IPM死區時間調整硬件解決方案

摘要：針對不同廠家IPM要求的死區時間參數的不同，本文從硬件電路角度出發，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    死區時間 

    隨著現代電力電子技術的飛速發展，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的優點于一身，既具有輸入阻抗高，開關速度快，熱穩定性好和驅動電路簡單的長處，又具有通態電壓低，耐壓高和承受大電流的優點，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，在系統性能和可靠性上均有進一步提高，而且由于IPM通態損耗和開關損耗都比較低，使散熱器的尺寸減小，故整個系統的尺寸減小。下面是IPM內部的電路框圖：

    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，或者叫死區時間。

    死區時間，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。為了控制軟件的統一性，有的軟件工程師將死區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時間設定應用到生產上成為可能，這種方法的優點是電路簡單，延時時間方便可調，成本低廉。

    方案原理圖如下圖3：

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