PWM技术在单片机控制智能充电器中的应用及LM393参数

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pwm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ω），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/1024≈5mv。一个5mv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（2000ms－100ms）/2000ms＝95％，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