直流电源PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

直流电源PWM控制技术在逆变直流电源电路设计中应用最广，应用的逆变直流电源电路设计绝大部分是直流电源PWM型，直流电源PWM控制技术正是有赖于在逆　变直流电源电路设计中的应用，才确定了它在电力直流电源技术中的重要地位。

理论基础：

冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。

图1　形状不同而冲量相同的各种窄脉冲

面积等效原理：

分别将如图1所示的直流电源电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L直流电源电路设计）上，如图2a所示。其输出直流电源电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。

图2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形

用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。

S直流电源PWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的直流电源PWM波形。

图3 用直流电源PWM波代替正弦半波

要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。

直流电源PWM直流电源电流波： 直流电源电流型逆变直流电源电路设计进行直流电源PWM控制，得到的就是直流电源PWM直流电源电流波。

直流电源PWM波形可等效的各种波形：

直流斩波直流电源电路设计：等效直流波形

S直流电源PWM波：等效正弦波形，还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和S直流电源PWM控制相同，也基于等效面积原理。

随着直流电源技术的发展，出现了多种直流电源PWM技术，其中包括：相直流电源电压控制直流电源PWM、脉宽直流电源PWM法、随机直流电源PWM、SPWM法、线直流电源电压控制直流电源PWM等，而本文介绍的是在镍氢充电机充电电池智能充电机充电器中采用的脉宽直流电源PWM法。它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为直流电源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直流电源电压与频率协调变化。可以通过调整直流电源PWM的周期、直流电源PWM的占空比而达到控制充电机充电直流电源电流的目的。

直流电源PWM技术的具体应用

直流电源PWM软件法控制充电机充电直流电源电流

本方法的基本思想就是利用单片机具有的直流电源PWM端口，在不改变直流电源PWM方波周期的前提下，通过软件的方法调整单片机的直流电源PWM控制寄存器来调整直流电源PWM的占空比，从而控制充电机充电直流电源电流。

本方法所要求的单片机必须具有ADC端口和直流电源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。

在调整充电机充电直流电源电流前，单片机先快速读取充电机充电直流电源电流的大小，然后把设定的充电机充电直流电源电流与实际读取到的充电机充电直流电源电流进行比较，若实际直流电源电流偏小则向增加充电机充电直流电源电流的方向调整直流电源PWM 的占空比；若实际直流电源电流偏大则向减小充电机充电直流电源电流的方向调整直流电源PWM的占空比。

在软件直流电源PWM的调整过程中要注意ADC的读数偏差和直流电源工作直流电源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。软件直流电源PWM法具有以下优缺点。

优点：

简化了直流电源PWM的硬件直流电源电路设计，降低了硬件的成本。利用软件直流电源PWM不用外部的硬件直流电源PWM和直流电源电压比较器，只需要功率MOSFET、续流磁芯、储能电容等元器件，大大简化了外围直流电源电路设计。

可控制涓流大小。在直流电源PWM控制充电机充电的过程中,单片机可实时检测ADC端口上充电机充电直流电源电流的大小，并根据充电机充电直流电源电流大小与设定的涓流进行比较，以决定直流电源PWM占空比的调整方向。

充电机充电电池唤醒充电机充电。单片机利用ADC端口与直流电源PWM的寄存器可以任意设定充电机充电直流电源电流的大小，所以，对于充电机充电电池直流电源电压比较低的充电机充电电池，在上电后，可以采取小直流电源电流充一段时间的方式进行充电机充电唤醒，并且在小直流电源电流的情况下可以近似认为恒流，对充电机充电电池的冲击破坏也较小。

缺点：

直流电源电流控制精度低。充电机充电直流电源电流的大小的感知是通过直流电源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直流电源电压就可以知道充电机充电直流电源电流的大小。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的参考直流电源电压为5.0V。则ADC的1 LSB对应的直流电源电压值为 5000mV/1024≈5mV。一个5mV的数值转换成直流电源电流值就是50mA，所以软件直流电源PWM直流电源电流控制精度最大为50mA。若想增加软件直流电源PWM的直流电源电流控制精度，可以设法降低ADC的参考直流电源电压或采用10位以上ADC的单片机。

直流电源PWM采用软启动的方式。在进行大直流电源电流快速充电机充电的过程中，充电机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，所以在重新充电机充电时必须降低直流电源PWM的有效占空比,以克服由于软件调整直流电源PWM的速度比较慢而带来的无法控制充电机充电直流电源电流的问题。

充电机充电效率不是很高。在快速充电机充电时，因为采用了充电机充电软启动，再加上单片机的直流电源PWM调整速度比较慢，所以实际上停止充电机充电或小直流电源电流慢速上升充电机充电的时间是比较大的。

为了克服2和3缺点带来的充电机充电效率低的问题，我们可以采用充电机充电时间比较长，而停止充电机充电时间比较短的充电机充电方式，例如充2s停50ms，再加上软启动时的直流电源电流慢速启动折合成的停止充电机充电时间，设定为50ms，则实际充电机充电效率为（2000ms－100ms）/2000ms＝95％，这样也可以保证充电机充电效率在90%以上。

纯硬件直流电源PWM法控制充电机充电直流电源电流

由于单片机的工作频率一般都在4MHz左右，由单片机产生的直流电源PWM的工作频率是很低的，再加上单片机用ADC方式读取充电机充电直流电源电流需要的时间，因此用软件直流电源PWM的方式调整充电机充电直流电源电流的频率是比较低的，为了克服以上的缺陷，可以采用外部高速直流电源PWM的方法来控制充电机充电直流电源电流。现在智能充电机充电器中采用的直流电源PWM控制芯片主要有TL494等,本直流电源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充电机充电电池充电机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。另外也可以采用直流电源电压比较器替代TL494，如LM393和LM358等。采用纯硬件直流电源PWM具有以下优缺点。

优点：

直流电源电流精度高。充电机充电直流电源电流的控制精度只与直流电源电流采样电阻的精度有关，与单片机没有关系。不受软件直流电源PWM的调整速度和ADC的精度限制。

充电机充电效率高。不存在软件直流电源PWM的慢启动问题，所以在相同的恒流充电机充电和相同的充电机充电时间内，充到充电机充电电池中的能量高。

对充电机充电电池损害小。由于充电机充电时的直流电源电流比较稳定，波动幅度很小，所以对充电机充电电池的冲击很小，另外TL494还具有限压作用，可以很好地保护充电机充电电池。

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。充电机充电电池充电机充电结束后，一般采用涓流充电机充电的方式对充电机充电电池维护充电机充电，以克服充电机充电电池的自放电效应带来的容量损耗。单片机的普通I/O控制端口无法实现直流电源PWM端口的功能，即使可以用软件模拟的方法实现简单的直流电源PWM功能，但由于单片机工作的实时性要求，其软件模拟的直流电源PWM频率也比较低，所以最终采用的还是脉冲充电机充电的方式，例如在10%的时间是充电机充电的，在另外90%时间内不进行充电机充电。这样对充满电的充电机充电电池的冲击较小。

单片机 直流电源PWM控制端口与硬件直流电源PWM融合

对于单纯硬件直流电源PWM的涓流充电机充电的脉动问题，可以采用具有直流电源PWM端口的单片机，再结合外部直流电源PWM芯片即可解决涓流的脉动性。

在充电机充电过程中可以这样控制充电机充电直流电源电流：采用恒流大直流电源电流快速充电机充电时，可以把单片机的直流电源PWM输出全部为高电平（直流电源PWM控制芯片高电平使能）或低电平（直流电源PWM控制芯片低电平使能）；当进行涓流充电机充电时，可以把单片机的直流电源PWM控制端口输出直流电源PWM直流电源信号，然后通过测试直流电源电流采样电阻上的压降来调整直流电源PWM的占空比，直到符合要求为止。

直流电源PWM一般选用直流电源电压控制型逆变器，是通过改变功率晶体管交替导通的时间来改变逆变器输出波形的频率，改变每半周期内晶体管的通断时间比，也就是说通过改变脉冲宽度来改变逆变器输出直流电源电压副值的大小。

其整流部分与逆变部分基本是对称的。

总之，最后的输出波形可调，副值可调，甚至功率因数也可调，不过，好象都是用正弦波做为基波的啦。