資料介紹
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;
#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(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;
#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;
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