ШИМ - это Широтно- Импульсная Модуляция.
Начнём с того, что существует несколько видов ШИМ:
- Аналоговая
- Цифровая
- Многоуровневая синусоидальная
Но это так, к слову. На самом деле слишком глубоко в этот вопрос мы погружаться не будем. Цель этой статьи - дать общее понимание назначения и принципов работы ШИМ.
Есть и другая цель, но это пока секрет - подписывайтесь на канал и этот секрет вы скоро узнаете…
Итак, основное назначение ШИМ - это повышение КПД при создании вторичных источников питания. Например, глаз человека не увидит слишком частое мигание светодиода. Для человека это будет выглядеть как ровное свечение. Поэтому необязательно постоянно подавать питание, например, на подсветку монитора. Можно подавать питание в виде импульсов. В этом случае энергии будет потрачено меньше.
А вот так выглядит простая цифровая ШИМ:
Как видите, здесь есть импульсы, есть длительность импульсов и есть период следования импульсов.
То есть мы подаём напряжение на какой-то потребитель энергии не постоянно, а импульсами. Причём время между импульсами и длительность импульсов задаётся в зависимости от наших потребностей.
Скважность - это отношение периода следования (повторения) импульсов к длительности импульса. Чем больше период и меньше длительность импульса, тем больше скважность. Таким образом, чем больше скважность, тем меньше энергии будет потреблять приёмник.
Коэффициент заполнения - это величина, обратная скважности. Он может быть от 0 до 100%. При нуле напряжение не подаётся вообще (импульсов нет). При 100% импульсов тоже нет, потому что в этом случае на приёмник подаётся 100% напряжения (это равносильно непрерывной подаче напряжения).
Таким образом с помощью ШИМ можно не только повысить КПД какого-то устройства, но и регулировать мощность, подаваемую потребителю.
Уменьшать мощность можно, уменьшая длительность импульса или увеличивая период между импульсами. Либо делать и то и то. То есть уменьшать мощность можно путём увеличения скважности или уменьшения коэффициента заполнения.
Ну и наоборот - увеличение мощности выполняется путём увеличения коэффициента заполнения или уменьшения скважности.
Где ёщё можно использовать ШИМ? Ну например, для управления электрическими нагревателями.
Можно управлять ими вручную, задавая скважность с помощью регулируемого генератора импульсов. А можно и автоматически. Но для этого будет нужна обратная связь в виде датчика температуры и устройства управления, которое будет измерять температуру и автоматически изменять скважность, поддерживая заданную пользователем температуру.
Ну и напоследок ещё раз про экономию. Например, если длительность импульса равна 50 мс., а период равен 100 мс., то это будет означать, что на выходе ШИМ будет примерно в два раза меньше мощности, чем бы потреблял приёмник без использования ШИМ. То есть экономия энергии будет почти в два раза.
Почему почти? Потому что, во-первых, сам ШИМ потребляет энергию (хоть и немного), а во-вторых, есть ещё такая вещь как пусковой ток, который почти всегда чуть больше, чем ток потребления в установившемся режиме работы. То есть потребление в этом примере уменьшится не в два раза, а, например, в 1,9999. Но это, можно сказать, в пределах статистической погрешности.
Хотя, конечно, это надо учитывать. Например, нет никакого экономического смысла включать через ШИМ один маломощный светодиод, потому что в этом случае потребление самого ШИМ может превысить экономию от его использования.
