1. 何謂死區(qū)？為什么要設(shè)計(jì)死區(qū)？

2. STM32高級(jí)定時(shí)器中的死區(qū)的計(jì)算。

3. STM32高級(jí)定時(shí)器配置死區(qū)參數(shù)不合適時(shí)的問(wèn)題。

   
   

一、何謂死區(qū)？為什么要設(shè)計(jì)死區(qū)？

單說(shuō)死區(qū)這個(gè)概念其實(shí)范圍很廣，很多地方都會(huì)談及到，個(gè)人理解為某個(gè)處于相對(duì)無(wú)效狀態(tài)的時(shí)間或空間。下面要談的死區(qū)是針對(duì)STM32高級(jí)定時(shí)器輸出PWM驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)的某個(gè)無(wú)效狀態(tài)時(shí)段。

先看一副逆變器電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理示意圖。這里有三組橋臂，每組橋臂又分上下橋臂。

各個(gè)橋臂由功率器件組成，比如IGBT，在驅(qū)動(dòng)三相馬達(dá)時(shí)，各個(gè)橋臂是按照一定的規(guī)律輸出一系列PWM方波來(lái)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)。從PWM控制技術(shù)的應(yīng)用上可能有不同的實(shí)現(xiàn)方法，但你不論用什么實(shí)現(xiàn)方法，每一相的上下兩個(gè)橋臂不可以同時(shí)導(dǎo)通，否則電源會(huì)通過(guò)上下兩個(gè)橋臂形成短路出現(xiàn)燒毀及其它異常。

理論上講，每組橋臂的上下臂呈互補(bǔ)關(guān)驅(qū)動(dòng)系，即上臂導(dǎo)通，下臂截止，反之亦然。實(shí)際上那些晶體管的開關(guān)動(dòng)作本身一定有時(shí)延問(wèn)題、而且不同晶體管動(dòng)作的延時(shí)還有差異。鑒于此,為了避免上下臂同時(shí)導(dǎo)通的隱患，就額外設(shè)置一個(gè)時(shí)段，保證讓上下臂都呈截止?fàn)顟B(tài)，這個(gè)時(shí)段就是死區(qū)。

以STM32芯片為例，下面是某通道的內(nèi)部中間參考信號(hào)【OCXREF】及其互補(bǔ)輸出PWM信號(hào)OCX和OCXN插入了死區(qū)后的時(shí)序圖。假設(shè)OCX和OCXN互補(bǔ)通道極性都是高有效，且上下臂均是高電平有效導(dǎo)通。

本來(lái)OCX信號(hào)與OCXREF時(shí)序同相同步，OCXN信號(hào)與OCXREF時(shí)序反相同步。但為了安全考慮，以OCXREF為參考基準(zhǔn)，OCXN和OCX通道將理論上本該導(dǎo)通的時(shí)間點(diǎn)往后延時(shí)一下，即做從截止切換到導(dǎo)通狀態(tài)的延時(shí)。這樣做的目的就是為了避開上下臂出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通的情況。請(qǐng)注意紅色字，理解死區(qū)插入的延時(shí)參考是什么，在什么時(shí)刻插入，OCXREF就是參考基準(zhǔn)。不管你怎么調(diào)整死區(qū)，OCXREF是不會(huì)變的。導(dǎo)通電平可能是高也可能是低，所以不能簡(jiǎn)單地說(shuō)死區(qū)插入是在上升沿或下降沿之前，而應(yīng)該說(shuō)死區(qū)插入是在有效電平前。

二、STM32高級(jí)定時(shí)器中的死區(qū)如何計(jì)算

以STM32高級(jí)定時(shí)器的死區(qū)設(shè)置為例，我們只需簡(jiǎn)單配置下寄存器就好，其它硬件負(fù)責(zé)搞定。這里以STM32F407芯片的TIM1為例來(lái)看看死區(qū)時(shí)間如何計(jì)算。

計(jì)算公式就在TIMX_BDTR里有給出，其中那個(gè)CK_INT時(shí)鐘就是來(lái)自RCC供給TIMX外設(shè)的時(shí)鐘，Fdts可以通過(guò)TIMX_CR1相關(guān)寄存器位選擇配置。DT即為死區(qū)時(shí)間。

計(jì)算時(shí)，先確定Tdts,然后結(jié)合你需要的死區(qū)時(shí)間選擇相應(yīng)的計(jì)算檔位,最后確定DTG[7：0]。假設(shè)STM32f407的TIM1工作在168M,設(shè)置Tdts=1/168 us,死區(qū)設(shè)置

為4us,經(jīng)過(guò)估算該死區(qū)時(shí)間落在DTG[7:5]=111段。

先算得DTG[4:0]=01010B,再跟DTG[7:5]組合在一起，最后算得DTG[7:0]=11101010B，即0xEA.

需要注意的是，死區(qū)時(shí)間的計(jì)算是分段計(jì)算的，各段的時(shí)間步長(zhǎng)和計(jì)算方式有差別，不可隨便填寫數(shù)據(jù)。

三、死區(qū)參數(shù)設(shè)置不合適出現(xiàn)的問(wèn)題

經(jīng)常遇到有人在使用STM32高級(jí)定時(shí)器的死區(qū)控制時(shí)，反映說(shuō)沒(méi)加死區(qū)前好好的，加死區(qū)后PWM輸出就異常了。問(wèn)及死區(qū)時(shí)間及定時(shí)器相關(guān)參數(shù)設(shè)置時(shí)，往往不是很清楚。

其實(shí)死區(qū)不能隨便配置的，必須合適、合理。死區(qū)時(shí)間不能比嵌入死區(qū)前的互補(bǔ)通道的有效脈沖還寬，否則相應(yīng)通道的輸出呈無(wú)效狀態(tài)。這也不難理解，當(dāng)死區(qū)時(shí)間比它本該進(jìn)入有效狀態(tài)的脈沖還長(zhǎng)的話，自然整個(gè)周期都處于無(wú)效狀態(tài)了。

下面是STM32高級(jí)定時(shí)器死區(qū)設(shè)置不合理時(shí)的互補(bǔ)通道輸出時(shí)序圖�！具@里假設(shè)CCXP=CCXNP=0，CCXE=CCXNE=1，MOE=1】

根據(jù)上面假設(shè)前提，Figure121中OCXREF的低電平對(duì)應(yīng)著OCXN的有效電平，現(xiàn)在死區(qū)延時(shí)比它有效電平本身還長(zhǎng)，沒(méi)辦法OCXN只能一路無(wú)效輸出，即呈現(xiàn)低電平。同樣，Figure 122中OCXREF的高電平對(duì)應(yīng)著OCX的有效電平，但現(xiàn)在死區(qū)延時(shí)比它有效電平本身還長(zhǎng)，OCX也只能一路無(wú)效輸出，即呈現(xiàn)低電平。換句說(shuō)，當(dāng)死區(qū)時(shí)間比有效電平還長(zhǎng)時(shí)，就沒(méi)有機(jī)會(huì)輸出有效電平了。

從上面的分析我們了解到，插入死區(qū)是出于對(duì)馬達(dá)控制系統(tǒng)的安全考慮，但死區(qū)又是以犧牲有效驅(qū)動(dòng)脈沖時(shí)間為代價(jià)的。可以想象，另一方面講死區(qū)也會(huì)帶來(lái)一些不利因素，有興趣的可以找相關(guān)專著閱讀。