PWM“死区”的概念和基本原理

PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是一种广泛应用的数字信号调制技术，尤其在电力电子领域，如电机驱动、电源转换等场景中。PWM通过改变脉冲宽度来调节输出电压或电流的平均值，以此实现对负载的控制。在PWM中，"死区"是一个关键概念，它涉及到系统安全和效率。 死区时间（Dead Time）是指在PWM信号中，上半桥和下半桥的电力电子器件（如IGBT或MOSFET）不会同时开启的短暂间隔。这是因为如果两个器件同时导通，会导致电路内部形成短路，可能导致功率元件烧毁。为了解决这个问题，设计者会在一个器件关闭后设定一段延迟时间，确保在这一时间内另一个器件不会被激活，从而避免同时导通的情况发生。这段延迟就是死区时间，通常只占整个PWM周期的一小部分。 死区时间的控制对于保护电路至关重要，尤其是在处理大功率应用时。低端的微控制器可能不提供死区时间控制功能，但高级的PWM控制器通常会包含这一特性，允许用户调整死区时间以适应不同应用场景的需求。 占空比是PWM信号的重要参数，它定义了高电平脉冲相对于整个PWM周期的比例。例如，如果一个1kHz的PWM信号，其高电平持续时间为200μs，那么占空比就是200μs/1ms = 0.2，或者说20%。占空比的大小直接影响了输出电压或电流的平均值，是控制负载工作状态的关键因素。 PWM的分辨率则表示能实现的最小占空比变化，这取决于PWM硬件的位宽。一个8位的PWM控制器理论上可以实现1:255的占空比分辨率，而16位的控制器则可以达到1:65535。然而，实际的分辨率可能会受到计数器的工作方式（单斜率或双斜率）的影响。单斜率计数器从零计数到预设值，而双斜率计数器则在达到预设值后反向计数回零，这会改变PWM的频率和分辨率。 在理解PWM的工作原理时，需要考虑PWM的计数模式。例如，一个8位的PWM，如果采用单斜率模式，从0计数到80，然后重新开始，其分辨率是1:80。而如果采用双斜率模式，计数从0到80，再到0，那么分辨率提高到1:160，但输出频率减半。 PWM的死区时间、占空比和分辨率是决定其性能和安全性的重要参数。在实际应用中，合理设置这些参数可以确保系统高效、稳定地运行，同时避免潜在的硬件损坏。