ST MCU定時器應(yīng)用中的死區(qū)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(qū)控制和剎車功能,一般來說死區(qū)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(qū)控制相關(guān)話題，分三個話題來談。

1. 何謂死區(qū)？為什么要設(shè)計死區(qū)？

2. STM32高級定時器中的死區(qū)的計算。

3. STM32高級定時器配置死區(qū)參數(shù)不合適時的問題。

   
   

一、何謂死區(qū)？為什么要設(shè)計死區(qū)？

單說死區(qū)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(tài)的時間或空間。下面要談的死區(qū)是針對STM32高級定時器輸出PWM驅(qū)動馬達時的某個無效狀態(tài)時段。

先看一副逆變器電機驅(qū)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(qū)動三相馬達時，各個橋臂是按照一定的規(guī)律輸出一系列PWM方波來驅(qū)動馬達的運轉(zhuǎn)。從PWM控制技術(shù)的應(yīng)用上可能有不同的實現(xiàn)方法，但你不論用什么實現(xiàn)方法，每一相的上下兩個橋臂不可以同時導(dǎo)通，否則電源會通過上下兩個橋臂形成短路出現(xiàn)燒毀及其它異常。

理論上講，每組橋臂的上下臂呈互補關(guān)驅(qū)動系，即上臂導(dǎo)通，下臂截止，反之亦然。實際上那些晶體管的開關(guān)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(dǎo)通的隱患，就額外設(shè)置一個時段，保證讓上下臂都呈截止狀態(tài)，這個時段就是死區(qū)。

以STM32芯片為例，下面是某通道的內(nèi)部中間參考信號【OCXREF】及其互補輸出PWM信號OCX和OCXN插入了死區(qū)后的時序圖。假設(shè)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(dǎo)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(dǎo)通的時間點往后延時一下，即做從截止切換到導(dǎo)通狀態(tài)的延時。這樣做的目的就是為了避開上下臂出現(xiàn)同時導(dǎo)通的情況。請注意紅色字，理解死區(qū)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(diào)整死區(qū)，OCXREF是不會變的。導(dǎo)通電平可能是高也可能是低，所以不能簡單地說死區(qū)插入是在上升沿或下降沿之前，而應(yīng)該說死區(qū)插入是在有效電平前。

二、STM32高級定時器中的死區(qū)如何計算

以STM32高級定時器的死區(qū)設(shè)置為例，我們只需簡單配置下寄存器就好，其它硬件負責(zé)搞定。這里以STM32F407芯片的TIM1為例來看看死區(qū)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(shè)的時鐘，Fdts可以通過TIMX_CR1相關(guān)寄存器位選擇配置。DT即為死區(qū)時間。

計算時，先確定Tdts,然后結(jié)合你需要的死區(qū)時間選擇相應(yīng)的計算檔位,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)過估算該死區(qū)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(qū)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(shù)據(jù)。

三、死區(qū)參數(shù)設(shè)置不合適出現(xiàn)的問題

經(jīng)常遇到有人在使用STM32高級定時器的死區(qū)控制時，反映說沒加死區(qū)前好好的，加死區(qū)后PWM輸出就異常了。問及死區(qū)時間及定時器相關(guān)參數(shù)設(shè)置時，往往不是很清楚。

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

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

根據(jù)上面假設(shè)前提，Figure121中OCXREF的低電平對應(yīng)著OCXN的有效電平，現(xiàn)在死區(qū)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(xiàn)低電平。同樣，Figure 122中OCXREF的高電平對應(yīng)著OCX的有效電平，但現(xiàn)在死區(qū)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(xiàn)低電平。換句說，當死區(qū)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(qū)是出于對馬達控制系統(tǒng)的安全考慮，但死區(qū)又是以犧牲有效驅(qū)動脈沖時間為代價的。可以想象，另一方面講死區(qū)也會帶來一些不利因素，有興趣的可以找相關(guān)專著閱讀。

好文,多謝

馬克，謝謝

F103的死區(qū)配置過程有嗎

好文，學(xué)習(xí)了