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:
Ручные фонари светодиодные уже давно получили широкое распространение как в повседневной жизни, так и у специалистов....
03 02 2026 14:36:14
Лавовая лампа своими руками: конструкционные особенности и принцип работы устройства. Достоинства и выполняемые функции лава-лампы. Чем временная лампа отличается от постоянной. Что лучше масляные шарики или парафин....
02 02 2026 7:21:46
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....
01 02 2026 13:31:45
Простые способы восстановления отражателей фар в домашних условиях. Как сделать ремонт и заменить фару своими руками....
31 01 2026 16:45:30
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....
30 01 2026 8:39:26
Современные гаджеты все плотнее входят в жизнь каждого человека и розетки USB становятся все более востребованными. Ведь возможность зарядки телефонов, планшетов и многих других устройств в любое время становится все более актуальна. А держать для этого включенным ноутбук или компьютер, или носить зарядки далеко не всегда удобно....
29 01 2026 0:55:54
Выборе настольной ламы для рабочего места. Какие существуют на рынке наиболее приятные для глаз. Рейтинг лучших моделей....
28 01 2026 13:36:17
Узнайте, на какие параметры нужно обращать внимание при замене ламп накаливания на светодиодные. Узнайте, от чего зависит световой поток светодиодной лампы, как он распределяется по освещаемой поверхности. Какие дополнительные критерии обязательно учитываются при выборе светодиодных лампочек....
27 01 2026 23:35:50
Классификация лампочек освещения. Описание и внешний вид современных типов осветительных ламп, их названия и технические хаpaктеристики....
26 01 2026 18:41:40
Схема и инструкция параллельного и последовательного соединения. Применение в быту. Преимущества и недостатки параллельного соединения. Как не допустить ошибок?...
25 01 2026 5:45:30
Выясните, какие лампы необходимо использовать для ближнего света в автомобилях Хендай Солярис. Узнайте, какие модели наиболее популярны, какими критериями следует руководствоваться, выбирая оптимальный вариант. Порядок действий при замене ламп....
24 01 2026 12:16:42
Ваш вопрос достаточно интересен, но для ответа на него мне бы хотелось получить целый ряд измерений. Без них я могу лишь строить предположения и иногда достаточно фантастические....
23 01 2026 23:40:40
Порядок подключения светодиодного прожектора. Как подключить к электросети? Техника безопасности и рекомендации по эксплуатации....
22 01 2026 5:51:13
Габаритные огни в автомобиле: для чего они нужны, какие габаритки выбрать, разновидности и особенности....
21 01 2026 5:43:28
Освещение в квартире, доме, производственном или офисном помещении разделяется на множество видов. Каждый из этих видов имеет собственное предназначение и цели....
20 01 2026 19:29:49
Читайте, что представляет собой система адаптивного освещения автомобиля. Узнайте, как она устроена, принцип работы, разновидности комплексов адаптивной подсветки. Основные достоинства и недостатки, стоимость и прочие особенности системы....
19 01 2026 9:20:23
Благодаря компании Legrand подключение компьютерной розетки становится все более простым. Этот лидер по производству электроустановочного и силового оборудования предлагает широкий ассортимент розеток для сетевых подключений....
18 01 2026 19:58:16
Особенности светодиодного прожектора. Разновидности. Как правильно выбрать прожектор? Рейтинг лучших прожекторов. Какой срок службы у прожектора....
17 01 2026 17:49:43
Обозначение на схеме рубильника достаточно однозначно. Оно прописано в ЕСКД, а зарубежные системы метрики прописываются в соответствии со стандартом ISO. Подробней в статье...
16 01 2026 8:52:52
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....
15 01 2026 11:49:20
Читайте здесь, как можно самому заменить люстру на натяжном потолке. Продробное пошаговое описание процедуры подготовки, демонтажа, установки и подключения нового светильника. Можно ли самостоятельно выполнить все действия или нужн а помощь профессионалов, чтобы поменять осветительный прибор....
14 01 2026 10:48:52
Трехфазный асинхронный электродвигатель и подключение его к электрической сети часто вызывает массу вопросов. Поэтому в нашей статье мы решили рассмотреть все нюансы...
13 01 2026 3:15:44
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....
11 01 2026 23:22:25
Правильная маркировка проводов и шнуров позволяет значительно облегчить монтаж и ремонт любых электрических сетей. Ведь правильная маркировка не только облегчит сам процесс монтажа, но и позволит вам или любому другому человеку просто взглянув в распределительную коробку, щиток или на провода, определить их назначение...
10 01 2026 2:46:11
Турция представила свою продукцию на нашем рынке более 15 лет назад. В то время бытовые устройства были дешёвыми, но очень надёжными. В настоящее время турецкие...
09 01 2026 5:53:27
Читайте, что такое светильники ЖКХ, какие основные виды их встречаются в продаже, какими видами ламп они оборудуются, каковы основные особенности каждой модификации, а также с какими системами автоматического управления их совмещают для установки в подъезды, и что такое антивандальное исполнение....
08 01 2026 23:49:36
Поэтому рассмотрим такую интересную вещь, как розетки, управляемые пультом. Расскажем, чем они отличаются от обычных разъемов, и когда следует сделать выбор в их пользу....
07 01 2026 18:18:24
475) Таблица мощности проводов: рассмотрим подробно...
06 01 2026 13:53:54
Смотрите здесь технические хаpaктеристики лампы ДНаТ на 250 Вт, световой поток. Достоинства и недостатки натриевых лампочек, сфера применения. Особенности эксплуатации и возможные неисправности....
05 01 2026 12:43:46
Читайте, какими факторами определяется срок службы светодиодных ламп. Узнайте, от чего зависит продолжительность эксплуатации светильников. Особенности выработки ими своего ресурса и методы продления работоспособности ламп....
04 01 2026 4:57:45
Потолочная подсветка светодиодными лентами: инструкция по подключению ленты на потолке. Выбор светодиодной ленты, производители....
03 01 2026 3:20:26
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....
02 01 2026 20:50:24
Ньютон выделил из отражения красный, оранжевый, желтый, зеленый, гoлyбой, синий и фиолетовый. То есть, спектр в его классическом понятии....
01 01 2026 2:59:50
Правильное освещение в гостиной способствует не только комфортному отдыху в этой комнате, но и должно придавать особую атмосферу, а также подчеркивать все ее красоту....
31 12 2025 19:21:52
Читайте здесь, что такое галогеновые лампы, чем они отличаются от обычных лампочек накаливания, какое у них устройство, принцип работы, плюсы и минусы, а также какие их виды существуют для домашнего применения и каковы их главные особенности....
30 12 2025 13:45:16
Бактерицидная лампа — что это такое? Хаpaктеристика и разновидности. Зачем используют лампу? Инструкция по применению и правила безопасности. Плюсы и минусы лампы....
29 12 2025 6:34:32
Сегодня нам с читателем предстоит познакомиться со светодиодными источниками света и решить, какое освещение в квартире лучше — светодиодное, люминесцентное или традиционное, с использованием ламп накаливания и галогенок. Кроме того, мы ознакомимся с разновидностями led-светильников и научимся рассчитывать мощность освещения в зависимости от назначения помещения. Приступим....
28 12 2025 3:22:26
Управление освещением из двух мест, достаточно часто используется как в быту, так и на производстве....
27 12 2025 2:42:59
Освещение в больницах и других медицинских учреждениях должно соответствовать ряду требований и регламентируется законодательством. При составлении проекта нужно подобрать оптимальную цветовую температуру, а также правильно расположить светильники....
26 12 2025 2:34:32
Подробности о создании двухуровневевого потолка из гипсокартона со светодоиодной или неоновой подсветкой по периметру. Способы и порядок монтажа многоуровневых натяжных конструкций. Как сделать потолок на два уровня с помощью гипсокартона своими руками....
25 12 2025 2:32:24
В погоне за удобством и экономичностью схемы управления освещением постоянно совершенствуются....
24 12 2025 23:38:59
Требования настоящих Правил рекомендуется применять для действующих электроустановок, если это повышает надежность электроустановки, или если ее модернизация направлена на обеспечение требований безопасности....
23 12 2025 1:55:55
Освещение на террасе или веранде загородного дома — для чего нужно, правила организации. Какой тип светильников выбрать, по каким критериям. Варианты установки подсветки, основной свет и дополнительные элементы. Меры безопасности....
22 12 2025 16:49:58
Читайте об основных способах крепления люстры к потолку. Плюсы и минусы разных вариантов. Как не запутаться в проводах. Что учесть, если нужно повесить тяжелый потолочный светильник. Особенности монтажа на бетонное основание, гипсокартонное и натяжное покрытие....
21 12 2025 3:54:42
Гофрированный шланг для проводки или просто гофра - это полая трубка специальной формы, защищающая провода от надломов и не допускающая их намокания....
20 12 2025 7:35:56
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....
19 12 2025 21:11:34
Узнайте, какое значение имеет подсветка витрин, ее возможности, способность привлекать покупателей и создавать эксклюзивный вид для обычной стандартной витрины. Выясните, какие существуют требования и нормы для осветительных приборов на витринах. Ознакомьтесь с порядком монтажа светодиодной ленты....
18 12 2025 7:27:51
92) Рассмотрим как подключить выключатель от розетки...
17 12 2025 12:32:37
Во время ремонта квартиры достаточно часто становится вопрос как делать проводку в панельном доме? Ведь от этого вопроса зависит не просто удобство и красота в квартире, но и безопасность проживания в ней. Ведь в отличии от других инженерных сетей, электрическая сеть представляет немалую опасность и пренебрегать правилами ее монтажа выйдет себе дороже....
16 12 2025 8:37:19
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
