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標題: ST MCU定時器應用中的死區控制話題 [打印本頁]

作者: taoran 時間: 2016-1-2 02:06
標題: ST MCU定時器應用中的死區控制話題
本文作者：Miler Shao
ST MCU各系列中的高級定時器都帶有死區控制和剎車功能,一般來說死區和剎車控制主要用于馬達或類似控制中。這里主要聊聊基于STM32高級定時器死區控制相關話題，分三個話題來談。

何謂死區？為什么要設計死區？
STM32高級定時器中的死區的計算。
STM32高級定時器配置死區參數不合適時的問題。

一、何謂死區？為什么要設計死區？

單說死區這個概念其實范圍很廣，很多地方都會談及到，個人理解為某個處于相對無效狀態的時間或空間。下面要談的死區是針對STM32高級定時器輸出PWM驅動馬達時的某個無效狀態時段。

先看一副逆變器電機驅動原理示意圖。這里有三組橋臂，每組橋臂又分上下橋臂。

各個橋臂由功率器件組成，比如IGBT，在驅動三相馬達時，各個橋臂是按照一定的規律輸出一系列PWM方波來驅動馬達的運轉。從PWM控制技術的應用上可能有不同的實現方法，但你不論用什么實現方法，每一相的上下兩個橋臂不可以同時導通，否則電源會通過上下兩個橋臂形成短路出現燒毀及其它異常。

理論上講，每組橋臂的上下臂呈互補關驅動系，即上臂導通，下臂截止，反之亦然。實際上那些晶體管的開關動作本身一定有時延問題、而且不同晶體管動作的延時還有差異。鑒于此,為了避免上下臂同時導通的隱患，就額外設置一個時段，保證讓上下臂都呈截止狀態，這個時段就是死區。

以STM32芯片為例，下面是某通道的內部中間參考信號【OCXREF】及其互補輸出PWM信號OCX和OCXN插入了死區后的時序圖。假設OCX和OCXN互補通道極性都是高有效，且上下臂均是高電平有效導通。

本來OCX信號與OCXREF時序同相同步，OCXN信號與OCXREF時序反相同步。但為了安全考慮，以OCXREF為參考基準，OCXN和OCX通道將理論上本該導通的時間點往后延時一下，即做從截止切換到導通狀態的延時。這樣做的目的就是為了避開上下臂出現同時導通的情況。請注意紅色字，理解死區插入的延時參考是什么，在什么時刻插入，OCXREF就是參考基準。不管你怎么調整死區，OCXREF是不會變的。導通電平可能是高也可能是低，所以不能簡單地說死區插入是在上升沿或下降沿之前，而應該說死區插入是在有效電平前。

二、STM32高級定時器中的死區如何計算

以STM32高級定時器的死區設置為例，我們只需簡單配置下寄存器就好，其它硬件負責搞定。這里以STM32F407芯片的TIM1為例來看看死區時間如何計算。

計算公式就在TIMX_BDTR里有給出，其中那個CK_INT時鐘就是來自RCC供給TIMX外設的時鐘，Fdts可以通過TIMX_CR1相關寄存器位選擇配置。DT即為死區時間。

計算時，先確定Tdts,然后結合你需要的死區時間選擇相應的計算檔位,最后確定DTG[7：0]。假設STM32f407的TIM1工作在168M,設置Tdts=1/168 us,死區設置

為4us,經過估算該死區時間落在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，死區時間的計算是分段計算的，各段的時間步長和計算方式有差別，不可隨便填寫數據。

三、死區參數設置不合適出現的問題

經常遇到有人在使用STM32高級定時器的死區控制時，反映說沒加死區前好好的，加死區后PWM輸出就異常了。問及死區時間及定時器相關參數設置時，往往不是很清楚。

其實死區不能隨便配置的，必須合適、合理。死區時間不能比嵌入死區前的互補通道的有效脈沖還寬，否則相應通道的輸出呈無效狀態。這也不難理解，當死區時間比它本該進入有效狀態的脈沖還長的話，自然整個周期都處于無效狀態了。

下面是STM32高級定時器死區設置不合理時的互補通道輸出時序圖。【這里假設CCXP=CCXNP=0，CCXE=CCXNE=1，MOE=1】

根據上面假設前提，Figure121中OCXREF的低電平對應著OCXN的有效電平，現在死區延時比它有效電平本身還長，沒辦法OCXN只能一路無效輸出，即呈現低電平。同樣，Figure 122中OCXREF的高電平對應著OCX的有效電平，但現在死區延時比它有效電平本身還長，OCX也只能一路無效輸出，即呈現低電平。換句說，當死區時間比有效電平還長時，就沒有機會輸出有效電平了。

從上面的分析我們了解到，插入死區是出于對馬達控制系統的安全考慮，但死區又是以犧牲有效驅動脈沖時間為代價的�？梢韵胂�，另一方面講死區也會帶來一些不利因素，有興趣的可以找相關專著閱讀。

作者: liuzhiping 時間: 2016-4-17 16:08
好文,多謝

作者: hheyy 時間: 2018-8-2 14:13
馬克，謝謝

作者: 彭偉0427 時間: 2018-8-4 10:17
F103的死區配置過程有嗎

作者: son2011 時間: 2019-10-21 14:20
好文，學習了

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