【圖文分享】PWM死區(qū)簡介、作用-KIA MOS管

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；

PWM 死區(qū)時(shí)間

這兩個(gè)IGBT不能同時(shí)導(dǎo)通，否則就會出現(xiàn)短路的情況，從而對系統(tǒng)造成損害。

那為什么會出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通的情況呢？

因?yàn)殚_關(guān)元器件的tdon和tdoff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，下面會進(jìn)一步介紹。

PWM 死區(qū)時(shí)間

相對于PWM來說，死區(qū)時(shí)間是在PWM輸出的這個(gè)時(shí)間，上下管都不會有輸出，當(dāng)然會使波形輸出中斷，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)間較短，電流較小，不足以燒毀，此時(shí)會導(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。

PWM輸出時(shí)的Dead Zone(死區(qū))作用是在電平翻轉(zhuǎn)時(shí)插入一個(gè)時(shí)間間隔，避免關(guān)閉前一個(gè)設(shè)備和打開后一個(gè)設(shè)備時(shí)因?yàn)殚_關(guān)速度的問題出現(xiàn)同時(shí)開啟狀態(tài)而增加負(fù)荷的情況(在沒有徹底關(guān)閉前打開了后一個(gè)設(shè)備)，尤其是電流過大時(shí)容易造成短路等損壞設(shè)備，如：互補(bǔ)PWM波輸出在逆變器(直流轉(zhuǎn)交流)中的應(yīng)用。

PWM(Pulse Width Modulation)，即脈寬調(diào)制,簡單來說就是一些矩形脈沖波形，PWM波形最重要的參數(shù)是頻率和占空比。PWM是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在測量、通信、功率控制與信號變換的許多領(lǐng)域中。

更具體的理解是，通常大功率電機(jī)、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絕對不能同時(shí)導(dǎo)通的，但高速的PWM驅(qū)動(dòng)信號在達(dá)到功率元件的控制端時(shí)，往往會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(yīng)該關(guān)斷時(shí)沒有關(guān)斷，造成功率元件燒毀。

PWM 死區(qū)時(shí)間

當(dāng)比較單元的比較操作被使能，就會產(chǎn)生波形PHx。PHx經(jīng)過死區(qū)單元，就會輸出兩路互補(bǔ)的帶有死區(qū)的PWM波形DTPHx和DTPHx_。PHx、DTPHx、DTPHx_之間的關(guān)系如上圖，如果沒有死區(qū)，那么DTPHx和DTPHx_應(yīng)該是完全互補(bǔ)的。

DTPHx的導(dǎo)通時(shí)刻是在PHx的基礎(chǔ)上延時(shí)了1個(gè)死區(qū)時(shí)間，而關(guān)閉時(shí)刻未變。DTPHx_是在PHx取反的基礎(chǔ)上，也將導(dǎo)通時(shí)間延遲了1個(gè)死區(qū)時(shí)間，而關(guān)斷的時(shí)間沒有發(fā)生改變。

對于比較先進(jìn)的處理一般都帶有Dead Zone的配置，比如s5pv210處理器就可以配置成帶有Dead Zone互補(bǔ)的PWM波輸出,如下圖所示:

PWM 死區(qū)時(shí)間