單片機PWM輸出控制MOS管給電池充電問題

ID:915384 · 發(fā)表于 2021-11-20 07:18

請教各位青年才俊：
用單片機的PWM控制MOS管給電池充電，一個AD采樣電池電壓，一個AD采樣電流。
流程如下：
1，采樣電池電壓，根據(jù)電池電壓來確定是：預充（涓流），恒流充電，恒壓充電，終止。分別對應不同的輸出電流要求。
2，采樣電流反饋電壓，根據(jù)1得來的要求做對比，調整PWM脈寬。
3，PWM輸出。
4，循環(huán)1-3.

電流反饋電阻是100mR,電流波動范圍要求50mA.
A/D:10BIT ,參考電壓：2V
LSB檢測電壓：1.9mV.

目前PWM: 200K HZ，單片機的主頻：8MHZ，最小計時0.125US，按200KHZ的速度，則PERIOD=40,也就是說DUTY增加1，其實調整的比例是：2.5%

問題：
現(xiàn)在的輸出電流不穩(wěn)定，不受控。已排除硬件外圍問題。

疑問：
1，更改脈寬后，電流要多久才發(fā)生變化？假如我檢測到電流比要求的小，那么我調整脈寬增加，那么電流什么時候才會增加，假如在我下次調整脈寬之后才增加，那么是不是中間又會調整一次？
2，按邏輯流程，其實控制比較簡單，但是不知道為什么電流控制非常不理想。

麻煩各位幫忙看下，謝謝！

ID:301191 · 發(fā)表于 2021-11-21 00:31

頂一下

ID:420836 · 發(fā)表于 2021-11-22 04:50

帶電壓電流環(huán)的PWM穩(wěn)壓器拓撲結構復雜，為了保證電流環(huán)的穩(wěn)定性，斜率補償很重要。

ID:915384 · 發(fā)表于 2021-11-22 07:25

自己頂下

ID:915384 · 發(fā)表于 2021-11-23 06:41

TTQ001 發(fā)表于 2021-11-22 04:50
帶電壓電流環(huán)的PWM穩(wěn)壓器拓撲結構復雜，為了保證電流環(huán)的穩(wěn)定性，斜率補償很重要。

謝謝，聽得不是很明白，能否詳細描述下斜率補償是怎么處理？

謝謝

ID:446156 · 發(fā)表于 2021-11-23 16:14

電流不受控到底不受控到什么程度，你的控制周期是多少，控制算法是什么，ADC的讀取周期是多少，濾波算法是什么

ID:915384 · 發(fā)表于 2021-11-23 16:39

qinlu123 發(fā)表于 2021-11-23 16:14
電流不受控到底不受控到什么程度，你的控制周期是多少，控制算法是什么，ADC的讀取周期是多少，濾波算法是 ...

要求充電電流波動+/- 50mA,但是電流波動有時候幾百mA.
控制PWM的脈寬周期我試過8ms,32ms,250ms等間隔時間調整一次，都不行。
控制算法我的正文部分有描述，如果你說的是PID之類的，那就沒有，這種芯片ROM資源都少，沒辦法用PID之類的。而且市面上有做好的，也是普通芯片，也沒有用PID之類。
ADC讀取電池電壓是250ms間隔。
ADC讀取電流反饋電壓有試過8ms，32ms，250ms等等。
濾波的話就是連續(xù)采樣10次，去掉最小值，最大值，然后去平均值。

ID:401564 · 發(fā)表于 2021-11-23 17:12

你這是產品還是DIY?
如果是DIY,直接一個充電IC搞定,不要把簡單事情搞復雜
如果是產品,這就有點扯了,一個PWM給電池充電的完整電路下來,至少有5塊錢的成本吧
一片5A充電電流的鋰電池充電IC(其它電池也是差不多),成本也就5塊左右,但事就省下很多了
鋰電池的基礎知識,你還是要多學習一下
1:預充,這個是恒流小電流充電,電流沒有絕對規(guī)定值,C/20也行吧,C/30也行.....,一般電池電壓3.0V以下進行
2:快速恒流充電,這個是大電流充電階段,充電電流一般最大為1C,一般電池電壓在3.85V以下進行
3恒壓,電池電壓達到3.85V之后開始以4.20V電壓恒壓充電,不管電流是多少
4,結束充電,當充電電流低于C/10時,可以結束充電,再充意義不大
如果你還不知道這C/10,C/20什么意思,那........

單片機方面,不管你PWM頻率是多少,充電電流和電池電壓都是不穩(wěn)定的,濾波是肯定要的,不然ADC出來的數(shù)據(jù)跳來跳去的
首先是PWM輸出濾波,然后是ADC結果濾波
如果你對我說不理解,那先放棄吧,去學一下基礎知識,學好了再接手這個項目

ID:915384 · 發(fā)表于 2021-11-23 19:01

Y_G_G 發(fā)表于 2021-11-23 17:12
你這是產品還是DIY?
如果是DIY,直接一個充電IC搞定,不要把簡單事情搞復雜
如果是產品,這就有點扯了,一個P ...

謝謝你的回復。其實我的想法跟你差不多，用顆充電IC即安全又省事。
但是成本這塊的話應該是有節(jié)省的，本身IC必須要帶AD,PWM，如果連帶把充電IC省了就節(jié)約了，外圍的話用充電IC也需要電感這些元器件，該產品目前基本都是用單片機來實現(xiàn)充電。
鋰電池的這個充電各階段還是有所了解。

其實流程什么的是非常簡單的，如果你做過有經驗的話，可以分享下你是如何處理，比如PWM頻率，濾波等等這些。

ID:401564 · 發(fā)表于 2021-11-24 00:02

linpeng1981 發(fā)表于 2021-11-23 19:01
謝謝你的回復。其實我的想法跟你差不多，用顆充電IC即安全又省事。
但是成本這塊的話應該是有節(jié)省的，本 ...

沒有這么干過,所以就沒有什么好經驗可言
你可以試一下用PMOS管PWM控制,輸出先濾波,電流取樣電阻放在電池的負極,這樣的話電池電壓和充電電流可能會相對穩(wěn)定,至少理論上是這樣的,你參考一下 51hei截圖20211124000153.png

ID:446156 · 發(fā)表于 2021-11-24 07:51

linpeng1981 發(fā)表于 2021-11-23 16:39
要求充電電流波動+/- 50mA,但是電流波動有時候幾百mA.
控制PWM的脈寬周期我試過8ms,32ms,250ms等間隔時 ...

給電池充電不用PID也行畢竟負載比較穩(wěn)定，ADC采樣盡量快點濾波盡量多點，每做完一次濾波再改變占空比。比如你1ms采集一個AD值采集100個做平均濾波，那么就是100ms算一個平均值，算完平均值之后再根據(jù)這個值去改變占空比。做任何控制，PWM占空比的改變周期（也就是控制周期）和反饋數(shù)據(jù)的采集周期（多久計算一次濾波）是息息相關的。你目前電流波動大是因為電流數(shù)據(jù)采集太少濾波也太少。你可以做個實驗，如果固定占空比不變（在保證安全的前提下）看電流波動范圍有多大，如果波動范圍滿足要求就意味著你可以通過努力來實現(xiàn)控制，如果固定占空比都不能滿足要求那么就是沒戲了。

ID:915384 · 發(fā)表于 2021-11-24 08:36

Y_G_G 發(fā)表于 2021-11-24 00:02
沒有這么干過,所以就沒有什么好經驗可言
你可以試一下用PMOS管PWM控制,輸出先濾波,電流取樣電阻放在電池 ...

非常感謝你的回復及建議，目前這部分的硬件電路我們是參考大批量出貨的成品，電路這塊應該是成熟的。
我所有的問題其實就來自軟件方面跟硬件反饋：
如：PWM的脈寬調整一個最小單位，比如2.5%
1，PWM調整后，多長時間電流會變化？
2，電流變化多少？

因為這2個因素決定了波動范圍。

至于ADC采樣濾波這些是最基本要保證可靠的前提，這部分我已經先驗證。
但是上述2點很難測試，所以想看看有沒有人做過，給出我沒有注意到的方面。

PCB板還要等幾天才能調試，到時候看結果再跟你分享，謝謝。

ID:401564 · 發(fā)表于 2021-11-24 12:55

linpeng1981 發(fā)表于 2021-11-24 08:36
非常感謝你的回復及建議，目前這部分的硬件電路我們是參考大批量出貨的成品，電路這塊應該是成熟的。
我 ...

在電池充電這一塊,并不需要什么高速運算呀,就像樓上說的,你可以增加ADC的次數(shù),取平均值,再去改變占空比
但這都是理論上的,實際的操作是要有實際數(shù)據(jù)作為參考的
電池充電的各個階段的電壓和電流并不是要絕對標準的,對于時間來說,差個一兩分鐘也沒事,這期間,是有很多時間給單片機的
PWM調整之后,充電電流馬上就跟著變化了,比如你增加了1%占空比之后,可以在增加之后進行130次的ADC,然后去掉最大和最小值,再平均,得出電流
而且,隨著電池電壓的增加,充電電流是慢慢變小的,所以,你也不用增加占空比之后電流過大,完全可以5秒或者更長時間調節(jié)一次充電電流,不需要PID的,除非你對PID很拿手,那自然是好
對于占空比,你肯定要有一組實際的數(shù)據(jù),比如電池電壓3.0V時,1C充電電流的占空比是多少,一次完整充放電的數(shù)據(jù)......之類的

ID:915384 · 發(fā)表于 2021-11-24 19:36

qinlu123 發(fā)表于 2021-11-24 07:51
給電池充電不用PID也行畢竟負載比較穩(wěn)定，ADC采樣盡量快點濾波盡量多點，每做完一次濾波再改變占空比。比 ...

非常感謝，可以按你說的測試下，很有可能是AD值取樣數(shù)太少，因為只才了10個點，然后8ms就改變一次占空比了。有試過250ms間隔采樣，但是采樣點還是10個點。有可能濾波效果并不好。
謝謝。

ID:915384 · 發(fā)表于 2021-11-24 19:39

Y_G_G 發(fā)表于 2021-11-24 12:55
在電池充電這一塊,并不需要什么高速運算呀,就像樓上說的,你可以增加ADC的次數(shù),取平均值,再去改變占空比
...

非常感謝你的回復。等PCB板好了后按各位的建議測試下。到時候有了結果再向各位匯報情況。謝謝了。

ID:1124395 · 發(fā)表于 2024-7-24 17:23

這種情況只能使用單片機外部中斷或者讓單片機通過檢測然后輸出一個恒定的占空比試試

ID:1034262 · 發(fā)表于 2024-7-25 13:53

上PID吧，妥妥的。

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單片機PWM輸出控制MOS管給電池充電問題