目錄

• 什么是死區(qū)時(shí)間？

• 數(shù)據(jù)手冊的參數(shù)

• 如何計(jì)算合理的死區(qū)時(shí)間？

• STM32中配置死區(qū)時(shí)間

  
  

什么是死區(qū)時(shí)間？

PWM是脈沖寬度調(diào)制，在電力電子中，最常用的就是整流和逆變。這就需要用到整流橋和逆變橋。

對(duì)三相電來說，就需要三個(gè)橋臂。以兩電平為例，每個(gè)橋臂上有兩個(gè)電力電子器件，比如IGBT。大致如下圖所示；

這兩個(gè)IGBT不能同時(shí)導(dǎo)通，否則就會(huì)出現(xiàn)短路的情況，從而對(duì)系統(tǒng)造成損害。

那為什么會(huì)出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通的情況呢？

因?yàn)殚_關(guān)元器件的 和 嚴(yán)格意義并不是相同的。

所以在驅(qū)動(dòng)開關(guān)元器件門極的時(shí)候需要增加一段延時(shí)，確保另一個(gè)開關(guān)管完全關(guān)斷之后再去打開這個(gè)開關(guān)元器件，通常存在兩種情況；

• 上半橋關(guān)斷后，延遲一段時(shí)間再打開下半橋；
• 下半橋關(guān)斷后，延遲一段時(shí)間再打開上半橋；

這樣就不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，從而避免功率元件燒毀；死區(qū)時(shí)間控制在通常的單片機(jī)所配備的PWM中都有這樣的功能，下面會(huì)進(jìn)一步介紹。

相對(duì)于PWM來說，死區(qū)時(shí)間是在PWM輸出的這個(gè)時(shí)間，上下管都不會(huì)有輸出，當(dāng)然會(huì)使波形輸出中斷，死區(qū)時(shí)間一般只占百分之幾的周期。但是當(dāng)PWM波本身占空比小時(shí)，空出的部分要比死區(qū)還大，所以死區(qū)會(huì)影響輸出的紋波，但應(yīng)該不是起到?jīng)Q定性作用的。

另外如果死區(qū)設(shè)置過小，但是仍然出現(xiàn)上下管同時(shí)導(dǎo)通，因?yàn)閷?dǎo)通時(shí)間非常非常短，電流沒有變得很大，不足以燒毀系統(tǒng)，那此時(shí)會(huì)導(dǎo)致開關(guān)元器件發(fā)熱嚴(yán)重，所以選擇合適的死區(qū)時(shí)間尤為重要，過大過小都不行。

數(shù)據(jù)手冊的參數(shù)

這里看了一下NXP的IRF540的數(shù)據(jù)手冊，柵極開關(guān)時(shí)間如下所示；

然后找到相關(guān)的 ， ， ， 的相關(guān)典型參數(shù)；

• ：門極的開通延遲時(shí)間
• ：門極的關(guān)斷延遲時(shí)間
• ：門極上升時(shí)間
• ：門極下降時(shí)間

下面是一個(gè)IGBT的數(shù)據(jù)手冊；

下圖是IGBT的開關(guān)屬性，同樣可以找到 ， ， ， 等參數(shù)，下面計(jì)算的時(shí)候會(huì)用到；

如何計(jì)算合理的死區(qū)時(shí)間？

這里用 表示死區(qū)時(shí)間，因?yàn)殚T極上升和下降時(shí)間通常比延遲時(shí)間小很多，所以這里可以不用考慮它們。則死區(qū)時(shí)間滿足；

• :最大的關(guān)斷延遲時(shí)間；
• ?:最小的開通延遲時(shí)間；
• :最大的驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳遞延遲時(shí)間；
• ?:最小的驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳遞延遲時(shí)間；

其中 和 正如上文所提到的可以元器件的數(shù)據(jù)手冊中找到； 和 一般由驅(qū)動(dòng)器廠家給出；

如果是MCU的IO驅(qū)動(dòng)的話，需要考慮IO的上升時(shí)間和下降時(shí)間，另外一般會(huì)加光耦進(jìn)行隔離，這里還需要考慮到光耦的開關(guān)延時(shí)。

STM32中配置死區(qū)時(shí)間

STM32的TIM高級(jí)定時(shí)器支持互補(bǔ)PWM波形發(fā)生，同時(shí)它支持插入死區(qū)時(shí)間和剎車的配置。

直接看參考手冊里的寄存器TIMx_BDTR，這是配置剎車和死區(qū)時(shí)間的寄存器；

可以看到死區(qū)時(shí)間DT由**UTG[7：0]**決定，這里還有一個(gè)問題是 是什么？在TIMx_CR1的寄存器可以得知， 由TIMx_CR1寄存器的CKD決定；

如果這里配置成00，那么 和內(nèi)部定時(shí)器的頻率相同，為8M；

結(jié)合代碼做一下計(jì)算；系統(tǒng)頻率為72M,下面是時(shí)基單元的配置；

#define?PWM_FREQ?((u16)?16000)?//?in?Hz??(N.b.:?pattern?type?is?center?aligned)
#define?PWM_PRSC?((u8)0)
#define?PWM_PERIOD?((u16)?(CKTIM?/?(u32)(2?*?PWM_FREQ?*(PWM_PRSC+1))))?

??TIM_TimeBaseStructInit(&TIM1_TimeBaseStructure);
??/*?Time?Base?configuration?*/
??TIM1_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler?=?0x0;
??TIM1_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode?=?TIM_CounterMode_CenterAligned1;
??TIM1_TimeBaseStructure.TIM_Period?=?PWM_PERIOD;
??TIM1_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision?=?TIM_CKD_DIV2;

PWM的頻率是16K，注意這里的PWM是中央對(duì)齊模式，因此配置的時(shí)鐘頻率為32K;

下面時(shí)剎車和死區(qū)時(shí)間，BDTR寄存器的配置，因此這里的CK_INT為32M

#define?CKTIM?((u32)72000000uL)??/*?Silicon?running?at?72MHz?Resolution:?1Hz?*/
#define?DEADTIME_NS?((u16)?500)??//in?nsec;?range?is?[0...3500]
#define?DEADTIME??(u16)((unsigned?long?long)CKTIM/2?\
??????????*(unsigned?long?long)DEADTIME_NS/1000?000?000uL)

??TIM1_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState?=?TIM_OSSRState_Enable;
??TIM1_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState?=?TIM_OSSIState_Enable;
??TIM1_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel?=?TIM_LOCKLevel_1;?
??TIM1_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime?=?DEADTIME;
??TIM1_BDTRInitStructure.TIM_Break?=?TIM_Break_Disable;
??TIM1_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity?=?TIM_BreakPolarity_High;
??TIM1_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput?=?TIM_AutomaticOutput_Disable;

例：若TDTS = 31ns(32MHZ)，可能的死區(qū)時(shí)間為：0到3970ns，若步長時(shí)間為31ns；4000us到8us，若步長時(shí)間為62ns；8us到16us，若步長時(shí)間為250ns；16us到32us，若步長時(shí)間為500ns；

如果需要配置死區(qū)時(shí)間 1000ns，系統(tǒng)頻率72,000,000Hz，那么需要配置寄存器的值為；

直接寫成宏定義的形式；

#define?DEADTIME??(u16)((unsigned?long?long)CKTIM/2?\
??????????*(unsigned?long?long)DEADTIME_NS/1000?000?000uL)

用示波器驗(yàn)證了一下；具體如下圖所示；