IGBT的可靠性与死区补偿

IG B T 的可靠性与死区补偿

3Ξ

陈其工　凌有铸　张绍德

(安徽机电学院　芜湖　241000)摘　要　综合考虑了IG B T 的调制频率、驱动与保护、缓冲电路以及固有擎住效应诸因素,提高了IG B T 逆变器的整机可靠性,减少因开关滞时造成的逆变器输出电压畸变,最后介绍了一种简单、实用的死区补偿方法。

关键词　绝缘栅晶体管、逆变器、可靠性、死区补偿

中图分类号　TN389

引 言目前中小功率的交流调速系统中越来越多地采用IG B T 逆变器。IG B T 是集MOSFET 与双极型晶体管的优点的复合型器件,与以前的电力电子器件相比,综合性能明显占优。然而,由于IG B T 的特殊结构,其运行可靠性与驱动电路、过流保护、缓冲电路的设计有关。本文通过选择IG B T 的开关速度、采用合理的关断脉冲后沿陡度及缓冲电路,提高IG B T 逆变器的可靠性,有效抑制了IG B T 的动、静态擎住效应,并采用简单实用的算法对逆变器中的同一桥臂上下两只IG B T 的死区时间进行了补偿,提高变频器整机性能。

1　IG B T 开关速度的确定

IG B T 的硬开关速度可达20kHz ,虽然生产厂家宣称由此频率调制的PWM 波可以使得模块工作无噪音;电机电流波形畸变更小以及调速系统损耗更小。实则不尽然,抑制模块噪音是确实的,但载波频率越高,SPWM 波形从理论上分析越接近正弦波,由此推理出电机的谐波电流、谐波转矩及损耗达到较小值也是理论上的,然而,实际上过高的调制频率将使开关损耗过大,死区补偿困难,系统损耗及波形畸变率可能将更大。且当电机起动、负载运行,尤其是重负载起动时,过快的关断速度将造成d i d t

过大,加大开关损耗,也给缓冲电路的设计带来困难,同时也带来保护困难。由于管耗过大,产生静态擎住效应的可能性加大。通过反复比较认为选择2～3kHz 的调制频率是适宜的,实际上,本文基于空间矢量调制的逆变器,调制频率亦无须太高。

2　驱动与保护

供IG B T 使用的集成驱动电路也有数种,各自的功能也不尽相同。从综合观点来看,还Ξ　安徽省教委资助项目

收稿日期:1999203203

第一作者:1961年生,硕士,副教授。

第14卷第2期

1999年6月安　徽　机　电　学　院　学　报

Joumal of Anhui Institute of Mechanical &Electrical Engineering Vol.14No.2J un.1999

a 1较陡的脉冲后沿

b 1合适的脉冲后沿图1　2MBI50-120的关断波形

没有一种十全十美的驱动电路[1][2]。

自行设计IG B T 的驱动与保护电路仍

是一种较好的选择,驱动及保护电路

应具备以下主要功能:

(1)能向IG B T 提供适当的正向

栅压。当漏源电压一定时,V GE 愈高,

V CES 愈小,但一旦短路,则短路电流

愈大,器件损坏的可能性也愈大;反之

则V CES 较大而短路电流较小,一般选

取V GE 为+15V 。

(2)为使IG B T 在关栅期间可靠

截止,应加一反向栅压,以便当有开关

噪声出现时,仍能可靠截止,关栅电压取-5V 。(3)一般的文献都要求驱动电路

向IG B T 栅极提供具有陡峭前后沿的驱脉冲,实践表明脉冲前沿愈陡愈好。而后沿陡峭虽可使关断时间减少,但并非愈短愈好,比如当负载电流超过额定值却又未达到短路保护值时,过短的关断时间有害无益,将在关断瞬间产生巨大的d i d t

,虽然并不一定使IG B T 一次性失效,但次数频繁也会影响IG B T 的可靠性。

图1是所研制的715kW IG B T 变频器所采用的不同关断后沿所得的V CE 波形,可见合

适的关断脉冲后沿陡度有助于抑制d i d t

,也就抑制了V CE 开关浪涌电压。(4)过流保护。

当IG B T 发生短路时,若不采用其它限流措施,短路电流可达额定电流的6～10倍,在此条件下,短路时间超过10μs 将导致功率管失效,若在此情况下对IG B T 实行硬关断,过大的d i d t

会在主电路分布电感感应出高压,超过IG B T 的I -V 安全工作区,而且也可能使IG 2B T 中寄生晶闸管产生动态擎住效应而失效。一般均采用软关断技术并配合布线技术来完成过流保护。软关断技术的关键在于保护阀值电压及关断时间长短的设定。根据V CE 的大图2　RCD 缓冲电路

小来判断IG B T 是否发生短路,要注意到不同型号的IG B T 其

V CES 在115～4V 之间变化,正向额定电压愈高、饱和压降愈

大,在调试过程中,采用V CES +5作为2MB I50-120模块关栅

阀值电压,取得满意的保护效果,同时也没有发生过误保护。

缓关断总时间取在15～20μs 之间。

3　缓冲电路

虽然采用了以上措施会大大减少关断过程中的开关浪涌

电压,合适的缓冲电路仍是必不可少的。采用变形的RCD 缓

?

2? 安徽机电学院学报 1999年

冲电路结构[3],如图2。电路工作原理如下:在T 1稳定运行时加关断信号后,T 1迅速阻断,只要V CE 1≤E d 时,I 负载电流经T 1的集电极与发射集间寄生电容流过;当V CE 1>E d ,且D 2导通前,R 1起续流作用;D 2导通后,改由D 2续流,负载电流由上桥臂向下桥臂换流,当D 2进入稳态续流期时,C 1上的过充电压流经R 1后向电源放电,并最后等于直流电压。电路中有关元件参数按以下公式选取:

图3　I GB T 的等效电路C 1=C 2=L s I 2

(V cep -E d )2式中:I 0为IG B T 的最大脉冲电流;L s 为抑制电路的电感;

V cep =E d +V FD +L s d i d t ;R s <12×3C s f

,;V FD 为抑制电路二极管的暂态正向压降。

4　擎住效应及防护技术[1]

IG B T 由四层PNPN 组成,内部形成一个寄生晶闸管,如图

3所示,有可能由于再生作用而发生擎住,其擎住效应有静态与

动态二种。IG B T 的静态擎住效应发生在1和T 2管的静态电流放大系数α1和α2之和为1时,IG B T 的栅极失去控制作用而产生擎住。

IG B T 的动态擎住效应是发生在其关断时,IG B T 的T 2结因反偏几乎承受全部高压。当重加d v d t

时,如发生αs1+αs2=1(此αs1和αs2为T 1、T 2的动态电流放大系数,与α1和α2无关),擎住将发生。

通过以上分析可见,IG B T 的擎住效应既是由器件的特殊结构决定的,又受外界运行条(a )三段式 (b )六段式图4　空间矢量的合成方法件的影响,从IG B T 的使用角度看,运用前面章节

介绍的技术比如:选择合适的、较低的运行频率、

适当的缓关断方法、必要的缓冲电路以及过热保

护电路,可非常有效地抑制擎住效应。后者以散

热器温度不超过70℃为宜,且过热开关应尽量放

置在离模块较近的地方。

5　互锁补偿

设逆变器中上、下桥臂设置的死区时间为T d

(本逆变器取为5μs )。由空间矢量PWM 技术知,一个给定的电压矢量V 3,可以由最近的二个非零电压矢量(设为V a 和V b )以及一个零矢量合成。使合成矢量更接近目标矢量[4],一般均要将两个非零电压矢量分段来发,图4b 是常用的六段式PWM 策略。为了寻求一种简单易行的互锁补偿方法,认为功率管的开关波形近似为方波,只是加入了一段关断时延。这样实际的输出电压和给定的PWM 脉冲之间的关系如图5。

图5中,关断时间t s 实际上随负载电流等因素变化而改变,本文调试的采用2MB I 50-

?3?第2期 陈其工等　IG B T 的可靠性与死区补偿研究

(a )I a >0 (b )I a <0图5　互锁效应对实际输出相电压的影响

120构成的715kW 逆变器,

其开断时间大约在015～

215μs 之间变化,为了简化

实时控制,t s 取常数2μs 。

不过在检测到的电流过零

瞬间的那个波形,t s 可以认

为是0。由图5,可得出补偿

后的给定信号与未加补偿

时的给定信号关系为:

I a >0时,

T 3a 1=T a 1-T d +t s ,T 3

a 2=T a 2+T d -t s ;

I a <0时,T 3a 1=T a 1-t s ,T 3a 2=T a 2-T d +t s 。6　结论

在所设计的715kW 全数字变频器中,综合使用了以上技术,从未损坏过功率IG B T 模块,大大提高了系统的可靠性。在对互锁时间进行补偿后,在变频器高频或低频段运行时,都取得了较为满意的结果。

参 考 文 献

1　尹海,李思海,张光东1IG B T 驱动电路性能分析1电力电子技术,1998(3):86～89

2　陈其工1IG B T 的驱动与保护技术在SPWM 变频器中的应用1机电工程,1998,15(5):35～383　陈益广,薛向党,郭晖1三相桥式逆变器关断缓冲电路的研究1电气传动,1998(5):13～16

4　周友,黄立培,喻辉洁1空间矢量PWM 技术及互锁补偿研究1CAVD ’97,中国海南,1997:346～352

Re search on IG BT Reliability

and Dead Zone Comp ensation

Chen Qigong L i ng Youz hu Zhang S haode

(Anhui Institute of Mechanical and Electrical Engineering Wuhu 241000)

Abstract Modulating frequency drive and protection of IG B T 、buffer circuit and latch -up ef 2fect have all been taken into consideration so that the higher reliability of inverter using IG B Ts can be obtained.At last ,a simple method for dead -zone compesation is introduced to decrease the wave distortion of output valtage of inverter ,caused by on -off delay of IG B T.

K eyw ords IG B T ,inverter ,reliability ,dead zone compensation ?

4? 安徽机电学院学报 1999年

死区补偿总结

死区补偿技术 清华大学电机系 缪学进 1 引言 微处理和电力电子技术的迅速发展，极大地促进了PWM技术的发展和应用，各种PWM 交流传动技术在工农业生产、国防和日常生活中得到了广泛的应用。我们知道，任何固态的电子开关器件都具有一定的固有开通和关断时间。对于确定的开关器件，固有开通和关断时间内输出信号是不可控制的。三相桥式逆变器系统中，同一桥臂上的两个开关器件工作于互补状态。由于一般开关器件的开通时间小于关断时间，因此，如果将互补的控制信号加到同一桥臂上两个开关器件的控制极上，那么这两个开关器件将会发生“直通”，其后果非常严重。所以目前的逆变器系统广泛采用时间延迟的控制技术即将理想的PWM控制信号上升沿或下降沿延迟一段时间，在这段时间内输出信号是不可控的，这就是死区时间[1]。死区的存在使逆变器不能完全精确复现控制信号的波形，输出电压产生幅值和相位的误差。由于死区的作用，每一个调制周期内引起的微小畸变经积累后，必然会使逆变器的输出电流波形产生畸变，它不但会降低基波幅值，而且会产生低次谐波，直接影响电动机在低速下的运行性能。过去为了消除死区的影响，通常采用硬件和软件相结合的解决方案，但硬件补偿方法存在着检测精度差、滞后以及实现困难等问题。微处理器在电机控制中的应用使死区补偿变得容易，尤其是TI公司的专为电机控制设计的2000系列处理器（如TMS320F240、TMS320LF2407、TMS320F2812等）在芯片内部集成了专门的硬件电路进行死区补偿，减少了电压误差，可以获得满意的效果。 2 死区效应分析 三相电压型逆变器的基本构成如图 1 所示，与电流型逆变器相比，电压型逆变器可以提高逆变器的开关频率，有利于快速控制和抑制逆变器噪声，并且输出阻抗小，适合于交流电机调速控制。 为了防止逆变器区桥臂的上下功率开关发生直通，在上下功率开关改变状态时必须插入死区时间，即先将已开通的功率管关断，插入一定的死区延时，再开通另一个处于关断状态的功率管。

示波器的死区时间

示波器的死区时间 很多客户在选择示波器的时候除了关注带宽、采样率和存储深度外，更关心的就是示波器的死区时间，死区时间的长短直接决定了捕获异常信号的能力大小。示波器的死区时间具体是多少，怎么去计算呢，答案即将揭晓。 1、采样时间、死区时间和捕获时间 数字示波器捕获信号的过程是典型的“采集-处理-采集-处理”过程，如图1所示为数字示波器的采集原理，一个捕获周期由采样时间和（处理时间）死区时间组成，如图2所示。 图1 示波器采集原理图 采样时间：是信号采样存储的过程。 死区时间（处理时间）：是示波器对采样存储回来的数字信号进行测量运算，显示等处理的过程。死区时间内示波器不进行采集。 图2 采样时间与死区时间 所以：捕获时间=采样时间+死区时间，而捕获时间又等于波形刷新率的倒数。 波形刷新率即波形捕获率，指的是每秒捕获波形的次数，表示为波形每秒（wfms/s）。 2、死区时间的计算

死区时间的大小影响着遗漏信号的多少，也决定了捕获异常信号概率的大小，那么如何去计算示波器死区时间的大小呢？本次以ZDS2024 Plus示波器为例，ZDS2024 Plus的波形刷新率为330Kwfm/s，将时基档位调制50ns/div，可以看到异常信号闪现在示波器的屏幕上，如图3所示。 图3 ZDS2024 Plus示波器捕获异常信号 根据捕获到的波形进行死区时间的计算，在50ns/div的时基档位下以下为计算的过程： 图4 死区时间计算公式

3、死区时间对捕获信号的影响 上图4和表1为ZDS2024 Plus示波器与普通示波器的死区时间对比，在相同的时基档位下，ZDS2024 Plus有效采样时间为23.1%，普通示波器有效采样时间为0.2%，相当于在1s 内ZDS2024 Plus采集231ms，而普通示波器仅仅采集了20ms，相差20倍以上，如图5所示。 图5 不同示波器死区时间对比 从图5可看出波形刷新率越高，死区时间就越短，捕获异常信号的概率就越高；波形刷新率越低，死区时间就越长，捕获异常信号的概率就越小。 波形刷新率与死区时间就像拍照的瞬间，如下图6所示，拍照的频率越高，中间间隔的时间就越短，能抓拍到一掠而过的飞机的机率就越高，动静结合的美好作品就能呈现在我们眼前。 图6拍照频率对比图

SVPWM中全新的死区时间效应补偿方法

ＳＶＰＷＭ中全新的死区时间效应补偿方法 杨来坡王泰宇徐鸿李千里 安徽中家智锐科技有限公司 摘要：文章对３相逆变的死区时间效应进行了分析，同时给出了一种全新的针对永磁同步电机驱动中死区效应的补偿方法。该方法同时考虑了零电流钳位和寄生电容的影响，经过计算和实际验证，确实改善了死区效应的影响。本方法理论分析的有效性及其实际效果都通过在空调直流电机驱动控制应用中得到了充分验证。 关键词：三电平逆变器；死区时间；补偿；ＰＷＭ Ｄｅａｄ－ｔｉｍｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＳＶＰＷＭ　 Ｌａｉｐｏ　ＹａｎｇＴａｉｙｕ　ＷａｎｇＨｏｎｇ　ＸｕＱｉａｎｌｉ　Ｌｉ Ａｎｈｕｉ　Ｃｈｅａｒｉ　Ｚｈｉ　Ｒｕｉ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｔｈｅ　Ｄｅａｄ－ｔｉｍｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ｐｈａｓｅｓ　ｂｒｉｄｇｅ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．　Ａ　Ｄｅａｄ－ｔｉｍｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｆｏｒ　ａ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ－ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ　ｄｒｉｖｅ　ｔａｋｉｎｇ　ｚｅｒｏ－ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄａｍｐ　ａｎｄ　ｐａｒａｓｉｔｉｃ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｉｎｔｏ　ａｃｃｏｕｎｔ．　Ｉｔ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　Ｄｅａｄ－ｔｉｍｅ　ｅｆｆｅｃｔ，　ｗｉｔｈ　ｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｌｉｔｔｌｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　．Ｔｈｅ　ｖａｌｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ，　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｏｆ　Ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ　ｍｏｔｏｒ．　 Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　Ｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ；Ｄｅａｄ　ｔｉｍｅ；Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ＰＷＭ

液压泵马达死区补偿

（４）死区补偿控制 滑阀式比例阀在阀芯运动起点（节流阀）或中位附近（方向阀）带有一定的遮盖量（即死区）。该死区减小零位阀芯泄漏，并在例如电源失效或急停工况提供更大安全性。然而阀芯遮盖的影响意味着必须向阀电磁铁线圈提供一定的最小信号值，然后系统中才出现可感觉到的动作。如图11-6(a)所示。 为了降低成本，改善工艺性，比例方向阀的节流边约有15%~20%I max的覆盖量，通常正反两个方向均有死区存在，且其大小不同。为了提高控制质量，需要设法消除该死区，常用的方法是利用阶跃信号产生快调电路，是阀芯迅速越过死区，如图11-6（b）所示。 图11-6（a）死区的形成图11-6（b）死区补偿（5）斜坡控制与方向识别 斜坡信号用于控制信号的上升变化和下降变化的速度（如摊铺机的起步，停机过程，前后行驶控制中死区的过渡等），使当输入阶跃信号时，能够以可调的速率无冲击的到达给定值的要求，从而获得平稳而迅速的起动，转换或停止，进而提高机器的作业效率。放大器上的可调的斜坡函数发生器实际上是通过电位器调整斜坡信号的角度，而不是斜坡时间，如图11-7（a）所示。现代数字控制技术中，为了实现更精确和舒适性的要求，其斜坡的形式利用软件技术可以按人为设计的曲线形式来控制。 在比例方向阀放大器中，象限识别（即方向识别）用于两个运动方向的加速和减速控制，如图11-7（b）所示。图中比例阀控制执行器，电磁铁a通电使缸活塞沿“前进”方向移动。加速度可由加速斜坡A来控制。为了使活塞运动反向，活塞先以由减速斜坡D确定的变化率减速，随着阀芯越过中位和电磁铁b通电，活塞在此以加速斜坡A确定的变化率沿后退方向加速，因而可以看到，在X与Y点之间阀芯在阀体中沿同一方向运动，但阀芯运动速度会在

SVPWM逆变器死区效应补偿方法的研究

SVPWM逆变器死区效应补偿方法的研究 DEAD-TIME COMPENSATION FOR VECTOR-CONTROL INDUCTION MOTOR PWM INVERTER 王高林，贵献国，于泳，徐殿国 （哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江省 哈尔滨市 150001） (Email: Wanggl@https://www.wendangku.net/doc/7617426763.html,, Xianggui@https://www.wendangku.net/doc/7617426763.html,, Yuyong@https://www.wendangku.net/doc/7617426763.html,, Xudiang@https://www.wendangku.net/doc/7617426763.html, ) 摘要：针对伺服系统矢量控制系统，提出了一种可以补偿死区误差电压并消除零电流钳位效应的死区补偿方法。在分析了影响死区效应的因素以及等效死区时间的表达式的基础上，采用平均死区时间补偿法，在两相静止轴系中对等效死区时间产生的误差电压进行了补偿。为了提高电流极性检测的准确性，利用旋转轴系中的励磁电流和转矩电流分量经过坐标反变换，判断电流在两相静止轴系所处的扇区来决定需要施加的补偿电压。另外为了更好地消除由于死区时间而产生的零电流钳位效应，将一种消除零电流钳位效应的方法结合到上述补偿方法中。最后通过TMS320F2812 DSP芯片来实现补偿算法，并在11kW 伺服电机矢量控制系统中验证了补偿算法的有效性。 ABSTRACT: A dead-time compensation strategy is presented to compensate dead-time error-voltage and eliminate zero-current clamping effect for servo motor vector control system. The factor influencing dead-time effect is analyzed, and expression of equivalent dead time is deduced. Average dead-time compensation technique is adopted to compensate error-voltage at two-phase stationary frame. To improve accuracy of detection of current direction, components of magnetizing current and torque current are transformed into two-phase stationary frame. Therefore compensating voltage vector can be decided according to the sector the current vector is locating. In addition, a kind of zero-current clamping effect eliminating scheme is adopted combining with the above compensation method to improve the compensation performance. The proposed compensation method is performed with TMS320F2812 DSP chip. Experimental results demonstrate the efficiency of the dead-time compensation method in 11kW servo motor vector control system. 关键词：伺服系统，空间矢量PWM，死区效应，零电流钳位，补偿 KEY WORDS:servo system; space vector PWM; dead-time effect; zero-current clamping; compensation 1 引言 由于伺服系统在各种工业场合应用非常普遍，永磁伺服电机相关控制技术研究也获得了广泛重视，其中空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）一直是一个热门的研究课题[1,2]。在SVPWM逆变器中，为了防止同一桥臂的两只开关管产生直通，需要在两只开关管的开通与关断时刻之间加入一定的死区时间，所产生的死区效应会造成逆变器输出电压基波分量减小、输出电流波形畸变及输出转矩脉动[3]。在感应电机矢量控制场合，往往需要知道电压的状态量，由于输出电压是由离散的脉冲组合而成难以测量，通常直接将参考电压当作输出电压。但与参考电压相比，实际的输出电压由于受死区时间影响而与参考电压有所差别。因此为了能够进一步提高感应电机的控制性能，有必要对死区效应进行有效地补偿。 已经有众多学者对死区效应进行了研究，并提出了许多补偿方法[3-10]。这些方法基本上可以分为两种，一种是基于平均误差电压补偿法，这种方法具有易于实现的优点，缺点是补偿不够精确，后来又有学者对开关器件管压降引起的附加死区时间，以及电路中寄生参数对死区效应的影响进行了研究[11,12]。另一类方法是基于脉冲的补偿方法，这种方法可以对死区时间进行较精确地补偿，但对控制芯片的要求也更高，要求在一个PWM载波周期内进行两次采样[12]。死区补偿中电流极性的检测很重要，如果对电流过零点判断不够准确反而会引起误补偿。尽管很多补偿方法能够取得不错的补偿效果，但在低速轻载的场合，经常会发生零电流钳位的现象，使输出电流产生畸变[12]。本文研究了一种采用平均误差电压补偿法并结合消除零电流钳位效应的方法对感应电机PWM逆变器的死区效应进行了补偿，最后在11kW伺服

STM32高级定时器死区时间设置探究

STM32高级定时器死区时间设置探究 一、死区设置位置： 决定死区时间设置的位是‘刹车和死区寄存器TIM1->BDTR’中的DTG[7:0]，设置范围是0x00~0xff。 二、死区时间设置公式如下： DT为死区持续时间，TDTS为系统时钟周期时长，Tdtg为系统时钟周期时长乘以倍数后的死区设置时间步进值。 在72M的定时器时钟下TDTS=1/72M=13.89ns. 所以以第一个公式，死区时间能以13.89ns的步进从0调整到127*13.89ns=1764ns 第二个公式则能（64+0）*2*13.89~（64+63）*2*13.89=1777.9ns~3528.88ns 换个角度看，就是（128~254）*13.89

同理，第三个公式就是3555.84ns~7000.56ns 换个角度看，就是（256~504）*13.89 第四个公式就是7111.68ns~14001.12ns 换个角度看，就是(512~1008)*13.89 综上： 死区时间就是不同的公式代表不同范围的死区时间设置，这个范围是互不重叠的。而但是在不同的死区时间范围内死区时间设置步进是不同的。 若某个系统时钟下的死区时间不够，可以通过改变定时器时钟来改变最大死区时间范围。 当根据硬件电路的特性定下死区时间后，可以根据目标死区时间范围来找到相应的公式，然后代入公式求解出相应的整数（有时候不一定是整数，那就选择最近的那个），拼接DTG[7:5]+DTG[4:0]即可。 例子：这样当我需要3us的死区持续时间时，则可这么计算： 3us在第二个公式决定的死区范围之内。所以选择第二个公式。 3000/(13.89*2)=108,所以DTG[5:0]=108-64=44,所以DTG=127+44=171=0Xab TIM1->BDTR|=0xab; 反过来验算//72Mhz，死区时间=13.89nsX108*2=3000us 经示波器验证，完全正确。 By zxx2013.07.18

永磁同步电机逆变器死区补偿技术

永磁同步电机逆变器死区补偿技术 现今工业伺服驱动中多采用驱动永磁同步电动机(PMSM)的交流伺服系统，其交流驱动单元使用三相全桥电压型逆变器。PWM调制的变频控制技术实现了对交流电机动态转矩的实时控制，大大提高了伺服系统的控制性能。 然而，对于PWM逆变器，在驱动功率管的开关信号中插入延时时间以防止直流母线直接短路，延时时间的引入将导致死区时间效应，引起逆变器输出波形的畸变和基波电压的降落，影响了伺服系统性能的进一步提高。 为补偿Td引起的电压波动，研究人员提出了各种补偿方法，大致可划分为三类。 最普遍的方法是在电流极性相同的区间内，根据缺少的脉冲列相应加上极性相反的脉冲列，以抵消其影响。由于三相电流必有一相与另两相极性相反，一种简单的方法是对极性相反的相实行二倍的电压过补偿，使三相电压死区影响相互抵消，线电压波形为正弦形。详细分析了死区产生的原因和影响，并根据模拟调制和数字调制分别给出了死区的硬件电路补偿方法。文献[3]根据全桥电路的开关状态，提出了一种带死区补偿的逆变器数学模型，该模型的特点是由简单的滞环结构组成，根据此模型可由一计算公式实现死区补偿。 第二类方法是根据无效器件原理实现死区补偿的。在任意时刻，逆变器每一桥臂两个功率器件中只有一个是有效的。当上桥臂器件关断时，不论下桥臂器件是否导通，输出电压都是直流母线的负端电压，此时称下桥臂器件是“无效”的。死区补偿的办法是，维持有效器件的驱动信号不变，改变无效器件的驱动信号使之满足设置死区的要求。既然“无效”器件的通、断并不影响输出电压状态，那么也就不需要驱动信号了，只给有效器件发出驱动信号就可以了，这样也就不需要加入死区，也就没有什么死区补偿的问题了。但该方法在电流过零点处会由于误差导致畸变，因此使用这个方法时要注意电流过零区域的处理。一些学者进一步提出了改进方法。在电流过零点加一滞环，在滞环时间内使用正常的开关死区保护，可减小畸变。由于电流采样中的干扰和电流变化的复杂性，文献[5]在电流过零点附近的区域应给出两路驱动信号并加入死区及死区补偿。利用PWM关断时刻实现换流时的开关死区保护，可消除开关死区的影响。 第三类方法是电流预测控制。建立较为准确的电机系统模型，分析电流波形的畸变量，通过电流的预测控制来实现电流波形的校正。提出了预测电流控制的死区问题，通过估计反电势补偿电压波形畸变和电流零点钳位现象。文献[7]建立异步电机模型的矩阵方程，根据对SVPWM算法里定子相电流的预测，补偿其空间电压矢量。利用d-q旋转坐标系下的PMSM 模型设计观测器，观测q轴损失的电压，通过公式折算成需补偿的死区时间Tc，实现死区的在线补偿。时间延迟控制来估计死区导致的干扰电压，并将其反馈到电压参考给定上以补偿死区影响。电流预测方法计算繁琐，且补偿效果与电机模型的精度和时变的参数值直接相关，不易得到满意的效果。 逆变器死区的影响 由PWM死区时间产生的基本原理可知，引起的逆变器输出电压的偏差脉冲在绕组电流周期T1内的电压偏差可用一方波来等效，为了分析方便，假定电压偏差脉冲在时间上是等

基于直流电压调节的死区效应削弱方法研究

第４７卷 ２０１４年　第６期６月ＭＩＣＲＯＭＯＴＯＲＳＶｏｌ畅４７畅Ｎｏ畅６Ｊｕｎ畅２０１４ 收稿日期：２０１３１０２１ 作者简介：王晓远（１９６２），男，博士，教授，研究方向为电机电器的设计与控制。 张志军（１９８７），男，硕士，研究方向为电机电器的设计与控制。基于直流电压调节的死区效应削弱方法研究 王晓远，张志军 （天津大学电气与自动化工程学院，天津３０００７２） 摘　要：在变频调速系统中为了防止同一桥臂上的两只开关管直通引入死区时间，但它造成相电流畸变转矩脉动。本文通过分析系统在轻载低速运行时的特点提出了一种基于直流母线电压调节的死区削弱方法，虽然此方法不能完全消除死区效应，但可以在不增加系统芯片运算量的情况下极大地改善电流波形，降低转矩脉动。最后通过仿真和实验分别验证了该方法的有效性和可行性。 关键词：变频调速；死区时间；脉宽调制 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－６８４８（２０１４）０６－００２２－０４ ＳｔｕｄｙｏｎＤｅａｄＺｏｎｅＥｆｆｅｃｔＷｅａｋｅｎｅｄＭｅｔｈｏｄＢａｓｅｄｏｎＤＣＶｏｌｔａｇｅＲｅｇｕｌａｔｉｏｎ ＷＡＮＧＸｉａｏｙｕａｎ，ＺＨＡＮＧＺｈｉｊｕｎ（ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｅｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｅｖｅｎｔｔｈｅｓａｍｅｂｒｉｄｇｅａｒｍｔｗｏｓｗｉｔｃｈｔｕｂｅｔｈｒｏｕｇｈｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｄｅａｄｚｏｎｅｏｆｔｉｍｅ，ｂｕｔｉｔｃａｕｓｅｐｈａｓｅｃｕｒｒｅｎｔｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅ畅ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍｉｎｌｉｇｈｔｌｏａｄｓｌｏｗｒｕｎｎｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎＤＣｂｕｓｖｏｌｔａｇｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｅａｄｚｏｎｅｗｅａｋｅｎｍｅｔｈｏｄ，ａｌｔｈｏｕｇｈｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｎｏｔｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｅｌｉｍｉｎａｔｅｄｅａｄｚｏｎｅｅｆｆｅｃｔ，ｂｕｔｃａｎｎｏｔｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｎａｃｈｉｐｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｇｒｅａｔｉｍｐｒｏｖｅｃｕｒ－ｒｅｎｔｗａｖｅｆｏｒｍｔｏｒｅｄｕｃｅｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅ畅Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｒｏｕｇｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃ－ｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ畅Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｔｒｏｌｏｆｍｏｔｏｒｓｐｅｅｄ；Ｄｅａｄｚｏｎｅｔｉｍｅ；Ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ０　引　言 脉冲宽度调制（ＰＷＭ）技术现已普遍用于整流逆 变调速等系统中。在使用ＰＷＭ技术时为了防止同一 个桥臂的两个管开关上下直通，需要在开通和关断 时刻之间加入一定的死区时间。由死区时间所产生 的死区效应使得逆变器输出电压的基波分量减小、 谐波增大，造成电流波形畸变导致转矩脉动。 死区效应的补偿问题是逆变器、变频调速等系 统开发过程中的一个重要难点。针对死区问题已有 不少文献做过相应的研究，其基本原理都基于一个 本质［１－５］：增大或减小给定脉冲宽度使其实际大小与 期望大小相等。 本文通过分析逆变器在低频轻载和高频重载下 的死区效应影响的区别，提出了一种基于直流母线 电压调节的死区效应削弱方法，该方法通过改变直 流母线电流可以极大地降低死区效应对低频轻载时的影响。 １　死区效应及其影响因素分析理想ＰＷＭ逆变器单个桥臂的一个开关管关断时另一个管子立刻开通，但实际上由于死区时间的加入，使得在死区时间内两个管子都关断，电流只能通过二极管续流。电压型逆变器主电路如图１所示，文献［１－４］均对开关管的开关过程进行了详细分析，最后都得出了与死区时间相对应的偏差电压。图１　逆变器主电路

如何计算示波器的死区时间

如何计算示波器的死区时间 数字示波器的原理决定了波形观测必然存在死区时间，而死区时间的长短直接影响示波器捕获异常信号的能力。你当前用的示波器的死区时间具体是多少，怎么去计算呢，答案就在此文揭晓。 1、采样时间、死区时间和捕获时间 数字示波器捕获信号的过程是典型的“采集-处理-采集-处理”过程，如图1所示为数字示波器的采集原理，一个捕获周期由采样时间和（处理时间）死区时间组成，如图2所示。 图1 示波器采集原理图 采样时间：是信号采样存储的过程。 死区时间（处理时间）：是示波器对采样存储回来的数字信号进行测量运算，显示等处理的过程。死区时间内示波器不进行采集。 图2 采样时间与死区时间 所以：捕获时间=采样时间+死区时间，而捕获时间又等于波形刷新率的倒数。 波形刷新率即波形捕获率，指的是每秒捕获波形的次数，表示为波形每秒（wfms/s）。 2、死区时间的计算 死区时间的大小影响着遗漏信号的多少，也决定了捕获异常信号概率的大小，那么如何去计算示波器死区时间的大小呢？本次以ZDS2024 Plus示波器为例，ZDS2024 Plus的波形刷新率为330Kwfm/s，将时基档位调制50ns/div，可以看到异常信号闪现在示波器的屏幕上，如图3所示。 图3 ZDS2024 Plus示波器捕获异常信号

根据捕获到的波形进行死区时间的计算，在50ns/div的时基档位下以下为计算的过程： 图4 死区时间计算公式 3、死区时间对捕获信号的影响 上图4和表1为ZDS2024 Plus示波器与普通示波器的死区时间对比，在相同的时基档位下，ZDS2024 Plus有效采样时间为23.1%，普通示波器有效采样时间为0.2%，相当于在1s 内ZDS2024 Plus采集231ms，而普通示波器仅仅采集了20ms，相差20倍以上，如图5所示。 图5 不同示波器死区时间对比 从图5可看出波形刷新率越高，死区时间就越短，捕获异常信号的概率就越高；波形刷新率越低，死区时间就越长，捕获异常信号的概率就越小。

PWM死区时间

死区时间是PWM输出时，为了使H桥或半H桥的上下管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段。通常也指pwm响应时间。由于IGBT（绝缘栅极型功率管）等功率器件都存在一定的结电容，所以会造成器件导通关断的延迟现象。一般在设计电路时已尽量降低该影响，比如尽量提高控制极驱动电压电流，设置结电容释放回路等。为了使igbt工作可靠，避免由于关断延迟效应造成上下桥臂直通，有必要设置死区时间，也就是上下桥臂同时关断时间。死区时间可有效地避免延迟效应所造成的一个桥臂未完全关断，而另一桥臂又处于导通状态，避免直通炸模块。死区时间大，模块工作更加可靠，但会带来输出波形的失真及降低输出效率。死区时间小，输出波形要好一些，只是会降低可靠性，一般为us级。一般来说死区时间是不可以改变的，只取决于功率元件制作工艺！ 死区时间是指控制不到的时间域。在变频器里一般是指功率器件输出电压、电流的“0”区，在传动控制里一般是指电机正反向转换电压、电流的过零时间。死区时间当然越小越好。但是所以设置死区时间，是为了安全。因此又不可没有。最佳的设置是：在保证安全的前提下，越小越好。以不炸功率管、输出不短路为目的(baidu的) 死区时间是PWM输出时，为了使H桥或半H桥的上下管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段，所以在这个时间，上下管都不会有输出，当然会使波形输出中断，死区时间一般只占百分之几的周期。但是PWM波本身占空比小时，空出的部分要比死区还大，所以死区会影响输出的纹波，但应该不是起到决定性作用的。 死区,简单解释:通常,大功率电机、变频器等，末端都是由大功率管、IGBT等元件组成的H桥或3相桥。每个桥的上半桥和下半桥是是绝对不能同时导通的，但高速的PWM驱动信号在达到功率元件的控制极时，往往会由于各种各样的原因产生延迟的效果，造成某个半桥元件在应该关断时没有关断，造成功率元件烧毁。死区就是在上半桥关断后，延迟一段时间再打开下半桥或在下半桥关断后，延迟一段时间再打开上半桥，从而避免功率元件烧毁。这段延迟时间就是死区。（就是上、下半桥的元件都是关断的）死区时间控制在通常的低端单片机所配备的PWM中是没有的。 PWM的上下桥臂的三极管是不能同时导通的。如果同时导通就会是电源两端短路。所以，两路触发信号要在一段时间内都是使三极管断开的。这个区域就叫做“死区”优点就不用说了。缺点是使谐波的含量有所增加。

IGBT模块IPM死区时间设计方法

IGBT模块/IPM死区时间设计方法 死区时间是PWM输出时，为了使H桥或半H桥的上下IGBT管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段。通常也指pwm响应时间。下图是变频空调室外压缩机控制驱动主电路的原理图。 220V交流电压经过由D1～D4和电解电容C1组成的桥式整流和阻容滤波电路后成为给IPM供电的直流电压，六个开关管按照一定规律通断，分别在U、V、W三相输出一系列的矩形信号，通过调整矩形波的频率与占空比达到调节输出电压频率和幅度的目的，即现在应用最广泛的PWM（PULSE WIDTH MODULATE 脉冲宽度调制）控制技术，PWM控制技术从控制思想上可以分成四类：等脉宽PWM法、正弦波PWM法、磁链追踪PWM法和电流追踪型PWM法。不管采用何种控制方式，都必须注意U、V、W任意一相上下两个桥臂不能同时导通，否则直流电源将在IPM内部形成短路，这是绝对不允许的。为了避免电源元件的切换反应不及时可能造成的短路，一定要在控制信号之间设定互锁时间，这个时间又叫换流时间，或者叫死区时间。转载请注明出处：https://www.wendangku.net/doc/7617426763.html,/ 由于IGBT（绝缘栅极型功率管）等功率器件都存在一定的结电容，所以会造成器件导通关断的延迟现象。一般在设计电路时已尽量降低该影响，比如尽量提高控制极驱动电压电流，设置结电容释放回路等。为了使igbt工作可靠，避免由于关断延迟效应造成上下桥臂直通，

有必要设置死区时间，也就是上下桥臂同时关断时间。死区时间可有效地避免延迟效应所造成的一个桥臂未完全关断，而另一桥臂又处于导通状态，避免直通炸模块。 死区时间大，模块工作更加可靠，但会带来输出波形的失真及降低输出效率。死区时间小，输出波形要好一些，只是会降低可靠性，一般为us级。一般来说死区时间是不可以改变的，只取决于功率元件制作工艺！ 死区时间是指控制不到的时间域。在变频器里一般是指功率器件输出电压、电流的“0”区，在传动控制里一般是指电机正反向转换电压、电流的过零时间。死区时间当然越小越好。但是所以设置死区时间，是为了安全。因此又不可没有。最佳的设置是：在保证安全的前提下，越小越好。以不炸功率管、输出不短路为目的。 1 基本原理推导 ①IGBT及光耦开关时间的定义 IGBT开关时间定义

死区时间的影响与形成

死区时间参数 摘要：针对不同厂家IP M要求的死区时间参数的不同，本文从硬件电路角度出发，提出一种延时电路方案，解决了因参数调整而引起软件的不统一问题，进而为M C U的大批量m a s k降低成本提供可能。 关键词：IP M死区时间 随着现代电力电子技术的飞速发展，以绝缘栅双晶体管（IG B T）为代表的功率器件在越来越多的场合得到广泛地应用。I GB T是V D MO S与双极晶体管的组合器件，集M OS FE T与G T R的优点于一身，既具有输入阻抗高，开关速度快，热稳定性好和驱动电路简单的长处，又具有通态电压低，耐压高和承受大电流的优点，特别适合于电机控制。现代逐渐得到普遍推广的变频空调，其内部的压缩机控制单元就是采用以I GB T为主要功率器件的新型智能模块（IP M）。 IP M（智能功率模块）即In te l li ge n t P o we r Mo d ul e的缩写，它是将输出功率器件I GB T和驱动电路、多种保护电路集成在同一模块内，与普通I G B T相比，在系统性能和可靠性上均有进一步提高，而且由于IP M通态损耗和开关损耗都比较低，使散热器的尺寸减小，故整个系统的尺寸减小。下面是IP M内部的电路框图： IP M内部含有门极驱动控制、故障检测和多种保护电路。保护电路分别检测过流、短路、过热、电源欠压等故障，当任一故障出现时，内部电路会封锁驱动信号并向外送出故障信号，以便外部的控制器及时处理现场，避免器件受到进一步损坏。下图是变频空调室外压缩机控制驱动主电路的原理图。

220V交流电压经过由D1～D4和电解电容C1组成的桥式整流和阻容滤波电路后成为给I PM供电的直流电压，六个开关管按照一定规律通断，分别在U、V、W三相输出一系列的矩形信号，通过调整矩形波的频率与占空比达到调节输出电压频率和幅度的目的，即现在应用最广泛的P WM（PU LS E WI D TH M OD UL A TE 脉冲宽度调制）控制技术，PW M控制技术从控制思想上可以分成四类：等脉宽PW M法、正弦波P WM法、磁链追踪PW M法和电流追踪型P W M法。不管采用何种控制方式，都必须注意U、V、W任意一相上下两个桥臂不能同时导通，否则直流电源将在IP M内部形成短路，这是绝对不允许的。为了避免电源元件的切换反应不及时可能造成的短路，一定要在控制信号之间设定互锁时间，这个时间又叫换流时间，或者叫死区时间。 死区时间，一般情况下软件工程师在程序设计时就会考虑并写进控制软件。但是，由于不同公司生产的I P M，对死区时间长短的要求不尽相同，这样软件就会出现多个版本，不便于管理，并且影响CP U的M AS K (掩模)工作。为了控制软件的统一性，有的软件工程师将死区时间放到芯片外扩展的E2中，对不同公司的I P M，只需改变一下E2中的数据，即可简单实现死区时间的匹配。这种方法的缺点是生产成本较高，在实际应用时受到一定限制。随着集成电路工艺的不断改进，各种逻辑门集成电路的价格不断地下降，使采用硬件电路实现死区时间设定应用到生产上成为可能，这种方法的优点是电路简单，延时时间方便可调，成本低廉。 方案原理图如下图3：

一种基于空间矢量PWM的死区效应补偿策略研究

一种基于空间矢量PWM的死区效应补偿策略研究 1 引言 目前，随着电力电子技术的发展，功率器件如igbt、mosfet等广泛应用于pwm变流电路中。对于任何固态的功率开关器件来讲，都具有一定的固有开通和关断时间，对于确定的开关器件，固有开通和关断时间内输入的信号是不可控的，称为开关死区时间，它引起开关死区效应，简称为死区效应[1,2]。在电压型pwm逆变电路中，为避免同一桥臂上的开关器件直通，必须插入死区时间，这势必导致输出电压的误差。该误差是谐波的重要来源，它不但增加了系统的损耗，甚至还可能造成系统失稳。对于电机驱动系统而言，死区效应会使得低速时的电压及电流发生严重畸变，引起转矩脉动和谐波。 本文分析了死区时间的产生以及对输出电压的影响。在此基础上，引入电流预测补偿方法，对其理论进行分析并进行了仿真与实验。 2 死区效应分析[3,12] 以逆变器的其中一个桥臂为例，进行分析死区时间的影响。假设负载为感应电机，如图1所示。 图1 逆变器一相桥臂的死区效应分析 在功率器件开通关断时，逆变器输出电压由于死区的影响在电流极性不同时会表现出不同的形式。当开通功率开关管(igbt)vt2时，vt1必须关断，如果开通速度比关断速度快，将会在桥臂上产生直通电流而导致损坏器件，因此需要插入死区时间。由于是感性负载，输出电流i1通过续流二极管进行续流，二极管的导通取决于电流i1的方向。当i1>0时，有两种工作状态，正常工作状态时，桥臂的上管vt1开通，vt2关断，电流通过vt1流向电机；而在死区时间内，vt1、vt2都关断，此时电流通过下

管的续流二极管vd2完成续流，保持电流流向电机。当i1<0时，同样也有两种工作状态：正常工作状态时，下管vt2开通，上管vt1关断，电流通过vt2形成通路；在死区时间工作状态时，vt1、vt2都关断，此时电流通过上管的续流二极管vd1完成续流，保持电流形成通路。尽管逆变器死区时间很小，单个脉冲不足以影响整个系统的性能，但连续考虑一个周期的效应，死区的积累作用使得电动机的定子电压受到很大的影响。受死区的影响，输出电压产生的畸变分析如图2所示。 图2 死区对逆变器输出电压的影响 图2中：a) 理想的驱动波形；b、c) 带有死区的上下管驱动信号；d) 电流方向； e) 逆变器的实际输出电压；f ) 为误差电压波形。 3 电流预测补偿法[4,5] 电流预测补偿方法是将预测控制用于对电压型逆变器的控制，基本思路是在第k个采样时刻根据所检测到的负载电流及补偿器输出电流、电动机的数学模型以及下一个开关周期k+1时刻的期望电流，计算出符合电流变化的输出电压矢量，然后在pwm中运用空间矢量法合成这一输出电压矢量，从而迫使下一次采样时刻的实际电流以最优特性跟踪下一个时刻参考电流，达到跟踪输出电流的目的。在对三相异步电机进行分析和控制时，将其等效为一个带有反电动势的r-l负载电路，如图3a)所示。为便于分析，这里进行坐标变换，将对称三相静止坐标系变换到d-q坐标系，如图3b)所示。

死区时间

死区时间 死区时间是PWM输出时，为了使H桥或半H桥的上下管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段。 由于IGBT等功率器件都存在一定的结电容，所以会造成器件导通关断的延迟现象。一般在设计电路时已尽量降低该影响，比如尽量提高控制极驱动电压电流，设置结电容释放回路等。为了使igbt工作可靠，避免由于关断延迟效应造成上下桥臂直通，有必要设置死区时间，也就是上下桥臂同时关断时间。死区时间可有效地避免延迟效应所造成的一个桥臂未完全关断，而另一桥臂又处于导通状态，避免直通炸模块。 死区时间大，模块工作更加可靠，但会带来输出波形的失真及降低输出效率。死区时间小，输出波形要好一些，只是会降低可靠性，一般为us级。 IGBT在关断时的脉冲后沿因少数载流子的存储效应会产生一个较大的“拖尾”电流，因此所产生的关断能耗（Eoff）在早期产品中非常突出。 死区时间调整硬件解决方案 摘要：针对不同厂家IPM要求的死区时间参数的不同，本文从硬件电路角度出发，提出一种延时电路方案，解决了因参数调整而引起软件的不统一问题，进而为MCU的大批量mask降低成本提供可能。 关键词： IPM 死区时间 随着现代电力电子技术的飞速发展，以绝缘栅双晶体管（IGBT）为代表的功率器件在越来越多的场合得到广泛地应用。IGBT是VDMOS与双极晶体管的组合器件，集MOSFET与GTR的优点于一身，既具有输入阻抗高，开关速度快，热稳定性好和驱动电路简单的长处，又具有通态电压低，耐压高和承受大电流的优点，特别适合于电机控制。现代逐渐得到普遍推广的变频空调，其内部的压缩机控制单元就是采用以IGBT为主要功率器件的新型智能模块（IPM）。 IPM（智能功率模块）即Intelligent Power Module的缩写，它是将输出功率器件IGBT和驱动电路、多种保护电路集成在同一模块内，与普通IGBT相比，在系统性能和可靠性上均有进一步提高，而且由于IPM通态损耗和开关损耗都比较低，使散热器的尺寸减小，故整个系统的尺寸减小。下面是IPM内部的电路框图：

死区补偿

1 引言 目前，小功率通用或专用变频器以及交流变频家电产品大多采用典型的交-直-交电压型逆变器(vsi)结构，逆变实现一般采用双极性pwm 调制技术，即在同一逆变桥臂上、下2个开关管施加互补的触发信号。由于开关管自身的特性:开通和关断都需要一定的时间，且关断时间比开通时间要长。因此，若按照理想的触发信号控制开关管的开通和关断，就可能导致同一桥臂的2个开关管直通而损坏开关器件。为了防止这种直通现象的发生，必须在它们开通和关断之间插入一定延时的时间，这个延时时间就称为死区。死区时间内2个开关管都处于关断状态，负载电流通过反并联二极管续流，负载电压不受开关管控制，由此造成负载电压波形发生畸变，逆变器的平均输出电压降低，并产生与死区时间以及调制比成正比的3，5，7，…次谐波分量，进而影响到电动机的输入电流和运行质量。当逆变器工作在低输出频率、开关频率较高和负载感性很弱时这种影响相当严重[1,2]。为此，需要对死区的影响进行补偿，以提高变频器的输出性能和改善电动机的运行工况。常用的补偿方法有电流反馈型和电压反馈型，也有单边补偿与双边补偿、纯硬件补偿与硬件软件结合补偿等具体手段，但其工作原理相似，都是产生一个与死区引起的误差波形反向的波形，以抵消死区的作用[3,10]。motorola公司推出的电动机专用控制芯片mr16内部集成了专门的死区补偿硬件电路，只需要简单的外围电流极性检测和简单的软件编程就可以实现可靠的死区补偿[11]。 2 死区补偿原理分析 2.1死区对输出电压的影响 在理想情况下，功率开关管开通和关断都是瞬时完成，不存在开通和关断时间，因而也就不存在死区时间。但实际情况是功率开关管并非理想开关，而且关断时间比开通时间要长。为了使功率开关管工作安全，在其开通之前插入死区td，即让该桥臂的2个开关管在td时间内都处于关断状态。由于死区时间td的存在，使得功率开关管的导通时间缩短，引起pwm脉冲宽度和电位的丢失，进而影响到逆变器输出的平均电压。 图1 死区对输出电压影响示意图 下面以三相逆变桥中的一相为例，分析死区对输出电压的影响。不妨设电流正方向如图1中箭头方向所示，假设当前死区发生时，电流方向为正，这时igbt1和igbt2都没有驱动信号，处于关断状态，驱动信号如图1中的(2)和(4)。由于当前电流方向为正，所以感性负载通过下桥臂的续流二极管d2续流，因此将输出电压箝制在-udc/2电位上，输出电压波形如图1中的(6)所示。也就是说在死区期间，输出电压多出一个td宽度的负电位。实际输出电压与理想输出电压相比，正电压的脉冲宽度减小，输出电压小于期望值，如图1中的(6) 和(5)所示。当电流为负方向时，感性负载通过上端的二极管d1进行续流，这时负电压脉宽减小，输出电压大于期望值，这里不给出示意图。这样，逆变器的实际输出电压的波形与理想波形比较就发生了畸变。图1中的(1)、(3)和(5)分别为理想情况下的上管驱动信号、下管驱动信号和输出电压，(2)、(4)和(6)分别为实际情况下的上管驱动信号、下管驱动信号和输出电压。

正确计算死区时间_英飞凌

AN2007-04 H o w t o c a l c u l a t e a n d m i n i m i z e t h e d e a d t i m e r e q u i r e m e n t f o r I G B T s p r o p e r l y Power Management and Drives

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