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:
Подсветка полок светодиодной лентой: советы специалистов по установке подсветки своими руками. Какую ленту выбрать и как подключить....
13 11 2025 21:15:48
ПГВА провод нашел широкое применение в первую очередь в автомобильной промышленности. Его используют для прокладки проводки в автомобилях, тpaкторах, мопедах, а также других механизмах и устройствах....
12 11 2025 13:16:45
Сегодня цоколи H8 и H11 иногда считаются одним и тем же. Но можно ли их так просто взаимозаменять? Разбираем основные отличия цоколей....
11 11 2025 22:27:23
Узнайте, как самостоятельно рассчитать мощность блока питания для светодиодной ленты. Какие преобразователи бывают, их технические хаpaктеристики, как правильно выбрать. Схема подключения диодной полосы к источнику питания....
10 11 2025 15:58:48
Читайте, какой коэффициент пульсации может быть у светодиодных ламп, при каких условиях он увеличивается и снижается. Узнайте, как измеряется и рассчитывается этот показатель. Какое отрицательное воздействие на организм оказывает мерцание. Что нужно делать, чтобы светодиодные лампы перестали мерцать....
09 11 2025 15:15:54
Светодиодная подсветка в интерьере: причины популярности, способы монтажа, область применения. Как сделать подсветку самому....
08 11 2025 15:37:34
Читайте здесь, как правильно подключить светодиодную ленту с датчиком движения, какие инструменты и материалы потребуются, как подобрать лед-полоску и датчик движения, какие схемы подключения бывают, как выглядит пошаговая инструкция по подключению, а также стоит ли заниматься самостоятельным ее изготовлением или лучше купить готовую....
07 11 2025 16:25:36
Узнайте, что такое проверка диода и в чем заключается ее особенность. Выясните, каким прибором производится измерение и можно ли дать оценку работоспособности элемента без выпаивания его из схемы....
06 11 2025 12:33:26
Коэффициент пульсации освещенности – один из качественных показателей, используемый при проверке света в помещениях разного назначения. При нарушении установленных норм повышается утомляемость и возрастает опасность травматизма на производствах....
05 11 2025 13:53:45
Читайте здесь, какие лампы используются на автомобиле Опель Астра h, как выглядит сводная таблица их основных хаpaктеристик, каковы особенности применяемой к ним маркировки и какие их производители самые популярные на сегодня....
04 11 2025 21:57:53
Правильное и удобное освещение помещения является не маловажным фактором комфорта. И если вопросам правильности освещения мы уделили уже не одну статью, то вопросы удобства его использования раскрыты еще далеко не полностью. На данный момент существует множество вариантов управления освещения поэтому давайте рассмотрим все из них....
02 11 2025 22:12:54
Прочитайте, что лучше использовать дома и в автомобильных фарах – светодиодные источники или галогеновые. Что такое светодиоды и галогенки, их преимущества и недостатки, где используются....
01 11 2025 0:29:31
Как перенести розетку для электроплиты на новое место? Такой вопрос часто возникает во время ремонта кухни. Ведь электрическая печь это достаточно мощный энергопотребитель и неправильные действия по ее переносу могут привести не только к ее поломке, но и пожару....
30 10 2025 18:17:18
Освещение детских дошкольных учреждений — требования и нормы, регламентирующие документы. Какой должна быть естественная и искусственная подсветка, разрешены ли светодиодные светильники....
29 10 2025 20:13:36
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....
28 10 2025 3:29:46
Большая часть хозяев квартир и домов старается перейти на автономные коммуникации. И горячее водоснабжение не исключение. Для обеспечения всех жильцов горячей...
27 10 2025 16:36:19
Подключение трехклавишного выключателя: конструкция и принцип работы. Как правильно соединить провода для трехклавишного выключателя света в распределительной коробке. Инструменты и материалы для монтажа....
25 10 2025 23:35:13
Клеммы на провода являются неотъемлемой частью любой электросети. Ведь именно плохой контакт является основной причиной поломок и неправильной работы любых электрических устройств. А некоторые электрики даже шутят, что электротехника — это наука о контактах....
24 10 2025 1:59:44
168) Как подключается наружная розетка тройная...
23 10 2025 18:33:44
Самонесущие изолированные провода СИП в последнее время приобретают все большую популярность....
21 10 2025 2:25:38
В какой момент искрит рубильник, нормально это или нет, как от этого избавиться, и когда на это можно не обращать внимания, мы и поговорим в нашей статье....
20 10 2025 8:21:34
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....
19 10 2025 9:35:23
Освещение на дачном участке несколько отличается от освещения самого дома. И дело здесь не столько в схеме, которая в общем-то достаточно похожа, а в принципе построения самой сети и схеме ее монтажа....
18 10 2025 14:14:43
Как соединить два алюминиевых провода между собой? Казалось бы, достаточно бaнaльный вопрос, но и здесь первый приходящий на ум ответ не всегда верен....
17 10 2025 8:41:21
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....
16 10 2025 2:40:57
Подскажите, как рассчитать сопротивление проводов под мои нужды – прокидывать придется метров 20 провода, не меньше....
15 10 2025 15:12:50
Читайте все о цоколях е27: что это за тип, какие лампы с ним производятся. Другие варианты стандартных резьбовых цоколей больших и маленьких, похожих на e27. Размер контакта "обычной" лампочки (высота и диаметр). Совместимость с другими типоразмерами....
14 10 2025 6:12:38
Узнайте, что такое фитолампы и какие из них являются наиболее удобными для содержания растений в домашних условиях. Научитесь правильно выбирать и устанавливать подсветку для цветов. Читайте, можно ли сделать фитолампу самостоятельно, и стоит ли это делать....
13 10 2025 19:19:26
Напольный накопительный электрический водонагреватель не так широко распространен, как их настенные собратья. И дело здесь не столько в их не эффективности, сколько в целесообразности....
12 10 2025 6:13:22
Светодиодное освещение в офисе: преимущества и недостатки, расчет, выбор светильников...
11 10 2025 8:36:28
Варианты освещения кухни с натяжным потолком — общие рекомендации и требования. Виды светильников, критерии выбора. Основные правила размещения источников, правила зонирования кухни с помощью света....
10 10 2025 7:12:40
Освещение в салоне красоты — какую роль играет, требования, нормы и рекомендации. Профессиональное освещение салона красоты по зонам, виды применяемых ламп. Типичные ошибки, допускаемые при организации освещения....
09 10 2025 18:32:10
Хаpaктеристика неоновой ленты. Где применяется гибкий неон? Особенности монтажа. Как закрепить неоновою ленту? Важные правила безопасности и требования к эксплуатации. Плюсы и минусы....
08 10 2025 14:42:16
Металлический короб для проводов нашел достаточно широкое применение в электротехнике. Его используют для защиты кабельно-проводниковой продукции от механических, химических и других видов повреждений. Такой короб имеет достаточно привлекательный внешний вид и, самое главное, в некоторых случаях просто не заменим....
07 10 2025 5:10:36
Узнайте, какие схемы используются для подключения светодиодов к различным источникам питания. Читайте, как определить сопротивление и мощность ограничивающего резистора для любой цепочки. Рассчитайте схему для себя, используя предоставленные формулы и примеры....
06 10 2025 2:45:20
Причин, почему светодиодные лампы горят при выключенном выключателе может быть несколько: выключатель с подсветкой, неисправная проводка, схема питания....
05 10 2025 3:57:53
Ознакомьтесь с таблицей мощностей светодиодных ламп и узнайте, как правильно подобрать аналог для замены изделия с нитью накала на конструкцию со светодиодом. Сравните все основные хаpaктеристики приборов для возможности оптимального выбора....
04 10 2025 2:44:58
Схема и инструкция параллельного и последовательного соединения. Применение в быту. Преимущества и недостатки параллельного соединения. Как не допустить ошибок?...
02 10 2025 13:12:26
Как сделать светящийся натяжной потолок. Можно ли использовать световой эффект в качестве основного освещения. Альтернативные варианты света на потолке и рекомендации....
01 10 2025 5:46:49
В нашей статье мы рассмотрим как выполнить освещение на лестничной площадке в подъездах, а также современные способы управления освещения....
29 09 2025 12:28:11
Читайте, от каких параметров зависит яркость светодиода, как определить этот параметр при покупке. Узнайте, как выгодно использовать функцию диммирования. Какой способ изменения интенсивности свечения выгоднее в автомобиле и жилых помещениях. Как пользоваться таблицами, позволяющими определить яркость светодиодов по току, световому потоку и размерам кристалла....
27 09 2025 8:52:56
Узнайте преимущества и недостатки параллельного подключения лампочек. Читайте, когда выгодно последовательное соединение источников света. Смотрите здесь, как не допустить ошибок при монтаже выключателя....
26 09 2025 6:53:23
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
