Содержание
Что такое ШИМ — принцип работы широтно-импульсной модуляции
Содержание
- 1 Что такое шим (широтно-импульсная модуляция)?
- 1.1 Область применения
- 2 ШИМ контроллер: принцип работы
- 2.1 Аналоговая ШИМ
- 2.2 Цифровая ШИМ
- 3 Принцип шим-регулятора
- 3.1 Пример использования шим регулятора
- 4 В чем отличие между шим и шир?
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 трансформаторных 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:
- обеспечивает плавный пуск преобразователя;
- ограничивает скважность и амплитуду управляющих импульсов;
- контролирует входное напряжение;
- защищает от КЗ силового ключа;
- в аварийной ситуации переводит устройство в деж. режим.
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, характеризующаяся 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:
- стабильностью работы;
- высокой эффективностью преобразования сигнала;
- экономией энергии;
- низкой стоимостью.
Получить на выводах микроконтроллера (МК) ШИМ сигнал можно:
- аппаратным способом;
- программным способом.
В каждом МК есть встроенный таймер, генерирующий ШИМ импульсы на определённых выводах. Это аппаратный способ. Получение ШИМ сигнала при помощи команд 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 практически 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 характера) 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 практически 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 практически 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.
Motor Control: ШИМ-регулятор
ШИМ-регулятор
Управление двигателем постоянного тока проще всего организовать с помощью ШИМ — регулятора. ШИМ — это широтно-импульсная модуляция, в английском языке это называется PWM — Pulse Width Modulation. Теорию я подробно объяснять не буду, информации полно в интернете. Своими словами — если у нас есть двигатель постоянного тока на 12 вольт — то мы можем регулировать обороты двигателя изменяя напряжение питания.
Изменяя напряжение питания от нуля до 12 вольт будут изменятся обороты двигателя от нуля до максимальных. В случае с ШИМ-регулятором мы будем изменять скважность импульсов от 0 до 100 % и это будет эквивалентно изменению напряжения питания двигателя и соответственно будут изменятся обороты двигателя.
Рассмотрим первый ШИМ-регулятор на 5 ампер. Есть такая самая любимая микросхема всех радиолюбителей — это таймер NE555 ( или советский аналог КР1006ВИ). Вот на этой микросхеме и собран ШИМ-регулятор. Кроме таймера здесь я использую стабилизатор на 9 вольт LM7809 , мощный полевой транзистор с N-каналом IRF540, сдвоенный диод Шоттки, а также другие мелкие детали. Схема по которой собран этот регулятор всем известна и очень популярна.
Печатку этой платы можно скачать — ШИМ 5А
В более мощном исполнении я применяю просто параллельное включение нескольких полевых транзисторов IRF540 и более мощный сдвоенный диод Шоттки. В остальном всё аналогично.
Печатку этой платы можно скачать — ШИМ 10А
Подключение ШИМ-регулятора очень простое.
Вы видите 4 клеммы — две клеммы для подачи питания < + > и < — > , и две клеммы для подключения мотора < M+> и < M- >.
Сделал ещё ШИМ-регулятор с защитой по току. Для этих целей использовал распространенный операционный усилитель LM358 и два оптрона PC817. При превышении тока, который мы задаём подстроечником R12, срабатывает триггер-защёлка на операционнике DA3.1, оптронах DA4 и DA5 и блокируется генерация импульсов по 5 ноге таймера NE555. Чтобы снова запустить генерацию нужно кратковременно снять питание со схемы с помощью кнопки S1.
Печатку этой платы можно скачать — ШИМ 10А с защитой
ШИМ-регуляторы все работоспособны , проверил их работу с помощью двигателя от шуруповёрта.
Снял видео —
Разработал нормальные платы по этим схемам и снял 2 новых видео.
Первое видео —
Второе видео —
Ссылки для заказа таких плат на сайте pcbway
1. PWM_1
2. PWM_2
Главная страница
Подписаться на:
Сообщения (Atom)
Чем отличаются контроллеры заряда MPPT и PWM?
Контроллеры заряда являются важным компонентом любой солнечной установки. Хотя это не первое, о чем люди думают, говоря о переходе на солнечную энергию, контроллеры обеспечивают эффективную и безопасную работу вашей системы на долгие годы. Существует множество изменяющихся переменных, которые влияют на то, сколько энергии вырабатывается, например, уровень солнечного света, температура и состояние заряда батареи.
Контроллеры заряда обеспечивают постоянный и оптимальный уровень мощности ваших батарей.
Что такое солнечные контроллеры заряда?
Контроллер солнечного заряда находится между источником энергии и накопителем и предотвращает перезарядку батарей, ограничивая количество и скорость заряда ваших батарей. Они также предотвращают разряд батареи, отключая систему, если накопленная мощность падает ниже 50 процентов емкости, и заряжая батареи при правильном уровне напряжения. Это помогает сохранить жизнь и здоровье батарей.
Они также предлагают некоторые другие важные функции:
Защита от перегрузки: Если ток, протекающий через ваши батареи, намного выше, чем может выдержать схема, ваша система может быть перегружена. Это может привести к перегреву и стать причиной возгорания. Контроллер заряда обеспечивает важную функцию защиты от перегрузки. В более крупных системах мы также рекомендуем двойную защиту от автоматических выключателей или предохранителей.
Отключение при низком напряжении: Это работает как автоматическое отключение некритических нагрузок от батареи, когда напряжение падает ниже заданного порога. Он автоматически подключается к аккумулятору, когда он заряжается. Это предотвратит переразряд и защитит оборудование от работы при опасно низком напряжении.
Блокировка обратных токов: Солнечные панели прокачивают ток через вашу батарею в одном направлении. Ночью панели могут естественным образом пропускать часть этого тока в обратном направлении без контроллера заряда, ограничивающего это. Это может вызвать небольшой разряд батареи. Контроллеры заряда предотвращают это, действуя как клапан.
Всегда ли нужен контроллер заряда?
Как правило, да. Вам не нужен контроллер заряда с меньшими панелями от 1 до 5 Вт. Если панель выдает 2 Вт или менее на каждые 50 ампер-часов батареи, вам, вероятно, не нужен контроллер заряда. Все, что сверх этого, и вы делаете.
Различные типы контроллеров заряда (pwm и mppt)
Существует два типа контроллеров заряда , которые следует учитывать: контроллеры с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и контроллеры с отслеживанием точки максимальной мощности (MPPT).
ШИМ-контроллеры заряда — это более старая технология, они дешевле, но менее эффективны, чем контроллеры заряда MPPT. Оба широко используются и выполняют аналогичные функции по сохранению жизни ваших батарей. Кроме того, важно отметить, что вопрос не в том, что лучше во всех отношениях, а в том, что лучше всего подходит для вашего уникального случая. Кроме того, мы настоятельно рекомендуем приобрести высококачественный контроллер заряда, так как на контроллеры приходится лишь небольшая часть общей стоимости системы.
Контроллеры заряда как с широтно-импульсной модуляцией, так и с отслеживанием точки максимальной мощности имеют срок службы около 15 лет, хотя это зависит от конкретного контроллера.
Что влияет на ваш процесс принятия решения при выборе контроллера заряда?
При покупке контроллера заряда следует учитывать следующие факторы:
- Ваш бюджет
- Срок службы технологии
- Климат, в котором будет установлена ваша система
- Сколько у вас солнечных панелей и насколько высока ваша потребность в энергии
- Размер, количество и тип батарей, используемых в вашей системе
Контроллеры заряда с широтно-импульсной модуляцией
Контроллер широтно-импульсной модуляции был оригинальным контроллером заряда, он проще и дешевле, чем контроллеры MPPT.
ШИМ-контроллеры регулируют поток энергии к батарее, постепенно уменьшая ток, что называется «широтно-импульсной модуляцией». Когда батареи полностью заряжены, ШИМ-контроллеры заряда продолжают подавать небольшое количество энергии, чтобы поддерживать батареи полными. ШИМ-контроллеры лучше всего подходят для небольших приложений, потому что система солнечных панелей и аккумуляторы должны иметь одинаковые напряжения. Это становится намного сложнее с более крупными установками.
Стоимость: $20-$60
Плюсы:
- Дешевле, чем контроллеры MPPT
- Лучше всего подходит для небольших систем, где эффективность не так критична
- Обычно более длительный срок службы из-за меньшего количества компонентов, которые могут сломаться
- Подходит для теплой солнечной погоды
- Лучше всего работает, когда батарея почти полностью заряжена
Минусы:
- Менее эффективен, чем контроллеры MPPT
- Поскольку солнечные панели и батареи должны иметь соответствующие напряжения с этими контроллерами, они не идеальны для больших и сложных систем
Подходит для: Тех, у кого небольшие системы (фургоны, автофургоны, крошечные дома), тех, кто живет в более теплом климате
Контроллер заряда с отслеживанием точки максимальной мощности
Контроллеры отслеживания точки максимальной мощности эффективно используют полную мощность ваших солнечных панелей для зарядки аккумуляторов.
Они ограничивают свою мощность, чтобы батареи не перезаряжались. Контроллеры MPPT будут контролировать и корректировать свой вход, чтобы регулировать ток вашей солнечной системы. Контроллеры MPPT понижают напряжение и повышают ток. В результате общая производительность увеличится, и вы можете ожидать, что рейтинг эффективности составит 9.0% или выше. В настоящее время более распространены контроллеры заряда MPPT
Например, если станет облачно, ваш контроллер заряда MPPT уменьшит количество потребляемого тока, чтобы поддерживать желаемое напряжение на выходе панели. Когда снова станет солнечно, контроллер MPPT снова позволит увеличить ток от солнечной панели.
Стоимость: $100-$729
Плюсы:
- Высокая эффективность
- Лучше всего подходит для больших систем, где ценно дополнительное производство энергии
- Идеально подходит для ситуаций, когда напряжение солнечной батареи выше, чем напряжение батареи
- Лучше всего подходит для более холодных и пасмурных условий
- Лучше всего работает при низком уровне заряда аккумулятора
Минусы:
- Дороже, чем контроллеры MPPT
- Обычно более короткий срок службы из-за большего количества компонентов
Подходит для: Те, у кого большие системы (хижины, дома, коттеджи), те, кто живет в более холодном климате
Как подобрать размер контроллера заряда (mppt или pwm)
В целом, определение размера контроллера заряда не так сложно, как вы думаете.
Контроллеры заряда имеют номинал и размер в зависимости от тока вашей солнечной батареи и напряжения солнечной системы. Обычно вы хотите убедиться, что у вас есть контроллер заряда, который достаточно велик, чтобы справиться с мощностью и током, вырабатываемым вашими панелями.
Обычно контроллеры заряда бывают на 12, 24 и 48 вольт. Номинальная сила тока может составлять от одного до 60 ампер, а номинальное напряжение — от шести до 60 вольт.
Если бы ваша солнечная система была 12 вольт, а ваши ампер 14, вам понадобится контроллер солнечного заряда, который имеет по крайней мере 14 ампер. Однако из-за таких факторов, как отражение света, могут возникать спорадические повышенные уровни тока, вам необходимо учитывать дополнительные 25%, доводя минимальный ток, который должен иметь наш контроллер солнечного зарядного устройства, до 17,5 ампер. В этом случае мы округлим, поэтому, в конце концов, вам понадобится контроллер солнечного заряда на 12 вольт, 20 ампер.
Когда дело доходит до размеров контроллера заряда, вы также должны учитывать, используете ли вы контроллер PWM или MPPT.
Неправильно выбранный контроллер заряда может привести к потере до 50% энергии, вырабатываемой солнечными батареями.
Что следует учитывать при использовании контроллеров заряда MPPT: Поскольку контроллеры MPPT ограничивают свой выходной сигнал, вы можете сделать массив сколь угодно большим, а контроллер будет ограничивать этот выходной сигнал. Однако это означает, что ваша система не так эффективна, как могла бы быть, поскольку у вас есть панели, которые не используются должным образом. Контроллеры MPPT будут иметь показания усилителя для него, например, контроллер MPPT на 40 ампер. Даже если ваши панели могут производить ток 80 А, контроллер заряда MPPT будет производить только 40 А тока, несмотря ни на что.
Что следует учитывать при использовании ШИМ-контроллеров заряда: ШИМ-контроллеры не могут ограничивать выходной ток. Они просто используют ток массива. Следовательно, если солнечная батарея может производить ток 40 А, а используемый вами контроллер заряда рассчитан только на 30 А, контроллер может быть поврежден.
Крайне важно убедиться, что ваш контроллер заряда подходит, совместим с вашими панелями и имеет правильный размер.
Каков верхний предел напряжения?
Все солнечные контроллеры заряда имеют верхний предел напряжения. Это относится к максимальному количеству напряжения, с которым контроллеры могут безопасно работать. Убедитесь, что вы знаете, каков верхний предел напряжения ваших контроллеров. В противном случае вы можете сжечь свой солнечный контроллер заряда или создать другие риски для безопасности.
Распространенные ошибки контроллера заряда
Из-за множества различных компонентов солнечной установки легко ошибиться в процессе установки. Вот несколько распространенных ошибок, когда речь идет о солнечных контроллерах заряда.
- Не подключайте нагрузки переменного тока к контроллеру заряда. К выходу контроллера заряда следует подключать только нагрузки постоянного тока.
- Некоторые низковольтные приборы должны подключаться непосредственно к аккумулятору.
- Контроллер заряда всегда следует устанавливать рядом с аккумулятором, поскольку точное измерение напряжения аккумулятора является важной частью функций контроллера заряда от солнечной батареи.
Заключение
Проведя исследование и взвесив все факторы, уникальные для вашей установки, вы сможете точно выбрать, какой тип и размер контроллера заряда лучше всего подходит для вашей автономной солнечной энергосистемы. Независимо от того, живете ли вы на широкой открытой дороге или уютно устроились в хижине в лесу, контроллеры заряда играют важную роль в вашей солнечной установке. Выбор правильного солнечного контроллера заряда, подходящего для вас и вашей системы, гарантирует, что ваши батареи останутся здоровыми, а система будет работать эффективно и безопасно в течение многих лет. Теперь, когда мы многое узнали о том, в чем разница между контроллерами заряда MPPT и PWM, пришло время сделать домашнее задание, вы можете найти лучший Контроллеры заряда MPPT и ШИМ-контроллеры заряда на Renogy для автодомов, лодок и домашних кают, автономная солнечная система.
Основы широтно-импульсной модуляции (ШИМ)
: как работает ШИМ
Автор: Николас Браун.
Определение широтно-импульсной модуляции
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это отличный метод управления током, который позволяет вам контролировать скорость двигателей, тепловую мощность нагревателей и многое другое энергоэффективным (и обычно более тихим) способом. . Существующие приложения для ШИМ включают, но не ограничиваются:
- Контроллеры вентиляторов с регулируемой скоростью.
- Привод компрессора VRF HVAC.
- Цепи привода гибридных и электрических транспортных средств.
- Светодиодные диммеры.
Широтно-импульсная модуляция изменила мир, сократив энергопотребление приборов, использующих двигатели, таких как инверторные кондиционеры [ PDF ], инверторные холодильники, инверторные стиральные машины и многие другие. Например, кондиционеры с инвертором в некоторых случаях могут потреблять менее половины энергии, чем их аналоги без инвертора.
В наши дни, если устройство рекламируется как имеющее компрессор с переменной скоростью или вентилятор с переменной скоростью (это не относится к двух- или трехскоростным вентиляторам), существует значительная вероятность того, что оно использует ШИМ!
Зачем использовать ШИМ?
Начинающие инженеры-электрики могут захотеть узнать, почему им следует использовать широтно-импульсную модуляцию для управления устройствами, а домовладельцы задают аналогичный вопрос, на который есть тот же ответ: зачем использовать инверторные кондиционеры или другие устройства с регулируемой скоростью?
Ответ на оба вопроса: ШИМ изменяет скорость двигателей устройств таким образом, чтобы они потребляли ровно столько энергии, сколько им нужно, но без обычных последствий сжигания неиспользованного тока в виде тепла. Примером более старой альтернативы является простая транзисторная схема, которая изменяет ток, проходящий через нее, путем изменения ее сопротивления.
То же правило эффективности, которое применяется к резисторам, применимо и к транзисторам — их сопротивление приводит к потере энергии, поскольку они сжигают часть ее в виде тепла.
В этом отношении они действуют как обогреватели.
К счастью, эти схемы никогда не были широко распространены. Бытовая техника, такая как кондиционеры и холодильники, просто все время работала на полной скорости, производя много шума и тратя много энергии, потому что им приходилось часто включаться и выключаться.
ШИМ использует транзисторы, но другим способом, как описано ниже.
Пример ШИМ-контроллера двигателя.
Если вы хотите начать работу с ШИМ, отличной отправной точкой будет схема ШИМ 555, схема ШИМ Arduino (очень удобная, так как вы можете легко изменить ее поведение с помощью простой модификации исходного кода) или ШИМ MSP30. Схема, о которой я писал на Компульсе.
Как работает ШИМ?
ШИМ работает за счет пульсации постоянного тока и изменения времени, в течение которого каждый импульс остается «включенным», для управления величиной тока, поступающего на устройство, такое как светодиод. ШИМ является цифровым, что означает, что он имеет два состояния: включено и выключено (что соответствует 1 и 0 в двоичном контексте, что станет для вас более актуальным при использовании микроконтроллеров).
Чем дольше горит каждый импульс, тем ярче будет светиться светодиод. Из-за того, что интервал между импульсами очень короткий, светодиод фактически не выключается. Другими словами, источник питания светодиода включается и выключается так быстро (тысячи раз в секунду), что светодиод фактически остается включенным без мерцания. Это называется PWM затемнением, и такая схема просто называется схемой PWM LED диммера.
Квадраты на приведенной ниже иллюстрации ШИМ — это импульсы, обозначающие время включения, а заштрихованные области — время, когда питание отключено. И квадраты, и вдавленные области имеют одинаковую «ширину», поэтому рабочий цикл составляет 50%. Сигналы ШИМ обычно представляют собой прямоугольные волны, как показано на рисунке ниже.
ШИМ-сигнал (меандр) с коэффициентом заполнения 50 %.
Если рабочий цикл источника питания ШИМ установлен на 70 %, то импульс включен в течение 70 % времени и выключен в течение 30 % времени. Рабочий цикл относится к количеству времени, в течение которого он включен.
При рабочем цикле 70% яркость светодиода должна быть около 70%. Корреляция между рабочим циклом и яркостью не является линейной на 100%, поскольку эффективность светодиодов зависит от величины подаваемого тока.
Если бы коэффициент заполнения был равен 0 %, весь сигнал был бы плоским, как показано ниже. Рабочий цикл ШИМ, равный 0%, означает, что питание отключено. В таком состоянии светодиод не будет работать. Это было бы просто выключено.
ШИМ-сигнал (меандр) с коэффициентом заполнения 0 %. Это означает, что питание отключено.
Ключевая причина того, что схемы ШИМ настолько эффективны, заключается в том, что они не пытаются частично ограничить поток тока с помощью сопротивления. Они включают ток полностью и полностью выключают. Вместо этого они просто изменяют количество времени, в течение которого он включен.
Пример схемы светодиодного диммера ШИМ
Старомодная транзисторная схема, о которой я упоминал выше в разделе «Зачем использовать ШИМ», может быть включена, например, на 50%, и легко теряет огромную часть других 50%, которые она блокирует.
Дополнительное тепло, выделяемое традиционными транзисторными схемами, является еще одним соображением, поскольку оно может увеличить время, в течение которого охлаждающие вентиляторы должны оставаться включенными для снижения температуры указанных устройств.
Сигнал ШИМ
0005 PDF ] обычно включают очень маленький источник питания и большой. Крошечный источник питания управляет большим с помощью транзисторов мощностью .
Крошечный генерирует сигнал , а « мощность », который представляет собой большой ток и напряжение, которые фактически питают светодиод, управляется вышеупомянутыми транзисторами. Этот крошечный источник питания может быть выводом GPIO микроконтроллера, например, выводом ввода-вывода Arduino, выходным выводом таймера 555 и другими.
Установка коэффициента заполнения сигнала на 30 % также приведет к коэффициенту заполнения 30 % для мощности, поскольку большой ток является просто усиленной копией малого тока (который является сигналом).