中心議題：

• 分析調節PWM轉換器最大占空比方案

解決方案：

• 利用斜坡電壓設置脈寬
• 調整PWM的周期、PWM的占空比

脈mai衝chong寬kuan度du調tiao製zhi是shi一yi種zhong模mo擬ni控kong製zhi方fang式shi，其qi根gen據ju相xiang應ying載zai荷he的de變bian化hua來lai調tiao製zhi晶jing體ti管guan柵zha極ji或huo基ji極ji的de偏pian置zhi
，來lai實shi現xian開kai關guan穩wen壓ya電dian源yuan輸shu出chu晶jing體ti管guan或huo晶jing體ti管guan導dao通tong時shi間jian的de改gai變bian，這zhe種zhong方fang式shi能neng使shi電dian源yuan的de輸shu出chu電dian壓ya在zai工gong作zuo條tiao件jian變bian化hua時shi保bao持chi恒heng定ding，是shi利li用yong微wei處chu理li器qi的de數shu字zi輸shu出chu來lai對dui模mo擬ni電dian路lu進jin行xing控kong製zhi的de一yi種zhong非fei常chang有you效xiao的de技ji術shu。PWMkongzhijishuyiqikongzhijiandan，linghuohedongtaixiangyinghaodeyoudianerchengweidianlidianzijishuzuiguangfanyingyongdekongzhifangshi
，yeshirenmenyanjiuderedian。youyudangjinkexuejishudefazhanyijingmeiyoulexuekezhijiandejiexian，jiehexiandaikongzhililunsixianghuoshixianwuxiezhenruankaiguanjishujianghuichengweiPWM控製技術發展的主要方向之一……在zai電dian壓ya模mo式shi控kong製zhi下xia
，脈mai寬kuan比bi較jiao器qi利li用yong斜xie坡po電dian壓ya設she置zhi脈mai寬kuan。此ci外wai，在zai電dian流liu模mo式shi控kong製zhi下xia

，斜xie坡po電dian壓ya的de一yi部bu分fen可ke以yi添tian加jia到dao電dian流liu斜xie坡po，以yi增zeng強qiang係xi統tong的de穩wen定ding性xing。通tong常chang
，當dang轉zhuan換huan器qi對dui斜xie坡po電dian壓ya放fang電dian時shi（下降或關閉時間），將切斷電源開關。通過控製下降時間，可以調節轉換器的最大占空比。

PWM 控製器 UCC38C42產品說明書指出標準的放電電流為 8.4 mA。假設需要 200 kHz 的工作頻率，最大脈衝寬度為 75%。可以計算出通過放電晶體管的總放電量為10.5nC。該 IC 對電容器充電的方法是利用一個電阻連接參考電壓  （Vref） 與 IC 時間電容器 （Ct） 引腳。因此，在整

個切換周期內
，Vref 到 Ct 引腳之間都會有電流通過。該電流大小與Ct 引腳電壓和電阻 Rt 的值相關。從產品說明書上還可以知道 Ct  引腳上的電壓將發生 1.9V 變化。盡管該變化不是完全線性的，因為 Rt 上發生的電壓變化僅為電源電壓的 40%
，並將從接近地電平開始並放電至接近地電平。

隨著電子技術的發展，出現了多種PWM技術
，其中包括：相電壓控製PWM
、脈寬PWM法、隨機PWM、SPWM法、線電壓控製PWM等，而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法
，它是把每一脈衝寬度均相等的脈衝列作為PWM波(bo)形(xing)
，通(tong)過(guo)改(gai)變(bian)脈(mai)衝(chong)列(lie)的(de)周(zhou)期(qi)可(ke)以(yi)調(tiao)頻(pin)，改(gai)變(bian)脈(mai)衝(chong)的(de)寬(kuan)度(du)或(huo)占(zhan)空(kong)比(bi)可(ke)以(yi)調(tiao)壓(ya)

，采(cai)用(yong)適(shi)當(dang)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)即(ji)可(ke)使(shi)電(dian)壓(ya)與(yu)頻(pin)率(lv)協(xie)調(tiao)變(bian)化(hua)。可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)調(tiao)整(zheng)PWM的周期、PWM的占空比而達到控製充電電流的目的。

圖 1 中正斜率斜線表示電容器的充電電壓。斜線以下的區域表示 75% 循(xun)環(huan)時(shi)間(jian)內(nei)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)累(lei)計(ji)充(chong)電(dian)量(liang)。由(you)於(yu)電(dian)壓(ya)呈(cheng)直(zhi)線(xian)下(xia)降(jiang)，放(fang)電(dian)時(shi)通(tong)過(guo)電(dian)阻(zu)的(de)電(dian)流(liu)與(yu)相(xiang)應(ying)電(dian)壓(ya)在(zai)充(chong)電(dian)時(shi)通(tong)過(guo)電(dian)阻(zu)的(de)電(dian)流(liu)保(bao)持(chi)一(yi)致(zhi)。因(yin)此(ci)，放(fang)電(dian)時(shi)通(tong)過(guo) Rt 的累計電流電量是充電時 Ct 充電電量的三分之一。

通過內部放電晶體管的總電量為放電啟動時電容器的充電電量，加上電容器放電時通過 Rt 的電流電量。總的電量是電容器的峰值電量加上電容器放電時通過電阻的電量的 1/3

，也就是電容器的峰值電量的11/3，原因是放電斜坡也是一條直線。由此可看出，充電電流與放電電流非常相似。因此，由於充電占了3/4的時間，而放電占了1/4的時間，故放電時的累計電量應該是充電時的1/3。

基於這點
，我們可以確定Ct的值。我們知道電容器發生的電壓變化為1.9V，我們還知道在峰值電壓時，電容器充電電量的變化為10.5nC*（3/4）= 7.875nC。因此
，電容器電容為 7.875 nC/1.9 V="4".145 nF。有了電容值，我們現在就可以得到電阻值了。電壓源為5V，並根據方程：

我們根據兩個已知的電壓：V值 的變化量為1.9V和5.0V 的 Vref 
，以及 3.75ms的時間，得出Rt為：


公式。結果為Rt =1.893 kΩ。在仿真器中對該分析的結果進行了測試
，圖2顯示了電容器的電壓，兩條線的斜率非常接近線性。通過電阻的電流波形顯示了結果很類似的鏡像。

陡dou升sheng的de波bo形xing相xiang當dang於yu對dui電dian容rong器qi的de放fang電dian，而er緩huan降jiang的de電dian流liu波bo形xing表biao示shi對dui電dian容rong器qi充chong電dian。下xia一yi步bu將jiang檢jian查zha容rong差cha的de影ying響xiang。高gao低di轉zhuan折zhe點dian電dian壓ya變bian化hua都dou很hen小xiao。較jiao高gao的de轉zhuan折zhe點dian電dian壓ya會hui造zao成cheng更geng長chang的de充chong放fang電dian時shi間jian。同tong樣yang，較jiao低di的de轉zhuan折zhe點dian電dian壓ya會hui造zao成cheng頻pin率lv上shang升sheng
，因yin為weiCt電壓可以更快地到達較低電壓轉折點。

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由(you)於(yu)容(rong)差(cha)的(de)存(cun)在(zai)，電(dian)容(rong)值(zhi)的(de)變(bian)化(hua)與(yu)電(dian)壓(ya)轉(zhuan)折(zhe)點(dian)的(de)變(bian)化(hua)具(ju)有(you)同(tong)樣(yang)作(zuo)用(yong)。最(zui)大(da)脈(mai)衝(chong)寬(kuan)度(du)與(yu)總(zong)的(de)周(zhou)期(qi)時(shi)間(jian)比(bi)例(li)將(jiang)保(bao)持(chi)同(tong)一(yi)數(shu)值(zhi)。這(zhe)基(ji)本(ben)上(shang)是(shi)由(you)於(yu)充(chong)放(fang)電(dian)周(zhou)期(qi)的(de)線(xian)性(xing)特(te)性(xing)造(zao)成(cheng)的(de)。放(fang)電(dian)電(dian)流(liu)的(de)波(bo)動(dong)會(hui)改(gai)變(bian)電(dian)容(rong)充(chong)放(fang)電(dian)時(shi)間(jian)的(de)比(bi)例(li)。如(ru)果(guo)放(fang)電(dian)電(dian)流(liu)小(xiao)於(yu)標(biao)準(zhun)值(zhi)，則(ze)放(fang)電(dian)時(shi)間(jian)將(jiang)更(geng)長(chang)，但(dan)是(shi)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)。這(zhe)會(hui)產(chan)生(sheng)兩(liang)方(fang)麵(mian)的(de)影(ying)響(xiang)。如(ru)果(guo)放(fang)電(dian)電(dian)流(liu)大(da)於(yu)標(biao)準(zhun)值(zhi)

，則(ze)出(chu)現(xian)相(xiang)反(fan)情(qing)況(kuang)。如(ru)果(guo)電(dian)路(lu)隻(zhi)有(you)在(zai)預(yu)設(she)的(de)最(zui)大(da)占(zhan)空(kong)比(bi)下(xia)才(cai)能(neng)進(jin)行(xing)工(gong)作(zuo)的(de)話(hua)
，則(ze)必(bi)須(xu)確(que)保(bao)在(zai)最(zui)大(da)放(fang)電(dian)電(dian)流(liu)時(shi)
，電(dian)路(lu)依(yi)然(ran)能(neng)在(zai)安(an)全(quan)限(xian)值(zhi)內(nei)工(gong)作(zuo)。所(suo)用(yong)的(de) Rt 也必須有容差，該阻值容差相對於放電電流的波動而言
，變化並不大
，推薦使用 0.1% 的阻值容差。

在該IC中，放電電流的波動範圍為7.2mA ~ 9.5mA。對電路進行設計時
，要牢記電流可以達到最大值，並且至關重要地是占空比不能超過75%的限值。最這將使Ct變為4.688nF，電阻變為1.631 kΩ。

很自然，若放電電流為另一極限值7.2 mA，則最大占空比將小於預期的75%，頻率也將比預期的200kHz低。我們可以在最小放電電流時求出最大占空比。由這就是說，較低放電電流時的最大占空比是67%，並且頻率將減小為178.7kHz。電路仿真的結果參見圖3。

接下來電路設計人員必須參照說明書
，確定Ct和Rt的變化是否在IC的工作範圍內。他還必須驗證頻率的波動範圍是1.8kHz ~ 200kHz，並且應用中最大占空比是從低頻率時的67% ~ 200kHz時的75%。

如果電路必須工作於200kHz或更高頻率，則應在接地與Ct電容器之間施加一個電壓脈衝，其保持時間比下降時間短，使電路同步。如果電路在178kHz與67%占空比時是自由運行的，則通過同步，電路也將在200kHz工作。但是它仍然有67%的最大占空比，隻是斜坡電壓波的波幅減少了。

用精確值Ct=4.31 nF、Rt=1.8kΩ構建一塊試驗電路板進行測量。計算所得的頻率為192kHz，與實際測量值一致。占空比略微有些不同
，約為 77%，這可能是因為測量誤差。分析、仿真以及實際的測量均顯示了良好的一致性。

PWMdeyigeyoudianshicongchuliqidaobeikongxitongxinhaodoushishuzixingshide，wuxujinxingshumozhuanhuan。rangxinhaobaochiweishuzixingshikejiangzaoshengyingxiangjiangdaozuixiao。zaoshengzhiyouzaiqiangdaozuyijiangluoji1改變為邏輯0或將邏輯0改變為邏輯1時
，也才能對數字信號產生影響。

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