pwm控制的基本原理 PWM控制的基本原理

2021-10-11 19:34:53 字數 2885 閱讀 5906

pwm(pulse width modulation)控制——脈衝寬度調製技術,通過對一系列脈衝的寬度進行調製,來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值)。

pwm控制技術在逆變電路中應用最廣,應用的逆變電路絕大部分是pwm型,pwm控制技術正是有賴於在逆 變電路中的應用,才確定了它在電力電子技術中的重要地位。

pwm技術的具體應用

pwm軟體法控制充電電流

本方法的基本思想就是利用微控制器具有的pwm埠,在不改變pwm方波週期的前提下,通過軟體的方法調整微控制器的pwm控制暫存器來調整pwm的占空比,從而控制充電電流。本方法所要求的微控制器必須具有adc埠和pwm埠這兩個必須條件,另外adc的位數盡量高,微控制器的工作速度盡量快。在調整充電電流前,微控制器先快速讀取充電電流的大小,然後把設定的充電電流與實際讀取到的充電電流進行比較,若實際電流偏小則向增加充電電流的方向調整pwm 的占空比;若實際電流偏大則向減小充電電流的方向調整pwm的占空比。在軟體pwm的調整過程中要注意adc的讀數偏差和電源工作電壓等引入的紋波干擾,合理採用算術平均法等數字濾波技術。軟體pwm法具有以下優缺點。

優點:

簡化了pwm的硬體電路,降低了硬體的成本。利用軟體pwm不用外部的硬體pwm和電壓比較器,只需要功率mosfet、續流磁芯、儲能電容等元器件,大大簡化了外圍電路。

可控制涓流大小。在pwm控制充電的過程中,微控制器可實時檢測adc埠上充電電流的大小,並根據充電電流大小與設定的涓流進行比較,以決定pwm占空比的調整方向。

電池喚醒充電。微控制器利用adc埠與pwm的暫存器可以任意設定充電電流的大小,所以,對於電池電壓比較低的電池,在上電後,可以採取小電流充一段時間的方式進行充電喚醒,並且在小電流的情況下可以近似認為恆流,對電池的衝擊破壞也較小。

缺點:

電流控制精度低。充電電流的大小的感知是通過電流取樣電阻來實現的,取樣電阻上的壓降傳到微控制器的adc輸入埠,微控制器讀取本埠的電壓就可以知道充電電流的大小。若設定取樣電阻為rsample(單位為ω),取樣電阻的壓降為vsample(單位為mv), 10位adc的參考電壓為5.0v。則adc的1 lsb對應的電壓值為 5000mv/1024≈5mv。乙個5mv的數值轉換成電流值就是50ma,所以軟體pwm電流控制精度最大為50ma。若想增加軟體pwm的電流控制精度,可以設法降低adc的參考電壓或採用10位以上adc的微控制器。

pwm採用軟啟動的方式。在進行大電流快速充電的過程中,充電從停止到重新啟動的過程中,由於磁芯上的反電動勢的存在,所以在重新充電時必須降低pwm的有效占空比,以克服由於軟體調整pwm的速度比較慢而帶來的無法控制充電電流的問題。

充電效率不是很高。在快速充電時,因為採用了充電軟啟動,再加上微控制器的pwm調整速度比較慢,所以實際上停止充電或小電流慢速上公升充電的時間是比較大的。

為了克服2和3缺點帶來的充電效率低的問題,我們可以採用充電時間比較長,而停止充電時間比較短的充電方式,例如充2s停50ms,再加上軟啟動時的電流慢速啟動折合成的停止充電時間,設定為50ms,則實際充電效率為(2000ms-100ms)/2000ms=95%,這樣也可以保證充電效率在90%以上。

純硬體pwm法控制充電電流

由於微控制器的工作頻率一般都在4mhz左右,由微控制器產生的pwm的工作頻率是很低的,再加上微控制器用adc方式讀取充電電流需要的時間,因此用軟體pwm的方式調整充電電流的頻率是比較低的,為了克服以上的缺陷,可以採用外部高速pwm的方法來控制充電電流。現在智慧型充電器中採用的pwm控制晶元主要有tl494等,本pwm控制晶元的工作頻率可以達到300khz以上,外加阻容元件就可以實現對電池充電過程中的恆流限壓作用,微控制器只用乙個普通的i/o埠控制tl494使能即可。另外也可以採用電壓比較器替代tl494,如lm393和lm358等。採用純硬體pwm具有以下優缺點。

優點:

電流精度高。充電電流的控制精度只與電流取樣電阻的精度有關,與微控制器沒有關係。不受軟體pwm的調整速度和adc的精度限制。

充電效率高。不存在軟體pwm的慢啟動問題,所以在相同的恆流充電和相同的充電時間內,充到電池中的能量高。

對電池損害小。由於充電時的電流比較穩定,波動幅度很小,所以對電池的衝擊很小,另外tl494還具有限壓作用,可以很好地保護電池。

缺點:

硬體的**比較貴。tl494的使用在帶來以上優點的同時,增加了產品的成本,可以採用lm358或lm393的方式進行克服。

涓流控制簡單,並且是脈動的。電池充電結束後,一般採用涓流充電的方式對電池維護充電,以克服電池的自放電效應帶來的容量損耗。微控制器的普通i/o控制埠無法實現pwm埠的功能,即使可以用軟體模擬的方法實現簡單的pwm功能,但由於微控制器工作的實時性要求,其軟體模擬的pwm頻率也比較低,所以最終採用的還是脈衝充電的方式,例如在10%的時間是充電的,在另外90%時間內不進行充電。這樣對充滿電的電池的衝擊較小。

微控制器 pwm控制埠與硬體pwm融合

對於單純硬體pwm的涓流充電的脈動問題,可以採用具有pwm埠的微控制器,再結合外部pwm晶元即可解決涓流的脈動性。

在充電過程中可以這樣控制充電電流:採用恆流大電流快速充電時,可以把微控制器的pwm輸出全部為高電平(pwm控制晶元高電平使能)或低電平(pwm控制晶元低電平使能);當進行涓流充電時,可以把微控制器的pwm控制埠輸出pwm訊號,然後通過測試電流取樣電阻上的壓降來調整pwm的占空比,直到符合要求為止。

pwm一般選用電壓控制型逆變器,是通過改變功率電晶體交替導通的時間來改變逆變器輸出波形的頻率,改變每半週期內電晶體的通斷時間比,也就是說通過改變脈衝寬度來改變逆變器輸出電壓副值的大小。

其整流部分與逆變部分基本是對稱的。

物聯通訊硬體產品

can匯流排硬體互聯系統

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