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:
Устройство подсветки напольного покрытия — нюансы, основные требования, варианты конструкций. Правила выбора светильников для подсветки пола, где в квартире можно сделать. Описание процесса монтажа подсветки в плинтусе....
12 12 2025 2:59:20
Читайте здесь, как своими руками спланировать схему и сделать парящий потолок из гипсокартона с подсветкой. Вариант конструкции без подсветки....
10 12 2025 11:30:58
Читайте здесь, что такое светодиодная лампа с датчиком движения, каково его назначение, принцип действия и конструкция, какие виды существуют, как выглядит ТОП-список их производителей, а также каковы главные особенности монтажа моделей с выносным и встроенным датчиком....
09 12 2025 17:14:19
Одной из основных причин этого является неправильное освещение растений, нарушение светового режима. Свет необходим им для построения первичных органических веществ, и если их не хватает, растение чахнет....
08 12 2025 10:58:18
Узнайте, как можно использовать понижающий трaнcформатор в качестве источника питания для светодиодных ламп. Читайте, какими особенностями он обладает, выясните для себя достоинства и недостатки такого варианта конструкции....
07 12 2025 13:30:32
Узнайте, что такое подсветка для унитаза, как она работает и устанавливается. Читайте, чем полезен датчик движения, какими возможностями он обладает. Запомните, как выбирать подходящий прибор и в каких странах их чаще всего производят....
06 12 2025 21:34:30
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....
05 12 2025 12:49:30
На данный момент варианты освещения ванной комнаты достаточно широко представлены в сети интернет. Но к сожалению, далеко не все из них отвечают не только нормам освещения....
03 12 2025 2:50:56
Читайте здесь, какая лампа ближнего света стоит на Газели версий 1994 – 2002 гг. и 2003-2010 гг. выпуска, Бизнес и Некст, какие их лучшие модели для замены сегодня существуют и чем они различаются, а также что нужно учесть при их замене в каждой конкретной модели автомобиля....
02 12 2025 0:58:55
Именно по этой причине мы решили выпустить статью про современные лампы освещения. Мы рассмотрим их классификацию, назовем основные принципы функционирования, не забыв указать на отдельные преимущества и недостатки....
01 12 2025 15:41:48
Как правильно сделать электрическую проводку? Такой вопрос часто возникает во время ремонта или строительства собственного жилья....
30 11 2025 9:59:34
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....
29 11 2025 4:33:28
Узнайте, что представляет собой регулятор света, каковы особенности его конструкции и принцип работы. Выясните, где наиболее часто применяются приборы этого вида. Классификация диммеров. Основные преимущества и недостатки устройств с регулировкой....
28 11 2025 4:43:11
Аккумуляторы общего назначения обычно дешевле других. Они самые распространённые на современном отечественном рынке. Помимо того, почти все импортируемые в...
27 11 2025 20:36:44
Все о сравнительных хаpaктеристиках светодиодов. Рассмотрим, какими они бывают по напряжению, параметры их мощности и виды маркировок. Узнайте, какие светодиоды применяются в лампах освещения, а какие в индикаторах....
25 11 2025 7:44:51
Читайте здесь, что такое линзы для светодиодов, каков их принцип действия и назначения, какие виды увеличительных стекол применятся сегодня для лед-светильников, какие их модели устанавливаются на автомобильную оптику, чего изготавливаются и как собрать оптическую систему на их основе своими руками....
24 11 2025 1:19:16
Розетка с USB портом в последнее время завоевывает все большее признание во всем мире. Ведь после принятия соответствующего стандарта в 2011 году все мобильные устройства в Европе должны иметь возможность зарядки от данного разъёма....
23 11 2025 7:56:28
Уполномоченный в столице по вопросам судэкспертизы, кадастровой стоимости недвижимости и способах ее оспаривания Кирилл Кулаков утверждает, что рост рыночных...
22 11 2025 10:11:51
Выражение «лампочка Ильича» уже столетие как вошло в разговорный обиход, наравне с «яблоком Ньютона» или «пирамидой Маслоу»....
20 11 2025 8:50:53
Читайте здесь о требованиях к контейнерам для сбора, хранения и трaнcпортировки отработанных ртутных (ртутьсодержащих) ламп. Особенности тары и утилизации отходов....
19 11 2025 13:58:18
Выясните у нас, почему моргает светодиодный прожектор во включенном состоянии и при выключении. Распространенные причины неисправности. Как починить диодный источник света, который мигает....
18 11 2025 17:58:11
Как вешать гирлянду на окно и стену в квартире — основные способы крепления, чем можно к обоям. Идеи для декора, варианты красивого оформления, техника безопасности при работе с гирляндами....
17 11 2025 13:55:46
Узнайте, как поменять люминесцентную лампу. Выясните, что нужно знать о типе светильников и цоколей, и какие инструменты могут понадобиться в ходе работ....
16 11 2025 19:50:23
Схема и инструкция параллельного и последовательного соединения. Применение в быту. Преимущества и недостатки параллельного соединения. Как не допустить ошибок?...
15 11 2025 21:37:44
Читайте, какие хаpaктеристики диода важны для обеспечения его нормальной работы. Узнайте, что вызывает пробой перехода, когда отрицательные последствия можно нейтрализовать. Что необходимо делать, чтобы электроприборы с диодами служили дольше....
14 11 2025 16:50:35
Правильная организация освещения на кухне — основные требования и нормы. Особенности общего света на кухне, нюансы для кухонь большой и маленькой площади. Организация местного и точечного освещения, выбор декоративной подсветки....
13 11 2025 15:30:29
Как выбрать болгарку? Чтобы была безопасна и при этом максимально функциональна?...
12 11 2025 6:17:40
Особенности и правила организации потолочного плинтуса с подсветкой. Какой выбрать и как установить. Порядок монтажа плинтуса со светодиодной подсветкойи подключение проводки....
11 11 2025 10:24:12
Статья подскажет, какие и как использовать розетки для кухни выдвижные....
10 11 2025 5:47:31
Розетки с дистанционным управлением Как выбрать розетки Розетки с таймером Установка розеток. Как правильно Подключение двойной компьютерной (internet) розетки...
09 11 2025 13:22:59
Сегодня мы вам подробно расскажем о фонарях уличного освещения на солнечных батареях, их видах и хаpaктеристиках. Также вы узнаете какие предъявляют требования к ним...
08 11 2025 8:14:39
Хаpaктеристика неоновой лампы. Чем холодный неон отличается от обычного? Особенности работы неоновой лампы. Сфера применения. Схемы подключения и питания. Можно ли получить разный спектр свечения...
07 11 2025 3:37:36
Освещение в зале большой площади требует особого подхода. Так, один из важнейших документов в этом вопросе СНиП 23-05-95 разделяет эти помещения на три группы....
05 11 2025 7:22:18
Читайте, как правильно повесить люстру на гипсокартонный потолок. Какие существуют способы и типы крелпения для потолочного светильника на гипоскартон. Как подвесить тяжелую модель....
04 11 2025 4:36:27
Читайте здесь, что такое драйвер для светодиодных светильников, каково его назначение и сфера применения, каков принцип работы и главные хаpaктеристики, какие его разновидности существуют, как выглядит классическая схема и каковы правила его выбора....
03 11 2025 13:14:36
Узнайте, какие особенности ламп ближнего света имеются у автомобилей Форд Фокус разных годов выпуска. Выясните, какие модели ламп наилучшим образом подходят для установки в ближний свет, определите для себя порядок действий для того или иного типа машины....
02 11 2025 1:18:43
Читайте, как можно приклеить светодиодную ленту к разным видам несущих элементов. Узнайте, какие материалы лучше всего подходят для этого, отметьте для себя наиболее доступные способы восстановления контакта ленты с опорой....
01 11 2025 4:52:42
168) Как подключается наружная розетка тройная...
31 10 2025 2:17:52
Аквариумы в современном интерьере выглядят очень модно и необычно. Он становится центром внимания в любом помещении и притягивает к себе взгляд. Устанавливая аквариум, вы имеете возможность самостоятельно заселить его необычными морскими жителями, диковинными водорослями, декоративными замками или сундуками на свой вкус, а так же дополнительно установить светодиодное освещение в аквариуме....
30 10 2025 13:26:18
Читайте здесь, как подключить светодиодную ленту в машине, как при этом правильно подобрать ее по типу матрицы и степени защиты, какие материалы и инструменты потребуются в работе, как выглядит схема установки, как выполнить подключение через резистор, прикуриватель и стабилизатор и какие меры безопасности при этом соблюдать....
29 10 2025 15:14:36
Для их создания используют провод обмоточный. Расскажем о его видах и марках, особенностях и применении разных типов....
28 10 2025 11:33:29
Для возведения объектов используются совершенно разные материалы, но для строительства, помимо самого материала, очень важным фактором является качественная...
27 10 2025 19:39:18
Что такое дроссель? Виды и особенности механизма. Как подключить лампу? Как проводится проверка работоспособности ламп? Устранение неисправностей....
26 10 2025 9:44:55
Читайте, какие светодиодные ленты доступны на рынке, чем они отличаются друг от друга. Узнайте устройство светодиодной ленты на 12 вольт, Критерии выбора и способы подключения к сети. Как рассчитать мощность блока питания, когда требуется включение в схему контроллера и усилителей....
25 10 2025 7:59:50
Для квалифицированного ответа на ваш вопрос слишком мало данных. Чтоб дать полный ответ я должен знать мощность варочной панели, мощность духовки, номинальный ток установленной у вас розетки для электроплиты, сечение кабеля от группового автомата к розетке, номинальные параметры группового автомата и возможно даже вводного автомата....
24 10 2025 10:38:45
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
Как соединить многожильный и одножильный провод правильно