单片机PWM输出控制MOS管给电池充电问题 -

标题: 单片机PWM输出控制MOS管给电池充电问题 [打印本页]

作者: linpeng1981 时间: 2021-11-20 07:18
标题: 单片机PWM输出控制MOS管给电池充电问题
请教各位青年才俊：
用单片机的PWM控制MOS管给电池充电，一个AD采样电池电压，一个AD采样电流。
流程如下：
1，采样电池电压，根据电池电压来确定是：预充（涓流），恒流充电，恒压充电，终止。分别对应不同的输出电流要求。
2，采样电流反馈电压，根据1得来的要求做对比，调整PWM脉宽。
3，PWM输出。
4，循环1-3.

电流反馈电阻是100mR,电流波动范围要求50mA.
A/D:10BIT ,参考电压：2V
LSB检测电压：1.9mV.

目前PWM: 200K HZ，单片机的主频：8MHZ，最小计时0.125US，按200KHZ的速度，则PERIOD=40,也就是说DUTY增加1，其实调整的比例是：2.5%

问题：
现在的输出电流不稳定，不受控。已排除硬件外围问题。

疑问：
1，更改脉宽后，电流要多久才发生变化？假如我检测到电流比要求的小，那么我调整脉宽增加，那么电流什么时候才会增加，假如在我下次调整脉宽之后才增加，那么是不是中间又会调整一次？
2，按逻辑流程，其实控制比较简单，但是不知道为什么电流控制非常不理想。

麻烦各位帮忙看下，谢谢！

作者: 人工置顶员 时间: 2021-11-21 00:31
顶一下

作者: TTQ001 时间: 2021-11-22 04:50
带电压电流环的PWM稳压器拓扑结构复杂，为了保证电流环的稳定性，斜率补偿很重要。

作者: linpeng1981 时间: 2021-11-22 07:25
自己顶下

作者: linpeng1981 时间: 2021-11-23 06:41

TTQ001 发表于 2021-11-22 04:50
带电压电流环的PWM稳压器拓扑结构复杂，为了保证电流环的稳定性，斜率补偿很重要。

谢谢，听得不是很明白，能否详细描述下斜率补偿是怎么处理？

谢谢

作者: qinlu123 时间: 2021-11-23 16:14
电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的读取周期是多少，滤波算法是什么

作者: linpeng1981 时间: 2021-11-23 16:39

qinlu123 发表于 2021-11-23 16:14
电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的读取周期是多少，滤波算法是 ...

要求充电电流波动+/- 50mA,但是电流波动有时候几百mA.
控制PWM的脉宽周期我试过8ms,32ms,250ms等间隔时间调整一次，都不行。
控制算法我的正文部分有描述，如果你说的是PID之类的，那就没有，这种芯片ROM资源都少，没办法用PID之类的。而且市面上有做好的，也是普通芯片，也没有用PID之类。
ADC读取电池电压是250ms间隔。
ADC读取电流反馈电压有试过8ms，32ms，250ms等等。
滤波的话就是连续采样10次，去掉最小值，最大值，然后去平均值。

作者: Y_G_G 时间: 2021-11-23 17:12
你这是产品还是DIY?
如果是DIY,直接一个充电IC搞定,不要把简单事情搞复杂
如果是产品,这就有点扯了,一个PWM给电池充电的完整电路下来,至少有5块钱的成本吧
一片5A充电电流的锂电池充电IC(其它电池也是差不多),成本也就5块左右,但事就省下很多了
锂电池的基础知识,你还是要多学习一下
1:预充,这个是恒流小电流充电,电流没有绝对规定值,C/20也行吧,C/30也行.....,一般电池电压3.0V以下进行
2:快速恒流充电,这个是大电流充电阶段,充电电流一般最大为1C,一般电池电压在3.85V以下进行
3恒压,电池电压达到3.85V之后开始以4.20V电压恒压充电,不管电流是多少
4,结束充电,当充电电流低于C/10时,可以结束充电,再充意义不大
如果你还不知道这C/10,C/20什么意思,那........

单片机方面,不管你PWM频率是多少,充电电流和电池电压都是不稳定的,滤波是肯定要的,不然ADC出来的数据跳来跳去的
首先是PWM输出滤波,然后是ADC结果滤波
如果你对我说不理解,那先放弃吧,去学一下基础知识,学好了再接手这个项目

作者: linpeng1981 时间: 2021-11-23 19:01

Y_G_G 发表于 2021-11-23 17:12
你这是产品还是DIY?
如果是DIY,直接一个充电IC搞定,不要把简单事情搞复杂
如果是产品,这就有点扯了,一个P ...

谢谢你的回复。其实我的想法跟你差不多，用颗充电IC即安全又省事。
但是成本这块的话应该是有节省的，本身IC必须要带AD,PWM，如果连带把充电IC省了就节约了，外围的话用充电IC也需要电感这些元器件，该产品目前基本都是用单片机来实现充电。
锂电池的这个充电各阶段还是有所了解。

其实流程什么的是非常简单的，如果你做过有经验的话，可以分享下你是如何处理，比如PWM频率，滤波等等这些。

作者: Y_G_G 时间: 2021-11-24 00:02

linpeng1981 发表于 2021-11-23 19:01
谢谢你的回复。其实我的想法跟你差不多，用颗充电IC即安全又省事。
但是成本这块的话应该是有节省的，本 ...

没有这么干过,所以就没有什么好经验可言
你可以试一下用PMOS管PWM控制,输出先滤波,电流取样电阻放在电池的负极,这样的话电池电压和充电电流可能会相对稳定,至少理论上是这样的,你参考一下

作者: qinlu123 时间: 2021-11-24 07:51

linpeng1981 发表于 2021-11-23 16:39
要求充电电流波动+/- 50mA,但是电流波动有时候几百mA.
控制PWM的脉宽周期我试过8ms,32ms,250ms等间隔时 ...

给电池充电不用PID也行毕竟负载比较稳定，ADC采样尽量快点滤波尽量多点，每做完一次滤波再改变占空比。比如你1ms采集一个AD值采集100个做平均滤波，那么就是100ms算一个平均值，算完平均值之后再根据这个值去改变占空比。做任何控制，PWM占空比的改变周期（也就是控制周期）和反馈数据的采集周期（多久计算一次滤波）是息息相关的。你目前电流波动大是因为电流数据采集太少滤波也太少。你可以做个实验，如果固定占空比不变（在保证安全的前提下）看电流波动范围有多大，如果波动范围满足要求就意味着你可以通过努力来实现控制，如果固定占空比都不能满足要求那么就是没戏了。

作者: linpeng1981 时间: 2021-11-24 08:36

Y_G_G 发表于 2021-11-24 00:02
没有这么干过,所以就没有什么好经验可言
你可以试一下用PMOS管PWM控制,输出先滤波,电流取样电阻放在电池 ...

非常感谢你的回复及建议，目前这部分的硬件电路我们是参考大批量出货的成品，电路这块应该是成熟的。
我所有的问题其实就来自软件方面跟硬件反馈：
如：PWM的脉宽调整一个最小单位，比如2.5%
1，PWM调整后，多长时间电流会变化？
2，电流变化多少？

因为这2个因素决定了波动范围。

至于ADC采样滤波这些是最基本要保证可靠的前提，这部分我已经先验证。
但是上述2点很难测试，所以想看看有没有人做过，给出我没有注意到的方面。

PCB板还要等几天才能调试，到时候看结果再跟你分享，谢谢。

作者: Y_G_G 时间: 2021-11-24 12:55

linpeng1981 发表于 2021-11-24 08:36
非常感谢你的回复及建议，目前这部分的硬件电路我们是参考大批量出货的成品，电路这块应该是成熟的。
我 ...

在电池充电这一块,并不需要什么高速运算呀,就像楼上说的,你可以增加ADC的次数,取平均值,再去改变占空比
但这都是理论上的,实际的操作是要有实际数据作为参考的
电池充电的各个阶段的电压和电流并不是要绝对标准的,对于时间来说,差个一两分钟也没事,这期间,是有很多时间给单片机的
PWM调整之后,充电电流马上就跟着变化了,比如你增加了1%占空比之后,可以在增加之后进行130次的ADC,然后去掉最大和最小值,再平均,得出电流
而且,随着电池电压的增加,充电电流是慢慢变小的,所以,你也不用增加占空比之后电流过大,完全可以5秒或者更长时间调节一次充电电流,不需要PID的,除非你对PID很拿手,那自然是好
对于占空比,你肯定要有一组实际的数据,比如电池电压3.0V时,1C充电电流的占空比是多少,一次完整充放电的数据......之类的

作者: linpeng1981 时间: 2021-11-24 19:36

qinlu123 发表于 2021-11-24 07:51
给电池充电不用PID也行毕竟负载比较稳定，ADC采样尽量快点滤波尽量多点，每做完一次滤波再改变占空比。比 ...

非常感谢，可以按你说的测试下，很有可能是AD值取样数太少，因为只才了10个点，然后8ms就改变一次占空比了。有试过250ms间隔采样，但是采样点还是10个点。有可能滤波效果并不好。
谢谢。

作者: linpeng1981 时间: 2021-11-24 19:39

Y_G_G 发表于 2021-11-24 12:55
在电池充电这一块,并不需要什么高速运算呀,就像楼上说的,你可以增加ADC的次数,取平均值,再去改变占空比
...

非常感谢你的回复。等PCB板好了后按各位的建议测试下。到时候有了结果再向各位汇报情况。谢谢了。

作者: 好吧gjktyg 时间: 2024-7-24 17:23
这种情况只能使用单片机外部中断或者让单片机通过检测然后输出一个恒定的占空比试试

作者: coody_sz 时间: 2024-7-25 13:53
上PID吧，妥妥的。

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