元件電力知識|有關(guān)PWM“死區”時(shí)間解析-KIA MOS管

有關(guān)PWM“死區”時(shí)間

PWM是脈寬調制。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。對三相電來(lái)說(shuō)，就需要三個(gè)橋臂。以?xún)呻娖綖槔總€(gè)橋臂上有兩個(gè)電力電子器件，比如igbt。這兩個(gè)igbt不能同時(shí)導通，否則就會(huì )出現短路的情況。

因此，設計帶死區的pwm波可以防止上下兩個(gè)器件同時(shí)導通。也就是說(shuō)，當一個(gè)器件導通后關(guān)閉，再經(jīng)過(guò)一段死區，這時(shí)才能讓另一個(gè)導通。

PWM“死區”時(shí)間-死區，簡(jiǎn)單解釋?zhuān)?/span>

通常，大功率電機、變頻器等，末端都是由大功率管、IGBT等元件組成的H橋或3相橋。

每個(gè)橋的上半橋和下半橋是是絕對不能同時(shí)導通的，但高速的PWM驅動(dòng)信號在達到功率元件的控制極時(shí)，往往會(huì )由于各種各樣的原因產(chǎn)生延遲的效果，造成某個(gè)半橋元件在應該關(guān)斷時(shí)沒(méi)有關(guān)斷，造成功率元件燒毀。

死區就是在上半橋關(guān)斷后，延遲一段時(shí)間再打開(kāi)下半橋或在下半橋關(guān)斷后，延遲一段時(shí)間再打開(kāi)上半橋，從而避免功率元件燒毀。這段延遲時(shí)間就是死區。(就是上、下半橋的元件都是關(guān)斷的)死區時(shí)間控制在通常的低端單片機所配備的PWM中是沒(méi)有的。

死區時(shí)間是PWM輸出時(shí)，為了使H橋或半H橋的上下管不會(huì )因為開(kāi)關(guān)速度問(wèn)題發(fā)生同時(shí)導通而設置的一個(gè)保護時(shí)段，所以在這個(gè)時(shí)間，上下管都不會(huì )有輸出，當然會(huì )使波形輸出中斷，死區時(shí)間一般只占百分之幾的周期。

但是PWM波本身占空比小時(shí)，空出的部分要比死區還大，所以死區會(huì )影響輸出的紋波，但應該不是起到?jīng)Q定性作用的。

DSP里的PWM死區

在整流逆變的過(guò)程中，同一相的上下橋不能同時(shí)導通,否則電源會(huì )段路，理論上DSP產(chǎn)生的PWM是不會(huì )同時(shí)通，但器件的原因PWM不可能是瞬時(shí)電平跳變的，總是梯形下降的，這樣會(huì )可能使上下橋直通，為此，設一個(gè)極短的時(shí)間，上下橋都關(guān)閉，再選擇性開(kāi)通，避免了上下橋直通，實(shí)際控制中死區會(huì )導致控制性能變差。

PWM的上下橋臂的三極管是不能同時(shí)導通的。如果同時(shí)導通就會(huì )是電源兩端短路。所以，兩路觸發(fā)信號要在一段時(shí)間內都是使三極管斷開(kāi)的。這個(gè)區域就叫做“死區”。

PWM的占空比決定輸出到直流電機的平均電壓。PWM不是調節電流的。

PWM的意思是脈寬調節，也就是調節方波高電平和低電平的時(shí)間比，一個(gè)20%占空比波形，會(huì )有20%的高電平時(shí)間和80%的低電平時(shí)間，而一個(gè)60%占空比的波形則具有60%的高電平時(shí)間和40%的低電平時(shí)間，占空比越大，高電平時(shí)間越長(cháng)，則輸出的脈沖幅度越高，即電壓越高。

如果占空比為0%，那么高電平時(shí)間為0，則沒(méi)有電壓輸出。如果占空比為100%，那么輸出全部電壓。所以通過(guò)調節占空比，可以實(shí)現調節輸出電壓的目的，而且輸出電壓可以無(wú)級連續調節。

1.PWM控制的基本原理

理論基礎：

沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節上時(shí)，其效果基本相同。效果基本相同，是指環(huán)節的輸出響應波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。

面積等效原理：

分別將如圖1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(R-L電路)上，如圖2a所示。其輸出電流i(t)對不同窄脈沖時(shí)的響應波形如圖2b所示。從波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。

脈沖越窄，各i(t)響應波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應i(t)也是周期性的。用傅里葉級數分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。

用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波，正弦半波N等分，看成N個(gè)相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等;用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積(沖量)相等，寬度按正弦規律變化。

SPWM波形——脈沖寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形。

要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。

PWM電流波： 電流型逆變電路進(jìn)行PWM控制，得到的就是PWM電流波。

PWM波形可等效的各種波形：

直流斬波電路：等效直流波形

SPWM波：等效正弦波形，還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SPWM控制相同，也基于等效面積原理。

2. PWM相關(guān)概念

占空比：就是輸出的PWM中，高電平保持的時(shí)間與該PWM的時(shí)鐘周期的時(shí)間之比。如，一個(gè)PWM的頻率是1000Hz，那么它的時(shí)鐘周期就是1ms，就是1000us，如果高電平出現的時(shí)間是200us，那么低電平的時(shí)間肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是說(shuō)PWM的占空比就是1:5。

分辨率也就是占空比最小能達到多少，如8位的PWM，理論的分辨率就是1：255(單斜率)，16位的的PWM理論就是1:65535(單斜率)。

頻率就是這樣的，如16位的PWM，它的分辨率達到了1:65535，要達到這個(gè)分辨率，T/C就必須從0計數到65535才能達到，如果計數從0計到80之后又從0開(kāi)始計到80.......，那么它的分辨率最小就是1:80了，但是，它也快了，也就是說(shuō)PWM的輸出頻率高了。

雙斜率 / 單斜率

假設一個(gè)PWM從0計數到80，之后又從0計數到80....... 這個(gè)就是單斜率。

假設一個(gè)PWM從0計數到80，之后是從80計數到0....... 這個(gè)就是雙斜率。

可見(jiàn)，雙斜率的計數時(shí)間多了一倍，所以輸出的PWM頻率就慢了一半，但是分辨率卻是1:(80+80) =1:160，就是提高了一倍。

假設PWM是單斜率，設定最高計數是80，我們再設定一個(gè)比較值是10，那么T/C從0計數到10時(shí)(這時(shí)計數器還是一直往上計數，直到計數到設定值80)，單片機就會(huì )根據你的設定，控制某個(gè)IO口在這個(gè)時(shí)候是輸出1還是輸出0還是端口取反，這樣，就是PWM的最基本的原理了。

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