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:
Разновидности габаритных огней для автомобилей. Возможные неисправности и способы их устранения. Для чего они нужны и когда они используются....
19 05 2025 5:58:26
Сегодня Мы с Вами Обсудим Как Подключить Автомат в Щитке, в Какой Последовательности Выполнять Действия. Также Расскажем Как к Автомату Присоединить Провода...
18 05 2025 12:11:20
Смотрите здесь, как сделать каркас и абажур для люстры своими руками из подручных материалов. Какие существуют техники самостоятельного изготовления потолочных светильников в домашних условиях. Как сделать, чтобы управлять лампами с пульта. Потолочные светильники для дачи, квартиры, зала, спальни....
17 05 2025 3:50:20
Поэтому для быстрого и качественного результата мастеру нужен профессиональный электрический плиткорез, о котором и пойдет речь в нашей сегодняшней статье....
16 05 2025 10:28:33
![Почему моргают светодиодные лампы в авто? [Решено]](/svet-raw/img/1232.php.jpg "Почему моргают светодиодные лампы в авто? [Решено]")
Мерцание светодиода в авто вызвано или скачками силы тока в цепи, или нарушением структуры диода в результате перегрева. Разбираем основные причины мигания....
15 05 2025 1:19:57
Мы используем пылесос почти ежедневно. И как же огорчаемся, когда техника отказывается «слушаться»: не включается, плохо втягивает мусор, гудит или издает...
14 05 2025 22:26:41
Если вы, уходя из дома, постоянно переживаете, выключили ли вы электроприборы, то поможет избавиться от лишней траты нервов суточная розетка с таймером....
13 05 2025 11:24:45
Можно ли использовать провод ПГВА в измерительных цепях напряжения 400В 50Гц? Именно в измерительных цепях с токами единиц мА. Согласно хаpaктеристикам поливинилхлоридная изоляция испытывается напряжением 1,5 КВ...
12 05 2025 11:19:26
Наиболее экономичным и эффективным способом реализации внутреннего освещения считаются светодиодные светильники. Они превосходят все альтернативные виды, демонстрируют высокую работоспособность, позволяют подбирать оптимальные режимы подсветки для помещений в соответствии с их назначением....
11 05 2025 23:28:51
Покупка стабилизатора решает проблему низкого напряжения электросети и его колебаний. Однако после установки этих агрегатов нередко возникает ряд других проблем...
10 05 2025 3:11:16
Диммер для светодиодных ламп и критерии выбора: применение и принцип работы, совместимость со светодиодными лампами, преимущества использования....
09 05 2025 23:16:10
Основные хаpaктеристики источников света. Какова сила светового потока наружного освещения? Таблица светового потока светодиодных ламп....
08 05 2025 17:58:28
Сложно представить современную уютную гостиную без люстры. Это не просто предмет освещения, а штрих завершающий дизайн. Поэтому важно найти правильный вариант....
07 05 2025 23:14:32
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....
06 05 2025 4:56:34
Какой принцип работы рассеивателя света? Какие материалы подойдут лучше всего при изготовлении светорассеивателя своими руками?...
05 05 2025 9:52:21
В вечернее и ночное время для обеспечения безопасности и комфорта людей важную роль играет парковое освещение. О его особенностях мы вам и расскажем...
04 05 2025 13:40:35
Зачем устанавливать закладные под натяжной потолок. Материалы и варианты крепления. Порядок монтажа закладных для люстр, точечных светильников и карнизов....
03 05 2025 5:32:42
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....
02 05 2025 11:50:45
Установка электропроводки в частном доме по многим параметрам отличается от проводки в квартире....
01 05 2025 14:24:35
Подсветка телевизора светодиодной лентой своими руками: подробное руководство по монтажу лед-подсветки за телевизором. Фото, схемы....
30 04 2025 9:42:54
Освещение в производственных помещениях, вопрос достаточно объемный и учитывающий массу параметров....
29 04 2025 16:14:16
Читайте здесь, как выполнить замену лампы ближнего света на автомобиле Ниссан Кашкай 2012 года, по каким первым признакам можно узнать, что требуется ее замена, из каких основных этапов состоит процеДypa снятия, установки и регулировки фар, и по каким причинам может произойти повторное перегорание....
28 04 2025 5:59:24
Узнайте, как можно самостоятельно определить, где плюс, а где минус светодиода. Зачем нужно соблюдать полярность. Чем отличаются электроды компонента, для какого случая подходит каждый метод определения....
27 04 2025 10:23:17
Читайте здесь, что такое светодиодная подсветка из светодиодной ленты и какими главными параметрами она хаpaктеризуется. Как сделать светодиодную подсветку своими руками. Основные правила и схемы подключения для одноцветных и RGB-лент. В каких случаях нужен радиатор и что использовать в качестве его основы....
26 04 2025 9:51:47
Читайте, что лучше - светодиод CREE XML Т6 или U2. Узнайте, чем источник света с бином Т6 отличается от источника с бином U2. Когда предпочтительнее чип с повышенной яркость, когда – с оптимальным соотношением качества и эффективности. Как отличить оригинальное изделие CREE XML от подделки....
25 04 2025 0:54:21
Светодиодные лампы для дома: советы экспертов о том, как выбрать и на какие хаpaктеристики обратить внимание. Фото и видео....
24 04 2025 20:40:24
Узнайте, разрешена ли подсветка салона автомобиля, какие могут быть варианты и способы установки. Читайте, какие лампы или светильники используются для оформления салона. Выясните, насколько правомерна установка подсветки днища машины и чем она может закончиться для автолюбителя....
23 04 2025 6:36:53
Каких размеров бывают точечные светильники — как выбрать подходящий, основные параметры светильников, от чего зависит какой взять. Как выбрать размер крепления для натяжного потолочного перекрытия, подвесной конструкции и потолка из ГКЛ....
22 04 2025 9:33:56
Проводов марки СИП на рынке представлено огромное количество, что позволяет подобрать модель, наиболее точно отвечающую вашим требованиям. Это касается не только типоразмеров, но и конструкции провода....
21 04 2025 15:53:38
Выборе настольной ламы для рабочего места. Какие существуют на рынке наиболее приятные для глаз. Рейтинг лучших моделей....
20 04 2025 10:28:49
Потрeбление электроэнергии диода зависит от его мощности. Разберем основные типы светодиодов, их потрeбление, от чего оно зависит и как его определить....
19 04 2025 13:46:16
Хаpaктеристика люминесцентной лампы. Разновидности люминесцентных ламп. Для чего применяют лампу? Техническая хаpaктеристика. Как выбрать и утилизировать лампу? Плюсы и минусы....
18 04 2025 1:38:57
Читайте, какие бывают варианты освещения в коридоре. Использование верхнего и бокового света, подсветки. Задача дизайнера – получить оптимальную освещенность прихожей и визуально исправить архитектурные недостатки узких, длинных, неправильной формы коридоров....
16 04 2025 5:50:44
Освещение промышленных зданий — это достаточно емкий вопрос, содержащий массу переменных. Данную сферу регулирует множество нормативных документов, но основными из них является СНиП 23-05-95 и, конечно, ПУЭ. Первый регулирует нормы освещенности для различных видов помещений, а второй является своеобразной «библией» для любого электрика....
15 04 2025 12:23:42
Читайте, как сделать прибор для проверки светодиодов своими руками. Узнайте, вы каких ситуациях самоделка лучше приобретенного в магазине прибора. Почему выходят из строя светодиодные элементы в лампах, лентах, телевизорах. Почему не стоит заниматься ремонтом телевизора самостоятельно....
14 04 2025 5:12:51
Строительство в нашей стране происходит каждый день, потребность в новых зданиях и сооружениях никуда не исчезнет до конца жизни людей. Ежедневно строятся...
13 04 2025 7:13:19
Читайте, как правильно подобрать ультрафиолетовую лампу для черепах. Как установить прибор, чтобы питомец получил максимум польз от него. Особенности использования УФ-ламп...
12 04 2025 0:42:10
Свет солнца – это не только источник жизни для всех живых организмов на Земле, но и важный фактор, влияющий на выполнение работы, отдых и т.д. Чтобы обеспечить комфортную обстановку в доме или квартире...
11 04 2025 5:40:43
Полная информация о цветовой температуре светодиодных и других ламп. Таблица температуры света в Кельвинах: 2700K, 3000K, 4000K, 5000K и др....
10 04 2025 10:27:21
57) Розетка для электроплиты legrand: как выбрать правильно...
08 04 2025 16:56:10
Как правильно обрезать светодиодную ленту — почему можно только по специальным линиям. Как правильно отрезать в зависимости от разновидности ленты, какие шаги разрезов встречаются. Что делать, если нет маркировки....
07 04 2025 18:50:17
399) Выбираем фотореле для уличного освещения...
06 04 2025 19:16:30
Что делать, если нужно заменить лапочку в точечном светильнике? Как правильно сделать демонтаж. Виды крепления светильников к потолку...
05 04 2025 19:22:49
Читайте здесь, какими преимуществами и недостатками обладают светодиодные лампы, каков основной принцип их работы и в чем состоит особенность технологии свечения, а также каковы их главные достоинства и недостатки....
04 04 2025 10:20:46
Светодиодное освещение представляет собой современные инновационные конструкции, в которых источником света выступает светодиод – прибор для преобразования...
03 04 2025 15:34:41
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....
02 04 2025 2:33:44
Лампа от желтушки — что это такое? Принцип работы лампы от желтухи. Как подобрать лампу? Показания и противопоказания к применению лампы. Как долго можно лечиться лампой? Возможные последствия. Как быстро снижается билирубин?...
01 04 2025 21:17:38
Читайте, как правильно повесить люстру на гипсокартонный потолок. Какие существуют способы и типы крелпения для потолочного светильника на гипоскартон. Как подвесить тяжелую модель....
31 03 2025 14:57:57
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
"Как приготовить напиток для похудения с имбирём и петрушкой
Как крепить петли на двери шкафа?
Как соединить многожильный и одножильный провод правильно