摘要：針對不同廠家IPM要求的死區(qū)時間參數的不同，本文從硬件電路角度出發(fā)，提出一種延時電路方案，解決了因參數調整而引起軟件的不統(tǒng)一問題，進而為MCU的大批量mask降低成本提供可能。 關鍵詞： IPM 死區(qū)時間 由于IGBT等功率器件都存在一定的結電容，所以會造成器件導通關斷的延遲現象。一般在設計電路時已盡量降低該影響，比如盡量提高控制極驅動電壓電流，設置結電容釋放回路等。為了使igbt工作可靠，避免由于關斷延遲效應造成上下橋臂直通，有必要設置死區(qū)時間，也就是上下橋臂同時關斷時間。死區(qū)時間可有效地避免延遲效應所造成的一個橋臂未完全關斷，而另一橋臂又處于導通狀態(tài)，避免直通炸模塊。 死區(qū)時間大，模塊工作更加可靠，但會帶來輸出波形的失真及降低輸出效率。死區(qū)時間小，輸出波形要好一些，只是會降低可靠性，一般為us級。一般來說死區(qū)時間是不可以改變的，只取決于功率元件制作工藝！ 隨著現代電力電子技術的飛速發(fā)展，以絕緣柵雙晶體管（IGBT）為代表的功率器件在越來越多的場合得到廣泛地應用。IGBT是VDMOS與雙極晶體管的組合器件，集MOSFET與GTR的優(yōu)點于一身，既具有輸入阻抗高，開關速度快，熱穩(wěn)定性好和驅動電路簡單的長處，又具有通態(tài)電壓低，耐壓高和承受大電流的優(yōu)點，特別適合于電機控制。現代逐漸得到普遍推廣的變頻空調，其內部的壓縮機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，它是將輸出功率器件IGBT和驅動電路、多種保護電路集成在同一模塊內，與普通IGBT相比，在系統(tǒng)性能和可靠性上均有進一步提高，而且由于IPM通態(tài)損耗和開關損耗都比較低，使散熱器的尺寸減小，故整個系統(tǒng)的尺寸減小。 IPM內部含有門極驅動控制、故障檢測和多種保護電路。保護電路分別檢測過流、短路、過熱、電源欠壓等故障，當任一故障出現時，內部電路會封鎖驅動信號并向外送出故障信號，以便外部的控制器及時處理現場，避免器件受到進一步損壞。下圖是變頻空調室外壓縮機控制驅動主電路的原理圖。 220V交流電壓經過由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，六個開關管按照一定規(guī)律通斷，分別在U、V、W三相輸出一系列的矩形信號，通過調整矩形波的頻率與占空比達到調節(jié)輸出電壓頻率和幅度的目的，即現在應用最廣泛的PWM（PULSE WIDTH MODULATE 脈沖寬度調制）控制技術，PWM控制技術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任意一相上下兩個橋臂不能同時導通，否則直流電源將在IPM內部形成短路，這是絕對不允許的。為了避免電源元件的切換反應不及時可能造成的短路，一定要在控制信號之間設定互鎖時間，這個時間又叫換流時間，或者叫死區(qū)時間。 死區(qū)時間，一般情況下軟件工程師在程序設計時就會考慮并寫進控制軟件。但是由于不同公司生產的IPM，對死區(qū)時間長短的要求不盡相同，這樣軟件就會出現多個版本，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)時間放到芯片外擴展的E2中，對不同公司的IPM，只需改變一下E2中的數據，即可簡單實現死區(qū)時間的匹配。這種方法的缺點是生產成本較高，在實際應用時受到一定限制。隨著集成電路工藝的不斷改進，各種邏輯門集成電路的價格不斷地下降，使采用硬件電路實現死區(qū)時間設定應用到生產上成為可能，這種方法的優(yōu)點是電路簡單，延時時間方便可調，成本低廉。 控制過程如下： 因為IPM控制輸入低電平有效。平時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CPU輸出低電平有效時，高頻瓷片電容通過電阻放電，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。當電容放電完畢，或門輸入腳2變?yōu)榈碗娖綍r邏輯輸出才為低電平，IPM控制輸入有效，因此，電容放電時間就是CPU控制輸出到IPM控制輸入有效的延時時間。當CPU控制輸出關斷即輸出重新變?yōu)楦唠娖綍r，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?，鎖定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，通過調整R、C的參數，就可以實現所需要的延時時間。 根據電工學公式，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為時間常數 τ=RC 我們選擇ST公司生產的高速CMOS或門電路，它的關門電平為1.35V（電源電壓為4.5V），即當輸入電壓降至1.35/4.5U0=0.3 U0時，輸出電平轉換有效，因此由式（1）可以推導出： 上式就是我們選擇R、C值的指導公式。 例如：需要延時時間為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：按照上述方案設計的硬件延時電路，結構簡單，成本低廉，可靠性極高，在實際使用時只需簡單調換一下電阻的阻值就可實現對死區(qū)時間要求不同的IPM的控制。