摘要：針對(duì)不同廠家IPM要求的死區(qū)時(shí)間參數(shù)的不同，本文從硬件電路角度出發(fā)，提出一種延時(shí)電路方案，解決了因參數(shù)調(diào)整而引起軟件的不統(tǒng)一問(wèn)題，進(jìn)而為MCU的大批量mask降低成本提供可能。 關(guān)鍵詞： IPM 死區(qū)時(shí)間 由于IGBT等功率器件都存在一定的結(jié)電容，所以會(huì)造成器件導(dǎo)通關(guān)斷的延遲現(xiàn)象。一般在設(shè)計(jì)電路時(shí)已盡量降低該影響，比如盡量提高控制極驅(qū)動(dòng)電壓電流，設(shè)置結(jié)電容釋放回路等。為了使igbt工作可靠，避免由于關(guān)斷延遲效應(yīng)造成上下橋臂直通，有必要設(shè)置死區(qū)時(shí)間，也就是上下橋臂同時(shí)關(guān)斷時(shí)間。死區(qū)時(shí)間可有效地避免延遲效應(yīng)所造成的一個(gè)橋臂未完全關(guān)斷，而另一橋臂又處于導(dǎo)通狀態(tài)，避免直通炸模塊。 死區(qū)時(shí)間大，模塊工作更加可靠，但會(huì)帶來(lái)輸出波形的失真及降低輸出效率。死區(qū)時(shí)間小，輸出波形要好一些，只是會(huì)降低可靠性，一般為us級(jí)。一般來(lái)說(shuō)死區(qū)時(shí)間是不可以改變的，只取決于功率元件制作工藝！ 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，以絕緣柵雙晶體管（IGBT）為代表的功率器件在越來(lái)越多的場(chǎng)合得到廣泛地應(yīng)用。IGBT是VDMOS與雙極晶體管的組合器件，集MOSFET與GTR的優(yōu)點(diǎn)于一身，既具有輸入阻抗高，開(kāi)關(guān)速度快，熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單的長(zhǎng)處，又具有通態(tài)電壓低，耐壓高和承受大電流的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于電機(jī)控制?，F(xiàn)代逐漸得到普遍推廣的變頻空調(diào)，其內(nèi)部的壓縮機(jī)控制單元就是采用以IGBT為主要功率器件的新型智能模塊（IPM）。 IPM（智能功率模塊）即Intelligent Power Module的縮寫(xiě)，它是將輸出功率器件IGBT和驅(qū)動(dòng)電路、多種保護(hù)電路集成在同一模塊內(nèi)，與普通IGBT相比，在系統(tǒng)性能和可靠性上均有進(jìn)一步提高，而且由于IPM通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗都比較低，使散熱器的尺寸減小，故整個(gè)系統(tǒng)的尺寸減小。 IPM內(nèi)部含有門極驅(qū)動(dòng)控制、故障檢測(cè)和多種保護(hù)電路。保護(hù)電路分別檢測(cè)過(guò)流、短路、過(guò)熱、電源欠壓等故障，當(dāng)任一故障出現(xiàn)時(shí)，內(nèi)部電路會(huì)封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)并向外送出故障信號(hào)，以便外部的控制器及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)，避免器件受到進(jìn)一步損壞。下圖是變頻空調(diào)室外壓縮機(jī)控制驅(qū)動(dòng)主電路的原理圖。 220V交流電壓經(jīng)過(guò)由D1～D4和電解電容C1組成的橋式整流和阻容濾波電路后成為給IPM供電的直流電壓，六個(gè)開(kāi)關(guān)管按照一定規(guī)律通斷，分別在U、V、W三相輸出一系列的矩形信號(hào)，通過(guò)調(diào)整矩形波的頻率與占空比達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓頻率和幅度的目的，即現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的PWM（PULSE WIDTH MODULATE 脈沖寬度調(diào)制）控制技術(shù)，PWM控制技術(shù)從控制思想上可以分成四類：等脈寬PWM法、正弦波PWM法、磁鏈追蹤PWM法和電流追蹤型PWM法。不管采用何種控制方式，都必須注意U、V、W任意一相上下兩個(gè)橋臂不能同時(shí)導(dǎo)通，否則直流電源將在IPM內(nèi)部形成短路，這是絕對(duì)不允許的。為了避免電源元件的切換反應(yīng)不及時(shí)可能造成的短路，一定要在控制信號(hào)之間設(shè)定互鎖時(shí)間，這個(gè)時(shí)間又叫換流時(shí)間，或者叫死區(qū)時(shí)間。 死區(qū)時(shí)間，一般情況下軟件工程師在程序設(shè)計(jì)時(shí)就會(huì)考慮并寫(xiě)進(jìn)控制軟件。但是由于不同公司生產(chǎn)的IPM，對(duì)死區(qū)時(shí)間長(zhǎng)短的要求不盡相同，這樣軟件就會(huì)出現(xiàn)多個(gè)版本，不便于管理，并且影響CPU的MASK（掩模）工作。為了控制軟件的統(tǒng)一性，有的軟件工程師將死區(qū)時(shí)間放到芯片外擴(kuò)展的E2中，對(duì)不同公司的IPM，只需改變一下E2中的數(shù)據(jù)，即可簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)死區(qū)時(shí)間的匹配。這種方法的缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本較高，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)受到一定限制。隨著集成電路工藝的不斷改進(jìn)，各種邏輯門集成電路的價(jià)格不斷地下降，使采用硬件電路實(shí)現(xiàn)死區(qū)時(shí)間設(shè)定應(yīng)用到生產(chǎn)上成為可能，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，延時(shí)時(shí)間方便可調(diào)，成本低廉。 控制過(guò)程如下： 因?yàn)镮PM控制輸入低電平有效。平時(shí)CPU輸出控制腳1處于高電平，邏輯或門輸出高電平，IPM輸入鎖定。當(dāng)CPU輸出低電平有效時(shí)，高頻瓷片電容通過(guò)電阻放電，邏輯或門輸入腳2仍然維持高電平，邏輯或門輸出高電平，IPM輸入仍然鎖定。當(dāng)電容放電完畢，或門輸入腳2變?yōu)榈碗娖綍r(shí)邏輯輸出才為低電平，IPM控制輸入有效，因此，電容放電時(shí)間就是CPU控制輸出到IPM控制輸入有效的延時(shí)時(shí)間。當(dāng)CPU控制輸出關(guān)斷即輸出重新變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，盡管電容處于充電狀態(tài)而使或門輸入腳2處于低電平，邏輯或門輸出仍然立即變?yōu)楦唠娖剑i定IPM輸入。上述電路只是六路IPM控制輸入的其中一路，其他五路做同樣處理，通過(guò)調(diào)整R、C的參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)所需要的延時(shí)時(shí)間。 根據(jù)電工學(xué)公式，由電阻、電容組成的一階線性串聯(lián)電路，電容電壓Uc可以用下式表示： τ為時(shí)間常數(shù) τ=RC 我們選擇ST公司生產(chǎn)的高速CMOS或門電路，它的關(guān)門電平為1.35V（電源電壓為4.5V），即當(dāng)輸入電壓降至1.35/4.5U0=0.3 U0時(shí)，輸出電平轉(zhuǎn)換有效，因此由式（1）可以推導(dǎo)出： 上式就是我們選擇R、C值的指導(dǎo)公式。 例如：需要延時(shí)時(shí)間為10us，選擇精度為5%高頻瓷片電容，容量為103P，則 R= 10 ＊10e-6/1.2C=833Ω，這樣R就可選擇精度為1%、阻值為820Ω的金屬膜電阻。 小結(jié)：按照上述方案設(shè)計(jì)的硬件延時(shí)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，可靠性極高，在實(shí)際使用時(shí)只需簡(jiǎn)單調(diào)換一下電阻的阻值就可實(shí)現(xiàn)對(duì)死區(qū)時(shí)間要求不同的IPM的控制。