ipm死区时间调整硬件解决方案

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1、IPM死区时间调整硬件解决方案摘要：针对不同厂家IPM要求的死区时间参数的不同，本文从硬件电路角度出发，提出一种延时电路方案，解决了因参数调整而引起软件的不统一问题，进而为MCU的大批量mask降低成本提供可能。关键词：IPM死区时间随着现代电力电子技术的飞速发展，以绝缘栅双晶体管（IGBT）为代表的功率器件在越来越多的场合得到广泛地应用。IGBT是VDMOS与双极晶体管的组合器件，集MOSFET与GTR的优点于一身，既具有输入阻抗高，开关速度快，热稳定性好和驱动电路简单的长处，又具有通态电压低，耐压高

2、和承受大电流的优点，特别适合于电机控制。现代逐渐得到普遍推广的变频空调，其内部的压缩机控制单元就是采用以IGBT为主要功率器件的新型智能模块（IPM）。IPM（智能功率模块）即IntelligentPoodule的缩写，它是将输出功率器件IGBT和驱动电路、多种保护电路集成在同一模块内，与普通IGBT相比，在系统性能和可靠性上均有进一步提高，而且由于IPM通态损耗和开关损耗都比较低，使散热器的尺寸减小，故整个系统的尺寸减小。下面是IPM内部的电路框图：IPM内部含有门极驱动控制、故障检测和多种保护电路。

3、保护电路分别检测过流、短路、过热、电源欠压等故障，当任一故障出现时，内部电路会封锁驱动信号并向外送出故障信号，以便外部的控制器及时处理现场，避免器件受到进一步损坏。下图是变频空调室外压缩机控制驱动主电路的原理图。220V交流电压经过由D1～D4和电解电容C1组成的桥式整流和阻容滤波电路后成为给IPM供电的直流电压，六个开关管按照一定规律通断，分别在U、V、（PULSEODULATE脉冲宽度调制）控制技术，P控制技术从控制思想上可以分成四类：等脉宽P法、正弦波P法、磁链追踪P法和电流追踪型P法。不管采用何

4、种控制方式，都必须注意U、V、内部形成短路，这是绝对不允许的。为了避免电源元件的切换反应不及时可能造成的短路，一定要在控制信号之间设定互锁时间，这个时间又叫换流时间，或者叫死区时间。死区时间，一般情况下软件工程师在程序设计时就会考虑并写进控制软件。但是由于不同公司生产的IPM，对死区时间长短的要求不尽相同，这样软件就会出现多个版本，不便于管理，并且影响CPU的MASK(掩模)工作。为了控制软件的统一性，有的软件工程师将死区时间放到芯片外扩展的E2中，对不同公司的IPM，只需改变一下E2中的数据，即可简单

5、实现死区时间的匹配。这种方法的缺点是生产成本较高，在实际应用时受到一定限制。随着集成电路工艺的不断改进，各种逻辑门集成电路的价格不断地下降，使采用硬件电路实现死区时间设定应用到生产上成为可能，这种方法的优点是电路简单，延时时间方便可调，成本低廉。方案原理图如下图3：控制过程如下：因为IPM控制输入低电平有效。平时CPU输出控制脚1处于高电平，逻辑或门输出高电平，IPM输入锁定。当CPU输出低电平有效时，高频瓷片电容通过电阻放电，逻辑或门输入脚2仍然维持高电平，逻辑或门输出高电平，IPM输入仍然锁定。当电

6、容放电完毕，或门输入脚2变为低电平时逻辑输出才为低电平，IPM控制输入有效，因此，电容放电时间就是CPU控制输出到IPM控制输入有效的延时时间。当CPU控制输出关断即输出重新变为高电平时，尽管电容处于充电状态而使或门输入脚2处于低电平，逻辑或门输出仍然立即变为高电平，锁定IPM输入。上述电路只是六路IPM控制输入的其中一路，其他五路做同样处理，通过调整R、C的参数，就可以实现所需要的延时时间。下面是一相电路控制时序图：下面我们推导图3所示电路中电阻和电容的选择：根据电工学公式，由电阻、电容组成的一阶线性

7、串联电路，电容电压Uc可以用下式表示：Uc=Uoexp（-t/τ）（1）τ为时间常数τ=RC在图3所示电路中，我们选择ST公司生产的高速CMOS或门电路，它的关门电平为1.35V（电源电压为4.5V），即当输入电压降至1.35/4.5U0=0.3U0时，输出电平转换有效，因此由式（1）可以推导出：td=-τln0.3=1.2RC（2）上式就是我们选择R、C值的指导公式。例如：需要延时时间为10us，选择精度为5%高频瓷片电容，容量为103P，则R=10*10e-6/1.2C=833Ω，这样R就可选择精度

8、为1%、阻值为820Ω的金属膜电阻。小结：按照上述方案设计的硬件延时电路，结构简单，成本低廉，可靠性极高，在实际使用时