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:
Описание китайского фонарика. Неисправности фонарика. Как самостоятельно разобрать китайский фонарик? Меры профилактики....
03 05 2026 13:48:37
Как сделать герметичное соединение проводов Способы соединения проводов и кабелей Соединение проводов. Колпачки СИЗ Основные типы клемм для соединения...
02 05 2026 21:17:34
Принцип роботы светодиодного индикатора напряжения. Необходимые материалы для сборки данной конструкции. Схема индикатора напряжения на светодиодах на 12 и 220 вольт....
01 05 2026 17:56:57
Смотрите здесь, как правильно повесить люстру на натяжной потолок. Особенности монтажа своими руками. Что нужно учесть перед установкой светильник на полотно....
30 04 2026 3:57:32
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....
29 04 2026 8:22:29
Хаpaктеристика и виды фонарей. Преимущества и недостатки. Зачем нужен ультрафиолетовый фонарик? Правила выбора фонарика. Можно ли сделать своими руками?...
28 04 2026 6:11:56
Узнайте, как освещение в кафе влияет на эффективность работы заведения. Существуют ли особые принципы и правила, по которым проектируется освещение и как этот инструмент работает в реальности....
27 04 2026 5:59:33
Узнайте, что представляет собой динамическая подсветка монитора. Прочитайте, какие компоненты потребуются для самостоятельной сборки комплекса. Выясните, как производится создание подсветки, установка необходимого программного обеспечения и его настройка....
26 04 2026 19:17:35
Читайте, как отрезать светодиодную ленту различной конструкции. Узнайте, чем отличается стандартная светодиодная полоса от установленной в силикон. Как поступить, если на плате нет линии, указывающей место разреза. Что кроме разрезания на отрезки важно при самостоятельном монтаже освещения или подсветки....
25 04 2026 2:32:52
В вечернее и ночное время для обеспечения безопасности и комфорта людей важную роль играет парковое освещение. О его особенностях мы вам и расскажем...
24 04 2026 16:53:24
Электромонтаж проводки для электрической плиты имеет определенные особенности. Ведь зачастую это наиболее мощный потребитель электрической энергии в квартире. В связи с этим риски, связанные с неправильным выбором сечения или некачественным монтажом, резко возрастают....
23 04 2026 15:10:38
Сегодня нам предстоит разобраться, какие греющие кабели для труб предлагает современный рынок, и какая разновидность системы кабельного обогрева наиболее пpaктична....
22 04 2026 1:53:54
Узнайте, как можно изготовить светодиодный фонарь своими руками. Читайте, какие инструменты и материалы нужны для выполнения процедуры сборки. Сохраните себе порядок действий и последовательность операций при создании светодиодного светильника....
21 04 2026 10:21:20
Что такое LED-подсветка — особенности, какие бывают типы подсветки в телевизорах и мониторах. Разновидности LED подсветки по конструктивному исполнению, равномерности освещения и цвету....
20 04 2026 16:28:35
Лампа для рассады в домашних условиях. Требования к освещению, как сделать своими руками, особенности применения....
19 04 2026 14:53:44
Читайте здесь, как выбрать светодиодный фонарик, какие его разновидности бывают в зависимости от вида светодиодов, цветовой температуры, системы отражателя, источника питания, особенностей корпуса и функционала, а также какие его модификации существуют по назначению....
18 04 2026 2:57:55
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....
16 04 2026 11:18:55
Точечные светодиодные светильники – лучший способ освещения. Узнайте все о выборе и расположении у нас....
15 04 2026 20:24:54
Прочитайте, что лучше использовать дома и в автомобильных фарах – светодиодные источники или галогеновые. Что такое светодиоды и галогенки, их преимущества и недостатки, где используются....
14 04 2026 6:12:18
Полярность светодиода: определения катода и анода самостоятельно. Три метода определения полярности светодиодных ламп....
13 04 2026 15:59:38
Нужно ли утилизировать люминесцентные лампы и кто должен заниматься их сбором и хранением. Узнайте, куда можно сдать отработавшие свой срок службы приборы и чем опасно повреждение ртутной лампы для человека и окружающей среды....
12 04 2026 7:23:29
Какие Существуют Виды Ламп Дневного Света? В Чем Их Преимущества? Какими Могут Быть Области Применения? Ответы На Эти и Другие Вопросы Даны в Статье...
11 04 2026 5:29:43
Узнайте, что такое цветовая температура и как она влияет на человека. Как правильно подобрать светодиодный светильник по цветовой температуре. Таблица соответствия цветовой температуры и оттенка свечения....
10 04 2026 17:35:52
Как подключить цветную светодиодную ленту с пультом: особенности подключения светодиодной ленты, что потребуется, варианты и схемы....
09 04 2026 9:11:44
Читайте здесь, какие лампочки – накаливания, люминесцентные, галогеновые или светодиодные – лучше купить для дома. Узнайте, какая лампа называется энергосберегающей и так ли это, и какие еще экономные виды существуют. Сохраните себе критерии выбора ламп для дома....
08 04 2026 7:17:27
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....
07 04 2026 14:52:54
Сегодня мы погрузимся в мир теоретики, подтвержденной, естественно, пpaктикой, и будем вспоминать, а кто-то может и узнавать, как устроен генератор постоянного тока....
06 04 2026 13:10:35
Что такое ДНаТ. Технические хаpaктеристики лампочки ДНаТ 125, 250 и 400. Сферы применения натриевых ламп....
04 04 2026 9:59:50
Мы решили уделить несколько слов процессу выбора выключателей трехклавишных с розеткой, а также разобраться с подключением таких модульных устройств к электрической сети и потребителю....
03 04 2026 13:50:56
Узнайте, как правильно спланировать и рассчитать освещение для кухни-гостиной. Смотрите варианты организации освещения. Как подобрать лампы необходимой мощности....
02 04 2026 10:26:20
Читайте здесь об особенностях натриевых ламп, их технических хаpaктеристиках. Какие светильники нужны для использования НЛ на улице, как их правильно выбрать. Порядок и правила установки и эксплуатации....
01 04 2026 16:24:19
Освещение эвакуационное предназначено для обеспечения безопасного перемещения людей при исчезновении общего освещения....
31 03 2026 11:36:39
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....
29 03 2026 21:21:55
Индекс цветопередачи – параметр, имеющий большой значения для восприятия предметов интерьера. Узнайте, у каких лампочек самые высокие показатели. Читайте, как подобрать источники света для монтажа системы освещения из светодиодов и люминесцентных лампочек....
28 03 2026 20:25:35
Расскажем подробно, но не сильно углубляясь, особенно в специальные термины о назначении и принципе действия этого устройства. Также постараемся ответить на некоторые наиболее часто возникающие вопросы, и постараемся подсказать, как правильно выбрать сетевой фильтр для вашей техники....
27 03 2026 3:52:51
Напольный накопительный электрический водонагреватель не так широко распространен, как их настенные собратья. И дело здесь не столько в их не эффективности, сколько в целесообразности....
26 03 2026 0:27:56
Как сделать лампу из бумаги: подробная инструкция. Какая бумага подходит для изготовления светильника. Примеры самодельных ламп в китайском и японском стиле. Какую технику изготовления выбрать....
25 03 2026 0:25:31
Реле для автоматического управления освещением, в последнее время приобретают все большую популярность....
24 03 2026 7:22:25
Провода МГШВ нашли широкое применение в радиоэлектронике, производстве бытовых приборов и в быту....
23 03 2026 23:30:27
С помощью диммера можно регулировать яркость светодиодного освещения. Рассмотрим основные схемы для сбора диммера своими руками и принцип их работы...
22 03 2026 18:25:27
Правильное освещение в квартире — это залог не только комфорта и красоты вашего жилища, но и создание условий, не влияющих пагубно на ваше здоровье. Поэтому данному вопросу следует уделить пристальное внимание, что мы и постараемся сделать в этой статье. Мы детально разберем вопросы: сколько и какого освещения нужно в каждой комнате, как правильно рассчитать освещение, выбрать лампы и грамотно выполнить схему освещения....
21 03 2026 14:10:48
Прочитайте, чем отличаются Direct led и Edge led подсветки ТВ. Основные конструктивные особенности, плюсы и минусы каждого вида, в каких условиях можно использовать, как выбрать подходящий телевизор....
20 03 2026 17:20:34
Подскажите, какова технология получения кабельных муфт. Дело в том, что недавно, делая отверстие в грунте под опору, наткнулся на какой-то кабель, судя по всему, связи, и, естественно, нечаянно его повредил....
19 03 2026 6:44:14
Светодиодные лампы в ПТФ — можно ли ставить диоды в противотуманки. Какие светодиоды выбрать для туманок. Можно ли установить светодиодные лампы вместо галогеновых....
18 03 2026 5:23:47
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
