IPM死區(qū)時(shí)間調(diào)整硬件解決方案

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 

    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。下面是IPM內(nèi)部的電路框圖：

    IPM內(nèi)部含有門(mén)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(lèi)：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(mén)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。

    方案原理圖如下圖3：

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