Что такое ШИМ и как она работатет (видео)

 Сегодняшние блоки столы совсем не те, что были ранее. Это уже не тяжелые трансформаторы с  массивными сердечниками и дорогостоящей медью в обмотке. Это не те самые блоки столы которые потребляют на все 100, а греются не хуже маленького нагревателя.  Ныне это легкие и максимально эффективнее сборки ШИМ, обеспечивающие питанием практически любой наш девайс. Так что же такое ШИМ, отчего она пришла на смене трансформаторам? Как она работает?  Все ли в ней (ШИМ) так хорошо на все 100 процентов или остались какие-то случаи, когда лучше все же применить престарелый дедовский метод? Именно на эти вопросы мы ответим в нашей статье. Тем самым мы кому-то отворим глаза на принцип работы и применения ШИМ контроллеров, что уже хорошо!

 Начнем мы как и надеется в классических произведениях с  определений…  ШИМ (широтно-импульсная модуляция)  или на английском  Pulse-Width Modulation—метод управления током и усилием за счет изменения длины «рабочего» импульса к целому периоду поре, который повторяется раз за разом. Быть может наше определение не совершенно ясно, так часто бывает с определениями, поэтому к ним всегда приводят образцы, про которые упомянем и мы.
 Итак, как же работают старые дедушкины трансформаторы? На вторичном обмотке, за счет наведения на ней электрического поля образуемого от переменного тока в первичной обмотке и передаваемой с поддержкой сердечника, мы получаем электрический ток и напряжение. Теперь нам остается лишь распрямить и стабилизировать напряжение, и дело в шляпе. Заметьте, что ток получается на выходе непрерывный. При этом слово постоянный здесь наиболее точное. То есть ток не меняет своего смыслы он как появился, скажем 12 вольт, так и будет без изменения 12 вольт, пока мы не выдернем вилку столы из сети…

 При использовании ШИМ модуляции все несколько иначе. Питание нагрузки выходит уже не всегда, не постоянно, а избирательно. То есть напряжение появляется и пропадает. При этом усилие должно появляться лишь для того, чтобы номинально работало наше конструкция, скажем светодиод или приемник. Все остальное время, необходимо чтобы усилие не подавалось. Вы спросите как же так? Ведь если мы будем включать и отключать от сети тот же светодиод, то он начнет попросту мерцать. И это действительно так, если частота включения и отключения будет приметна человеческому глазу. Однако если очень быстро включать и отключать светодиод, то человечий глаз не сможет увидеть как мерцает свет, из-за того что наше восприятие ограничено образцово частотой для мерцания в 24 Гц. Произойдет своеобразный обман зрения. При этом если продолжать снижать пора для «рабочего» импульса, то наш глаз начнет замечать некое притухание светодиода, то кушать изменение его яркости свечения. Что касаемо более сложных приборов, произнесём усилителей и т.д., то здесь будет эффект от от того, что полупроводниковые приборы будут трудиться как бы в полуоткрытом состоянии. Не открыты, не закрыты. При этом опять же частота изменения будет так высока, что человеческий глаз, ухо, не способны будут увидеть и услышать это. Вот и получается, что вроде как все трудится как и должно, но при этом часть времени питание этих устройств не выходит.  Это и есть основной смысл применения ШИМ. Ведь в этом случае все пора, пока питание не подается, является временем, когда мощность не потребляется. А значит, применяя ШИМ можно реально экономить не лишь потребление мощности, но и уменьшить габариты устройства, за счет того, что блоки столы будут выдавать куда меньшую мощность. В итоге им придется рассеивать меньшее число теплоты. 
Теперь давайте немного о формулах и графиках. Взгляните на график и еще раз посмотрите, как реализовано стол для трансформаторного БП  (U0) и для импульсного (ШИМ) U1.


 
В то время,  наш верный трансформатор греется и работает, ШИМ успевает передохнуть.  У него при этом есть 3 времени.

• Ton — время высокого уровня
• Toff — пора низкого уровня

T — период сигнала

Само собой T=Ton+Toff.

При этом касательство времени работы к времени сигнала, будет коэффициентом. K=Ton/T.

Чем ниже этот коэффициент заполнения, тем рослее КПД блока питания.
 
Здесь также важным параметром будет частота ШИМ. 
f=1/T ,
при этом  измеряется она раз в секунду, то кушать в герцах.   Частота важна оптимальная, то есть не маленькая и не вящая.  Во-первых она как раз задает то самое понятие ШИМ. Ведь если частота будет 1 Гц, то это уже не ШИМ, а опять мигание.  Если же это МГц, то проявление индукционных токов и невозможность так скоро открываться или закрываться полупроводниковыми приборами, также приведет к некорректной труду и потерям мощности.
 Скажем так, если это световые приборы, то частота должна быть от 50 Гц. Если же это стол звуковой аппаратуры или двигателей, то выше 20 кГц, дабы не слышать ухом гулы.  Отметим лишь то, что БП имеют обычно частоту 30-60 кГц.

Как сделать ШИМ блок столы (контроллер)

Как вы уже поняли, сердцем ШИМ контроллера будет мультивибратор или модулятор. Мультивибратор можно сделать даже на двух транзисторах, в облике самого рядового  мультивибратора. А модулятор можно сделать на базе микроконтроллера. Пуще всего применяются именно микроконтроллеры.
 После остается лишь реорганизовать низкий сигнал в управляющий силовой. Скажем с помощью транзистора. Образец для светодиода.

Если наша нагрузка имеет индуктивную составляющую, то транзистор защищается с поддержкой диода, который подключается параллельно нагрузке.

 

Это вроде того, как диод используется при управлении транзистором реле.  В этом случае обмотка двигателя также может выдать высокий ток, какой будет теперь идти не только через транзистор, но и через диод.
 О конкретных образцах БП ШИМ можно узнать из статьи «Драйвер для светодиодов».

Плюсы и минусы ШИМ

 Начнем с плюсов, ведь не зря же ныне каждый второй, а то и первый БП применяет ШИМ. Как вы уже поняли, это экономично, а значит БП не будет нагреваться! Кроме того это получится компактно по размеру и минимально по массе, при этом еще в кое-каких случаях и дешевле.  Еще одним важным плюсом будет более длительный порядок работоспособности полупроводников. Все дело в том, что полупроводники со временем деградируют, их характеристики упадают – изменяются.  При этом деградация полупроводниковых переходов прямо пропорционально поре их работы. А если они часть своего времени «отдыхают», то и проработают длиннее.
Теперь о минусах. ШИМ контроллеры могут давать помехи. Именно от них нередко может возникать рябь на экране, либо шумы в динамике.  Из-за вероятных шумов их никогда не применяют для высококачественной звуковой аппаратуры.  Там только «беспорочные» трансформаторы, да и то желательно с сердечником в виде тора.
 БП на ШИМ сложнее по своей схемотехнике.  Неисправности в них сложнее диагностировать и находить.

Подводя итог о ШИМ

 Сейчас вы и без нас сможете подвести итог. Не смотря на все нюансы и особенности ШИМ это все же хорошо и будет просто.  Мало того, что ШИМ экономит место и электроэнергию, это еще и работает!

Видео о ШИМ

[embedded content]

Комментировать

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *