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1、PWM 控制充电PWM 技术在单片机控制智能充电器中的应用(转) 介绍了 PWM 技术的基本原理，并详细介绍了在智能充电器中采用的 PWM 技术的方法和其优缺点，并针对问题提出了更加合理的解决方案,本文介绍的方法主要面向镍氢和镍镉电池充电器等应用 PWM 技术的基本原理随着电子技术的发展，出现了多种 PWM 技术，其中包括：相电压控制 PWM、脉宽 PWM 法、随机 PWM、SPWM法、线电压控制 PWM 等，而本文介绍的是在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽 PWM 法。它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为 PWM 波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制
2、方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整 PWM 的周期、PWM 的占空比而达到控制充电电流的目的。PWM 技术的具体应用PWM 软件法控制充电电流本方法的基本思想就是利用单片机具有的 PWM 端口，在不改变 PWM 方波周期的前提下，通过软件的方法调整单片机的 PWM 控制寄存器来调整 PWM 的占空比，从而控制充电电流。本方法所要求的单片机必须具有 ADC 端口和 PWM 端口这两个必须条件，另外 ADC 的位数尽量高，单片机的工作速度尽量快。在调整充电电流前，单片机先快速读取充电电流的大小，然后把设定的充电电流与实际读取到的充电电流进行比较，若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整 P
3、WM 的占空比；若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整PWM 的占空比。在软件 PWM 的调整过程中要注意 ADC 的读数偏差和电源工作电压等引入的纹波干扰，合理采用算术平均法等数字滤波技术。软件 PWM 法具有以下优缺点。优点：简化了 PWM 的硬件电路，降低了硬件的成本。利用软件 PWM 不用外部的硬件 PWM 和电压比较器，只需要功率 MOSFET、续流磁芯、储能电容等元器件，大大简化了外围电路。可控制涓流大小。在 PWM 控制充电的过程中,单片机可实时检测 ADC 端口上充电电流的大小，并根据充电电流大小与设定的涓流进行比较，以决定 PWM 占空比的调整方向。电池唤醒充电。单片机利用
4、 ADC 端口与 PWM 的寄存器可以任意设定充电电流的大小，所以，对于电池电压比较低的电池，在上电后，可以采取小电流充一段时间的方式进行充电唤醒，并且在小电流的情况下可以近似认为恒流，对电池的冲击破坏也较小。缺点：电流控制精度低。充电电流的大小的感知是通过电流采样电阻来实现的，采样电阻上的压降传到单片机的 ADC 输入端口，单片机读取本端口的电压就可以知道充电电流的大小。若设定采样电阻为 Rsample（单位为 ），采样电阻的压降为 Vsample（单位为 mV）， 10 位 ADC 的参考电压为 5.0V。则 ADC 的 1 LSB对应的电压值为 5000mV/10245mV。一个 5mV
5、 的数值转换成电流值就是 50mA，所以软件 PWM 电流控制精度最大为 50mA。若想增加软件 PWM 的电流控制精度，可以设法降低 ADC 的参考电压或采用 10 位以上 ADC的单片机。 PWM 采用软启动的方式。在进行大电流快速充电的过程中，充电从停止到重新启动的过程中，由于磁芯上的反电动势的存在，所以在重新充电时必须降低 PWM 的有效占空比,以克服由于软件调整 PWM 的速度比较慢而带来的无法控制充电电流的问题。充电效率不是很高。在快速充电时，因为采用了充电软启动，再加上单片机的 PWM 调整速度比较慢，所以实际上停止充电或小电流慢速上升充电的时间是比较大的。为了克服 2 和 3
6、缺点带来的充电效率低的问题，我们可以采用充电时间比较长，而停止充电时间比较短的充电方式，例如充 2s 停 50ms，再加上软启动时的电流慢速启动折合成的停止充电时间，设定为 50ms，则实际充电效率为（2000ms100ms）/2000ms95，这样也可以保证充电效率在 90%以上。纯硬件 PWM 法控制充电电流由于单片机的工作频率一般都在 4MHz 左右，由单片机产生的 PWM 的工作频率是很低的，再加上单片机用ADC 方式读取充电电流需要的时间，因此用软件 PWM 的方式调整充电电流的频率是比较低的，为了克服以上的缺陷，可以采用外部高速 PWM 的方法来控制充电电流。现在智能充电器中采用的
7、 PWM 控制芯片主要有TL494 等,本 PWM 控制芯片的工作频率可以达到 300kHz 以上，外加阻容元件就可以实现对电池充电过程中的恒流限压作用，单片机只须用一个普通的 I/O 端口控制 TL494 使能即可。另外也可以采用电压比较器替代 TL494，如 LM393 和 LM358 等。采用纯硬件 PWM 具有以下优缺点。优点：电流精度高。充电电流的控制精度只与电流采样电阻的精度有关，与单片机没有关系。不受软件 PWM 的调整速度和 ADC 的精度限制。充电效率高。不存在软件 PWM 的慢启动问题，所以在相同的恒流充电和相同的充电时间内，充到电池中的能量高。对电池损害小。由于充电时的电
8、流比较稳定，波动幅度很小，所以对电池的冲击很小，另外 TL494 还具有限压作用，可以很好地保护电池。缺点：硬件的价格比较贵。TL494 的使用在带来以上优点的同时，增加了产品的成本，可以采用 LM358 或 LM393的方式进行克服。涓流控制简单，并且是脉动的。电池充电结束后，一般采用涓流充电的方式对电池维护充电，以克服电池的自放电效应带来的容量损耗。单片机的普通 I/O 控制端口无法实现 PWM 端口的功能，即使可以用软件模拟的方法实现简单的 PWM 功能，但由于单片机工作的实时性要求，其软件模拟的 PWM 频率也比较低，所以最终采用的还是脉冲充电的方式，例如在 10%的时间是充电的，在另外 90%时间内不进行充电。这样对充满电的电池的冲击较小。单片机 PWM 控制端口与硬件 PWM 融合对于单纯硬件 PWM 的涓流充电的脉动问题，可以采用具有 PWM 端口的单片机，再结合外部 PWM 芯片即可解决涓流的脉动性。在充电过程中可以这样控制充电电流：采用恒流大电流快速充电时，可以把单片机的 PWM 输出全部为高电平（PWM 控制芯片高电平使能）或低电平（PWM 控制芯片低电平使能）；当进行涓流充电时，可以把单片机的 PWM 控制端口输出 PWM 信号，然后通过测试电流采样电阻上的压降来调整 PWM 的占空比，直到符合要求为止。
