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:
45) Проводка в частном доме: как сделать правильно...
23 08 2026 23:30:23
Фонари на улице и шкаф управления уличным освещением видели все. О том, что это оборудование предназначено для комфортного и безопасного перемещения по улицам все знают....
21 08 2026 4:58:44
Идеи для оптимального освещения в гостиной и зала. Использование света и подсветки в дизайне комнаты в современных стилях. Варианты размещения потолочных, настенных светильников в квартире. Особенности выбора приборов для натяжного потолка. Как самому сделать красивое оформление светом....
20 08 2026 8:57:45
Читайте здесь, как происходит замена лампы ближнего света Рено Меган 2 своими руками, какие лампы для этого подойдут, каковы главные особенности процедуры, как выполнить ее через отверстия в подкрылках и моторный отсек....
19 08 2026 5:58:14
Качественные и количественные показатели освещения представляют собой набор параметров, которые суммарно обеспечивают высококачественное освещение в любом помещении. В нашей статье мы подробно познакомимся со всеми из них, и оценим их влияние на различные системы освещения....
18 08 2026 13:58:57
Уполномоченный в столице по вопросам судэкспертизы, кадастровой стоимости недвижимости и способах ее оспаривания Кирилл Кулаков утверждает, что рост рыночных...
17 08 2026 6:19:27
Узнайте, как правильно подобрать кабель питания для светодиодной ленты. Читайте, какое нужно сечение провода, как его рассчитать и что от него зависит. Уточните для себя особенности пайки или механического соединения компонентов подсветки....
16 08 2026 6:21:27
Что такое корректор фар и как он работает? Что нужно для установки корректора фар своими руками? Преимущества и недостатки....
15 08 2026 4:14:22
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....
14 08 2026 14:57:27
Лампа с типом цоколя G4. Все про светодиодные (LED) лампочки 12V с патроном G4 для светильников. Руководство по выбору диодных (ЛЕД) ламп G4....
12 08 2026 3:44:22
Читайте об особенностях и хаpaктеристиках цоколя Е14. В чем его отличия от детали лампочек E27. Какие бывают лампы с этим типом контакта и где они применяются: свойства и параметры. Преимущества и недостатки использования....
11 08 2026 19:18:36
При ремонте и перепланировке квартиры достаточно часто возникает вопрос: «Как из выключателя сделать розетку и наоборот?». Как известно нечего невозможного нет и если вы хотите выполнить такую рокировку, то мы вам с удовольствием в этом поможем. Ведь в этом нет нечего сложного, главное в точности следовать нашим рекомендациям....
10 08 2026 15:52:54
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....
09 08 2026 3:40:29
Какой принцип работы рассеивателя света? Какие материалы подойдут лучше всего при изготовлении светорассеивателя своими руками?...
08 08 2026 1:10:33
Нормы освещенности и стандарты: нормативные документы по СП 52.13330.2011 и СНИП 23-05-95. Понятие минимальной нормированной освещенности и ее значение для различных видов помещений. Сравнение европейских норм освещенности с российскими....
07 08 2026 17:54:43
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....
06 08 2026 23:13:50
Прочитайте, в чем заключаются основные особенности параллельного и последовательного подключений светодиодов. В каком случае используется тот или иной вид соединения, какие составляющие нужны для сбора цепей. Какие ошибки допускают при сборке....
05 08 2026 12:11:42
Как вы думаете, может ли использоваться светодиодная лента как основное освещение жилой комнаты?...
04 08 2026 1:37:46
На рынке представлено огромное количество указателей скрытой проводки с разным функционалом и широким спектром допфункций. О том какой из них выбрать, мы и поговорим....
03 08 2026 4:11:59
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....
02 08 2026 17:46:23
Провод типа ВВГ нашел широкое применение в промышленности и на бытовом уровне. Достичь этого удалось за счет широкой номенклатуры модификаций кабеля....
01 08 2026 12:36:34
Смотрите здесь, как выполнить регулировку датчика движения для включения света своими руками, какие основные параметры нуждаются в настройке. Как самостоятельно выполнить его прострaнcтвенное позиционирование. Основные рекомендации по выбору места установки, подключению и монтажу....
31 07 2026 15:43:47
Читайте, как правильно паять светодиодную ленту, когда без использования коннекторов не обойтись, какие способы и порядок пайки существуют, какой для этого понадобится инструмент и какие при этом могут быть допущены ошибки....
30 07 2026 16:19:58
Узнайте, чем 3014 SMD отличаются от других чипов, используемых для изготовления модулей для освещения и подсветки. Узнайте, как подключать к питанию ленты и отдельные светодиоды. Как рассчитать параметры сопротивления и других элементов схемы. Как проверить работоспособность 3014 SMD в домашних условиях....
29 07 2026 15:36:19
Узнайте, как можно организовать подсветку компьютерного стола и какие для этого потребуются светильники. Читайте, что следует учесть при выборе приборов, как распределить потоки света по рабочей площади. Уточните, в чем преимущества светодиодных устройств перед другими видами подсветки....
28 07 2026 15:22:25
Какие требования к ДХО. Правила ПДД по ходовых огнях на автомобиле. Как правильно установить ДХО на автомобиль по правилам....
27 07 2026 16:32:50
Смотрите здесь электрическую схему драйвера для прожектора led на 50 w. Причины перегорания матрицы. Ремонт светодиодного прожектора на 50 ватт. Как сделать LED-прожектор своими руками....
26 07 2026 14:44:31
Светодиодная лента SMD 5050 - основные параметры, применение, советы по подключению и использованию....
25 07 2026 15:15:25
Решили облагородить садовую дорожку или придомовую территорию, но никак не можете определиться с материалом для укладки? Тогда обратите внимание на брусчатку....
24 07 2026 16:29:28
Читайте про линейные и импульсивные блоки питания для светодиодных светильников. Узнайте, по каким критериям классифицируется это оборудование. Как выбрать и сделать своими руками блок питания для светодиодного осветительного прибора. Какие производители поставляют самое качественные драйверы и блоки для светодиодов....
23 07 2026 11:15:12
История электрического освещения уходит корнями в позапрошлый век. В начале 18 столетия обнаружили, что за счет нагревания различных материалов электроэнергией можно получить яркий свет....
22 07 2026 4:13:55
Люстра "Паук" состоит из центрального кронштейна, от которого по бокам отходят «лапки», с лампочками на концах. Ветви могут быть как обычными шнурами...
21 07 2026 20:39:51
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....
20 07 2026 12:32:54
О том, какие лампы освещения для растений сегодня применяются, в чем особенности их выбора и подключения подробно расскажет наш сегодняшний материал....
19 07 2026 11:47:10
Сморите здесь, как правильно организовать подсветку пола самостоятельно. Читайте, какие светильники подойдут для системы, можно ли использовать датчик движения: основные требования к приборам и варианты их установки....
18 07 2026 5:13:43
Технических хаpaктеристик LED диода SMD 5630. Какова мощность диодов SMD 5630? Особенности монтажа светодиодной ленты....
17 07 2026 3:58:15
Прокладка электропроводки на освещение задача далеко не такая простая, как многим кажется. Тут стоит вспомнить только тот факт, что более половины пожаров в нашей стране случается из-за коротких замыканий в проводке. И если вы не хотите собственноручно спалить свой дом, то следует выполнить целый ряд правил монтажа....
14 07 2026 6:25:53
Читайте здесь, почему при включении света взрываются лампочки в люстре. Как установить причину того, что часто лопают и перегорают лампы накаливания в кваритре. Проверяем проводку, патрон и другие элементы....
12 07 2026 10:44:24
Выясните, что собой представляет умное освещение, являющееся частью системы управления «Умный дом». Узнайте, что собой представляет данная технология, каков ее функционал и в чем заключаются ее основные преимущества....
11 07 2026 13:26:56
Читайте здесь, как своими руками изготовить светильник из бутылки, какие его виды бывают и где они используются, как своими руками сделать ночник, лампу и настенное бра из бутылки, какие материалы и инструменты для этого потребуются и как выглядят этапы их сборки....
10 07 2026 14:15:37
Естественное освещение помещений является обязательным пpaктически для всех жилых и производственных зданий....
09 07 2026 14:39:26
Как соединить одножильный и многожильный провод так, чтоб в дальнейшем это не привело к проблемам, а контактное соединение служило нам не один год? Да и вообще, как правильно выполнять соединения различных видов проводов? На все эти вопросы мы постараемся ответить в нашей статье, а также разберем, с чем связаны такие правила, и какие опасности скрываются за неправильным соединением....
08 07 2026 18:10:46
Светодиодное освещение в сауне недопустимо. Такие слова вы наверняка слышали на многих тематических форумах, да статьях на этом сайте так же найдётся подобное утверждение....
07 07 2026 15:47:12
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....
06 07 2026 8:16:26
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
