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三相SVPWM逆变器死区时间的硬件保护郭天娇;付成伟;高明;刘洋【摘要】A hardware protection circuit based on the research of inverter principle and dead-time mechanism is presented on the basis of existing inverter protection measures. If detects and controls the PWM input drive signal of the inverter by using the RC transient circuits and logic gate circuits. This circuit can ensure the safety of the inverter and the load by preventing the input singal to add to the inverter when the dead-time is too long or too short. Multisim simulation and experimental results demonstrate the effectiveness, and feasibility of the described protection measures.%基于逆变器工作原理和死区产生机理的研究,在现有逆变系统保护措施的基础上,提出了一种硬件保护电路.利用RC暂态电路和逻辑门电路等器件,对逆变器输入端的PWM驱动信号进行检测控制.当输入信号的死区时间过短或过长时,该电路能防止其加载到逆变器上,保证了逆变器和负载的安全.Multisim仿真和实验结果验证了所速保护措施的有效性和可行性.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)020【总页数】4页(P189-191,194)【关键词】逆变器;死区时间;硬件保护;SVPWM【作者】郭天娇;付成伟;高明;刘洋【作者单位】吉林大学物理学院,吉林长春 130012;吉林大学物理学院,吉林长春130012;吉林大学物理学院,吉林长春 130012;吉林大学物理学院,吉林长春130012【正文语种】中文【中图分类】TN911-34;TM464逆变电路在电力电子设备中占据非常重要的位置，作为将直流电转化为交流电的装置，在电机调速变频、高频开关电源、有源滤波等方面有着广泛的应用。
ncp1034芯片死区计算
NCP1034芯片是一种高性能PWM控制器，常用于电源管理和电源转换应用中。
死区时间是指在电路中为了防止功率晶体管或MOSFET同时导通而引起的瞬态故障而设置的一段时间间隔。
在PWM 控制器中，死区时间的设置对于电路的稳定性和效率至关重要。
要计算NCP1034芯片的死区时间，首先需要确定一些参数，包括开关频率、MOSFET的特性和工作环境等。
一般来说，死区时间可以通过以下公式计算：
死区时间 = (死区比例 1/开关频率)。
其中，死区比例是一个在0到1之间的比例系数，通常由厂家提供或者根据具体的电路设计经验确定。
开关频率是PWM控制器的工作频率，通常由设计要求或者具体应用决定。
另外，NCP1034芯片可能还提供了一些内部的死区时间控制功能，可以通过外部电阻或电容进行调节。
在实际应用中，可以根据具体的设计要求和电路特性来确定死区时间的具体数值。
需要注意的是，在计算死区时间时，还需要考虑到电路中的延迟时间、过渡时间等因素，以确保死区时间的设置能够有效地防止功率晶体管或MOSFET同时导通，从而保证电路的稳定性和可靠性。
总之，针对NCP1034芯片的死区时间计算，需要综合考虑电路参数、控制器特性和实际应用需求，通过合理的计算和调试来确定最佳的死区时间设置。
常用信号的检测并延时电路常用信号的检测延时电路是一种常见的电子电路，在很多领域中都有广泛的应用。
这种电路可以用来检测特定的信号，并在检测到信号后延时一段时间后再输出信号。
接下来，我们将介绍常用信号的检测延时电路的原理、应用和设计要点。
常用信号的检测延时电路的原理是基于信号检测和延时控制两个主要部分。
首先，信号检测部分使用适当的电路元件来接收和检测输入信号。
这些元件可以是传感器、接收器或滤波器等。
其次，在信号被检测到后，延时控制部分会启动计时器或延时器，以实现一定的延时时间。
最后，在延时时间结束后，输出电路会将延时后的信号传递给下一个电路或设备。
常用信号的检测延时电路有很多应用。
以下是几种常见的应用场景：1.汽车后视摄像头：在汽车后视摄像头中，常用信号的检测延时电路可以用来检测倒车信号。
当倒车信号被检测到后，电路会延时一段时间后打开摄像头，以提供驾驶员更清晰的倒车视野。
2.照明系统：在照明系统中，常用信号的检测延时电路可以用来检测人体的存在。
当电路检测到人体存在时，会启动一个延时器以控制灯光的亮度和时间，从而实现自动照明的功能。
3.安防系统：在安防系统中，常用信号的检测延时电路常用于入侵报警。
当电路检测到入侵信号时，会延时一段时间后触发报警装置，以提醒用户。
设计常用信号的检测延时电路需要考虑以下一些要点：1.信号检测：选择适当的检测元件，例如传感器、接收器或滤波器，以确保能够准确地检测到所需的信号。
2.延时控制：选择合适的延时器或计时器，以实现所需的延时时间。
延时时间的选择应根据具体应用场景来确定。
3.输出电路：选择适当的输出电路来传输延时后的信号。
输出电路可能需要增加缓冲器或放大器以实现所需的输出功率。
4.电源管理：考虑电源管理问题以确保电路的正常运行。
这可能包括选择适当的电源电压和电流，以及实施电源管理策略。
总之，常用信号的检测延时电路是一种常见的电子电路，具有广泛的应用。
设计这种电路时，需要考虑信号检测、延时控制、输出电路和电源管理等方面。
《装备制造技术＞＞２００８年第６期 电子镇流器控制芯片死区控制电路的优化设计 孙岩，许维胜，余有灵 （同济大学电子与信息工程学院控制科学与工程系，上海２０１８０４）
摘要：着重于功率集成电路在，Ｅ－－ｔ－镇流器控制芯片中死区电路的分析与设计上的应用。根据死区电路的设计要求，提出了几种解决方 案，并对每一种方案中的，Ｅ￣－ｆ－ｉ－．，￣－＿性和定量分析，指出其优缺点，对最后得到的优化设计电路用ｃａｄｅｎｃｅ软件进行仿真，得到理想的 仿真波形。版图也通过了Ｄ１ＬＣ和ＬＶＳ验证，结果表明电路的设计成功。 关键词：电子镇流器；死区电路；振荡器
中图分类号：ＴＭ９２３．６１
１概述 文献标识码：Ａ
１．１课题背景 由于荧光灯的固有特性，高频电子镇流器作为一种重要的 节能产品，越来越受到各国的普遍重视。伴随市场的发展，普通 模拟式电子镇流器也在逐步向数字式转变，数字电路以特有的 高稳定性、高可靠性、高逻辑性，可以方便实现标准所规定的各 种要求，这些混合型电路较大提升了普通模拟电路品质要求。 国际上已经出现用灵巧功率集成电路做荧光灯镇流器的产品， 例如用ＩＲ２１５Ｘ｛ｔ】系列或Ｌ６５６９等ＳＰＩＣ，利用ｓＰＩｃ的优点之一， 是容易将对功率器件的控制电路及保护电路做在同一芯片上， 使可靠性提高。但国外ＳＰＩＣ的成本高，成为制约其发展的瓶 颈。在中国ＩＣ初始发展阶段的十五年间中，面对国外实行对华 的技术封锁，开发集成电路的道路极为艰辛。但近几年，政府已 经意识到Ｉｃ业和软件业是实现信息化的两大支柱，决心要大 力发展这一行业。我国“绿色照明工程”的正式启动，也将对我 国的能源、电光源和照明技术，甚至环境保护等各个领域产生 巨大影响。 １＿２主要研究的内容 通过Ｄ触发器输出的两组波形是相位完全相反的两组波 形，当其通过后续电路并最终用来控制两个功率驱动管的导通 关闭时，会面临这样一个问题：两个功率管有可能同时导通。这 是因为在实际的电路中，两组波形通过后续电路不可避免会受 到不同时间长短的时延或其他影响？并且功率管的开启，关断 需要一定的时间。而两个功率管的同时导通会使得灯的工作不 正常，所以死区电路是必须的。而所谓的死区电路就是通过特 定的电路使得两组波形的导通时间错开。本文的目的就是设计 死区时间为２Ｉｔ，ｓ的死区电路． 本文主要的阐述内容为：对死区时间进行优化，得到了两 路互相没有交叠的方波，用以驱动高端和低端的两个功率 ＭＯＳ管，且具有死区时间可以随意调节的特点。对整体电路进 行了优化，经优化的电路节省了许多外接元件和引脚且具有精 文章编号：１ ６７２—５４５Ｘ（２００８）０６—００４７－０４ 确控制和容易调试等特点。最后利用ｃａｄｅｎｃｅ对这些电路单元 分别进行了设计仿真及版图的设计和优化。 ２电路设计 ２．１死区时间设置电路的要求 组成半桥结构的功率器件不能同时处于导通状态，否则， 由供电Ｈｖ至地将产生很大的“穿刺”电流，不仅增大功耗，而 且容易损坏功率器件。最简单的措施是在逻辑控制信号中设置 死区时间，向欲导通的ＭＯＳ功率器件发出触发脉冲的时刻，至 少比向欲关断的ＭＯＳ功率器件发出关断脉冲的时刻延后一段 时间，实现高侧及低侧功率ＭＯＳ器件ＰＭＩ，ＰＭ２的接通和关断 序列协调Ｐ－］。死区时间的具体数值由所设计的电路及功率器件 的以下参数决定： （１）相位分离电路的两路逻辑控制信号的时差； （２）高侧及低侧驱动电路的传输延迟之差； （３）高侧及低侧功率ＭＯＳ器件的开关速度之差； 我们可以在其它电路及功率器件设计结束后，对死区时间 进行估算，以实现死去时间的匹配。但是如果负载呈现电感性 时，容易产生逆变颠覆现象，死区时问的具体数值与负载有关， 实现完美匹配是非常困难的。设计时，往往留有足够的余量，在 这里我们将死区时间设置为２ ｓ。 ２Ｉ２传统的死区时间设置电路 传统的死区时间设置电路结构及信号状态如图１、图２：
1 引言目前，小功率通用或专用变频器以及交流变频家电产品大多采用典型的交-直-交电压型逆变器(vsi)结构，逆变实现一般采用双极性pwm 调制技术，即在同一逆变桥臂上、下2个开关管施加互补的触发信号。
由于开关管自身的特性:开通和关断都需要一定的时间，且关断时间比开通时间要长。
因此，若按照理想的触发信号控制开关管的开通和关断，就可能导致同一桥臂的2个开关管直通而损坏开关器件。
为了防止这种直通现象的发生，必须在它们开通和关断之间插入一定延时的时间，这个延时时间就称为死区。
死区时间内2个开关管都处于关断状态，负载电流通过反并联二极管续流，负载电压不受开关管控制，由此造成负载电压波形发生畸变，逆变器的平均输出电压降低，并产生与死区时间以及调制比成正比的3，5，7，…次谐波分量，进而影响到电动机的输入电流和运行质量。
当逆变器工作在低输出频率、开关频率较高和负载感性很弱时这种影响相当严重[1,2]。
为此，需要对死区的影响进行补偿，以提高变频器的输出性能和改善电动机的运行工况。
常用的补偿方法有电流反馈型和电压反馈型，也有单边补偿与双边补偿、纯硬件补偿与硬件软件结合补偿等具体手段，但其工作原理相似，都是产生一个与死区引起的误差波形反向的波形，以抵消死区的作用[3,10]。
motorola公司推出的电动机专用控制芯片mr16内部集成了专门的死区补偿硬件电路，只需要简单的外围电流极性检测和简单的软件编程就可以实现可靠的死区补偿[11]。
2 死区补偿原理分析2.1死区对输出电压的影响在理想情况下，功率开关管开通和关断都是瞬时完成，不存在开通和关断时间，因而也就不存在死区时间。
但实际情况是功率开关管并非理想开关，而且关断时间比开通时间要长。
为了使功率开关管工作安全，在其开通之前插入死区td，即让该桥臂的2个开关管在td时间内都处于关断状态。
由于死区时间td的存在，使得功率开关管的导通时间缩短，引起pwm脉冲宽度和电位的丢失，进而影响到逆变器输出的平均电压。
一种自动检测设置死区时间的电路设计 【摘要】本文推出一种自动设置死区时间的控制器。该控制器采用栅源电压差与阈值电压相比较的工作原理，得到的输出信号分别控制彼此栅极电平，确保上下桥臂不同时导通。为加速比较信号的反应，比较器电路中运用正反馈特性。最后，在感性负载下，给出阈值电压为1.2V时，死区时间的仿真和实验结果，仿真采用华润上华0.5μm CMOS工艺实现。电路设计简单，驱动电路也不要额外设置死区时间。
【关键词】半桥电路；死区时间；阈值电压；比较器；正反馈 A kind of automatic detection and setting dead time circuit designing HUANG Haiping，JIANG Yanfeng （Microelectronic research center,North China University of Technology,Beijing 100144,China）
Abstract：This paper introduced a kind of controller circuit which can automaticly set dead time.The controller works in this way that compares the voltage difference between gate and source of MOS tube to threshold voltage.The results of comparing each controls another gate in order to guarantee that the half bridge can not be turned on at the same time.The circuit with positive feedback is used here as to speed up the comparison of the response signal.At last,in the perceptual load,here gives the simulation and experiment results of dead time under the threshold voltage of 1.2V.The simulation results was realized by CSMC 0.5μm CMOS technology.the controller circuit is designed simply,and extra dead time need not to be setted up in the driving circuit.
Key words：Half bridge circuit；Dead time；Threshold voltage；Comparator；Positive feedback
1.引言 高效率的DC-DC变换器得到已经广泛应用，比如手机，个人电脑，通讯设备等。开关的损耗包括：传导损耗、开关损耗、直通损耗等。可以通过优化和改善功率管的尺寸和驱动电路来减小前两者的损耗。为了减小第三种损耗，就必须设法缩短死区时间[1]的大小。死区时间是为了使上下桥臂不会因开关延迟而导致同时开通而设置的一个时间段。因此，死区时间的设置，可以有效消除两个开关管之间延迟效应，避免直通损坏模块。如果设置的死区时间较大，电路工作虽然安全可靠，但是会引入输出波形的失真，从而影响输出效率；死区时间较小，输出波形较好，但是降低了电路可靠性，所以死区时间一般为μs级。死区时间的设置如果由定时器或软件延时产生，会增加定时器或CPU的负担。死区时间 的存在，使占空比调节范围缩小，降低了变换器动态性能；此外，因为开关器件的关断时间随环境温度、工作电流等因素变化很大，致使死区时间大小不容易掌握。
2.电路设计 2.1 死区时间设置规则 功率MOS管有寄生的二极管，称为体二极管，其恢复时间与存储在体二极管内的多余电荷成正比。理论上，在保证电路工作可靠的情况下，死区时间越小越好，设置时间短，体二级管的导通时间就小，则其消耗的功耗也就小。死区时间大时，模块工作更加可靠，但是体二极管导通时间就大，减小了电路的输出效率。一般把死区时间的大小设置在4%到一个周期之内，遵循规则如下：
（1） 式（1）中，TD是死区设置时间，Td(off)为开关MOS管的关断延迟时间，Tf为开关管的下降时间，Td(on)为开关管的开通延迟时间[2]。由于工艺厂商的不同，器件本身结电容放电时间，驱动参数有所不同，实际电路中选择TD值为2（Td(off)+Tf）。图1为半桥基本电路结构。
2.2 RC设置的延时电路 在目前的大多数开关电源芯片电路中，设置死区时间的常用方法是：对输入驱动信号进行一定的延时，使得高电平信号或低电平信号在一个周期时间内不完全重合，然后再与先前驱动信号进行一定的逻辑运算得到所需的死区时间。由此可以得出，延时单元在设置死区时间当中，是一个很重要的环节。典型的RC电路架构如图2所示。通过设置不同和R值或C值可以得到不同的死区时间。但是设置较大电容C值时，会增加CMOS反向器的栅极的延时，为了减小这个延时的影响，一般选取的电容值较小，而只是通过较大范围改变电阻R值。
2.3 死区时间控制电路设计 图3就是控制电路的基本框架图。半桥电路驱 动的负载为由LCR组成的谐振网络。谐振阻抗的公式如下：
（2） 所以谐振网络既可以工作在容性阻抗下，也可以工作在感性阻抗下。 当（3） 驱动负载表现感性。反之，则表现为容性。上下桥臂的MOS管的栅极各加入一个开关管。当MOSFET的栅源电压小于阈值电压，MOSFET就工作在截止区，不导通的状态，此时另一个桥臂的MOS管才开始被驱动，因此就能消除上下桥臂同时导通，避免器件损坏。其具体的工作原理是：假设MOSFET的阈值电压为Vth。图3中M1，M2都是NMOS管，都选用NMOS管的原因是其阈值电压就相同，就可以避免了后面设置比较值的时候需要两个不同基准电压。VH，Vf分别为M1管的栅极，源极的电势，当VH减去Vf得到的电势差小于M1的阈值电压时，M1管就不工作。其中，VH和Vf的电势差通过图4电路中I1运算放大器搭建的减法电路来实现。因为电阻比例值为1，所以I1的输出端的V1的大小为（VH-Vf），其值作为I2比较器的正端输入，负端为半桥电路MOS管阈值电压大小的直流电压。如果（VH-Vf）电压值大于Vth,I2比较器的输出端VLc输出高电平，图3中M4开关管就导通，M2功率管就不工作。
（VH-Vf）电压小于Vth,I2比较器的输出端VLc输出低电平，M2的栅极控制信号VL就由下桥驱动电路来驱动。同理，下桥臂M2管的工作方式与M1管的一样。当VL的电势一直大于M2管的阈值电压时，VHc始终处于高电平，M1的栅极就处于低电平，不工作。仅当VL的电势小于M2管的阈值电压时，VH的电势才由上桥驱动电路来控制。综上分析的结果，M1和M2就不可能有同时导通的情况出现，这样，也没必要另外设置死区时间，从而来避免总线Vbus和地之间短路的情况发生。
2.4 比较器加速电路的设计 基于上面的原理：要求比较器[3]的速度较快，精度较高。图5电路为一种锁存结构，其采用正反馈特性[4,5]加速比较过程。该锁存结构是由时钟控制的电路结构，时钟频率可取自半桥电路的驱动频率（振荡器的频率）。锁存电路为两级放大电路，第一级为MM3和MM4组成的差分结构，输出为b和a；第二级由MM2和MM1组成的差分结构，输出为单端输出d端。其工作原理如下：当输入信号Latch_clk低电平时，MF1，MF2两个NMOS管栅压为低电平,两管截止，不导通。a，b两点被MB2，MB1拉为高电平，MM1和MM2也不工作。由于MW3和MW4两管导通，所以d，c都为高电平。当Latch_clk信号从低电平转为高电电平后，MF1，MF2两管导通，如果此时有2nd_o2>2nd_o1,则I(2nd_o2)>I(2nd_o1),从而b点电位比a点电位下降的快，导致MB1开通的速度更快，使得a点电位上升，进而促使MN2比MN1开通的速度快，进一步的降低b点电位。这是其中的一个正反馈过程。另外，因b点电位迅速下降，MM2电流增加，a点电位上升，使得MM1电流减小，d点电位开始拉高，c点电位开始拉低，于是MW1电流开始减小，MW2电流开始增大，这又是第二个正反馈的过程。总而言之，该结构采用了两级正反馈结构加速比较过程。而比较器电路采用普通的二级比较器电路[6]。
3.仿真结果 图6代表的是MOS管的栅源电压和漏电流的关系曲线图。从图中的仿真结 果可以得出，MOS管的阈值电压为2V左右，所以在图4中设置的阈值电压Vth可以参考这个值，但是为了防止MOS管的亚阈值状态的出现，图4中Vth比较值设置为1.2V（甚至可以更小点）。
在图3电路的仿真过程中，半桥电路的驱动频 率f选择为80KHz，电感值L=10μH，电容=2200pF,电阻R=50Ω，得到的仿真结果如图7和图8所示。图7中，上面的曲线代表的是图3中上桥臂的VH电压，下面的曲线为图3中的下桥臂的VL电压。从图7中可以读出死区时间为：
Tdead=(7.2829-6.4785)μS =0.804(μS) 在图8中，上面曲线代表的是上桥臂栅极电压VH，下面的曲线为栅极控制信号VHc电压信号。从图8的结果来看，VHc高电平时把VH的电势拉到最低电平。在图9中，上面曲线代表的是下桥臂栅极电压VL，下面的曲线为栅极控制信号VLc电压信号。从图8的结果来看，VLc高电平时把VL的电势拉到最低电平。在同一时刻，结合图7-9的仿真结果，死区时间完全只由器件栅极上升延迟和下降延迟决定的。
4.实验验证 为验证所设计电路的正确性，搭建了实验电路板（有些器件模型选择与仿真有点出入），并得出了实验波形如图10所示。在图10中，共显示了四路波形：VH，VL，VHc，VLc。上面两条曲线分别代表是VH，VL波形（每格2V）；下面两条曲线代表是VHc,VLc波形（每格5V）。从图中可以得出：VH和VL相交的电压不超过1.2V,满足设计要求。
5.结论 在半桥电路中，利用控制器电路不断的检测上下桥的栅源电压，当栅源电压差值小于阈值电压时，MOS管不导通，此时，另一桥臂的MOS管的栅压才受驱动电路控制，栅极电压才开始上升。由此，可以完全避免上下桥臂同时导通的现象出现。从死区时间的结果来看，感抗负载下，死区时间的占空比都不超过10%。此外，通过设置较小的阈值电压，可以得到更小的死区时间。控制电路设计简单，比较器中添加正反馈特性，主要是增强反应速度，减小比较器电路延迟时间。
