如何計(jì)算合理的死區(qū)時(shí)間？

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什么是死區(qū)時(shí)間？

數(shù)據(jù)手冊(cè)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。

互補(bǔ)PWM的死區(qū)時(shí)間

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(cè)的參數(shù)

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

IRF540

然后找到相關(guān)的，，，的相關(guān)典型參數(shù)；

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(cè)；

IGBT

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；

開關(guān)屬性

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(cè)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(cè)里的寄存器TIMx_BDTR，這是配置剎車和死區(qū)時(shí)間的寄存器；

TIMx_BDTR

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；

CKD

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；

#definePWM_FREQ((u16)16000)//inHz(N.b.:patterntypeiscenteraligned) #definePWM_PRSC((u8)0) #definePWM_PERIOD((u16)(CKTIM/(u32)(2*PWM_FREQ*(PWM_PRSC+1))))TIM_TimeBaseStructInit(&TIM1_TimeBaseStructure); /*TimeBaseconfiguration*/ 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

#defineCKTIM((u32)72000000uL)/*Siliconrunningat72MHzResolution:1Hz*/ #defineDEADTIME_NS((u16)500)//innsec;rangeis[0...3500] #defineDEADTIME(u16)((unsignedlonglong)CKTIM/2 *(unsignedlonglong)DEADTIME_NS/1000000000uL)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(zhǎng)時(shí)間為31ns；4000us到8us，若步長(zhǎng)時(shí)間為62ns；8us到16us，若步長(zhǎng)時(shí)間為250ns；16us到32us，若步長(zhǎng)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；

#defineDEADTIME(u16)((unsignedlonglong)CKTIM/2 *(unsignedlonglong)DEADTIME_NS/1000000000uL)

用示波器驗(yàn)證了一下；具體如下圖所示；

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