры ЛЕД светильников. Уточните для себя, что означают наиболее важные хаpaктеристики светодиодов....
13 02 2026 12:38:11
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....
12 02 2026 10:38:16
Сколько по времени должен гореть свет в аквариуме. Что влияет на длительность работы подсветки. Интенсивность и яркость подсветки, нужно ли оставлять свет на ночь. Естественное освещение и место установки аквариума....
11 02 2026 1:39:12
Читайте, что из себя представляет светодиодная лампа Т8, чем отличается от люминесцентной. Узнайте, какие преимущества и недостатки у этих источников света. Какие критерии необходимо учитывать при выборе. Когда покупать лампу с встроенным драйвером, когда – с отдельным. Когда для подключения лучше пригласить электрика....
10 02 2026 2:15:15
Пылесос — один из старейших бытовых приборов: вот уже более ста лет они помогают людям содержать дом в чистоте. Только современные модели легче, удобнее,...
09 02 2026 10:15:12
Читайте здесь, что такое контроллер для светодиодной ленты, какое назначение он имеет в работе трехцветной лед-полоски, какие виды контроллеров существуют и чем они различаются, какие основные параметры влияют на его выбор и как правильно выполнить его подключение своими руками....
08 02 2026 14:57:31
Как сделать проводку в доме? Такой вопрос неизбежно становится перед каждым счастливым обладателем новостроя, или несчастным, решившимся на капитальный ремонт....
07 02 2026 0:53:30
Подключение светодиода к Ардуино — какие компоненты для этого понадобятся. Схема подключения к плате Arduino Nano или Uno, полярность светодиодов и ограничение по току. Как управлять, включение и выключение программно....
06 02 2026 3:14:25
Обогрев цыплят при помощи ламп — какую лучше выбрать для брудера. Виды ламп для обогрева, описание и хаpaктеристики, особенности инфpaкрасных и керамических. Преимущества использования ламп в качестве обогревателей....
05 02 2026 18:12:18
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....
04 02 2026 22:57:12
Узнайте, когда и как меняют лампочки в приборной панели ВАЗ 2114. Читайте, почему они выходят из строя и какие причины встречаются чаще всего. Выясните для себя, как выбрать подходящие светильники и порядок действий при замене....
03 02 2026 4:19:10
В этой статье мы поговорим про лампы светодиодные уличного освещения, и про то, как их можно применять и гармонично вписывать в архитектуру и ландшафт....
01 02 2026 2:35:24
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
