CN103873035B - 基于定时器产生死区可调的pwm控制信号系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于定时器产生死区可调的PWM控制信号系统，通过定时器将溢出中断进程和两个比较寄存器连接起来，使PWM控制信号灵活设置死区时间。同时，按系统需要实际配置比较寄存器个数，并且在设置比较寄存器的数值时，可以根据定时器的计数区间值灵活改变，从而改变死区的大小，具有高灵活性、扩展性和精确性，同时降低了成本。

Description

基于定时器产生死区可调的PWM控制信号系统

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于定时器产生死区可调的PWM控制信号系统。

背景技术

近些年来，功率电子技术的发展十分迅速，与此同时如何高效的控制功率器件工作也逐渐成为很多人研究的课题。以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）组成的H桥电路为例，IGBT器件的特性是可以立刻导通但不能立刻关断。为了等待IGBT的关断，两路或多路控制信号必须要出现同时为低的时间，这段时间就是被称为的Dead Zone的死区保护时间。

然而，在当今电力电子技术高速发展的背景下，脉冲宽度调制信号（PWM）作为电力电子技术的控制中枢，该技术是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，而死区是指在两路或多路PWM控制信号电平发生反转时插入的一个时间间隔，在该时间间隔下，两路或多路PWM控制信号必须同时为低电平模式，避免关闭前一个功率器件和打开后一个功率器件时因为开关速度的原因导致功率器件烧毁如果没有死区保护，功率器件很容易被烧毁，而绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）等功率器件的关断需要一定的时间，这一特性无疑加大了产生PWM控制信号的难度。

当前，很多半导体公司都认识到这一点，例如TI推出的TMS320LF2407、三星半导体推出的S5PV210等，这些微处理器都具备专门的死区时间设置寄存器，但是这些微控制器价格都比较昂贵，无形中提高了产品的成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于定时器产生死区可调的PWM控制信号系统，使PWM控制信号灵活设置死区时间，具有可扩展、高灵活以及低成本的性能。

为实现上述发明目的，本发明一种基于定时器产生死区可调的PWM控制信号系统,其特征在于，包括：连接溢出中断进程和比较寄存器COM1A与COM1B的一个定时器；比较寄存器COM1A对应的输出引脚为OC1A，比较寄存器COM1B对应的输出引脚为OC1B；

定时器设置为循环计数方式，其计数区间设置为0x00-TOP；比较寄存器COM1A和COM1B中的数值设置为OCR1A和OCR1B，且OCR1A=OCR1B；

系统启动时，首先开启定时器和比较寄存器COM1A，同时关闭比较寄存器COM1B；定时器开启后并计数，当定时器的计数值与比较寄存器COM1A中的数值OCR1A相等时，记录下当前时间T1，同时比较寄存器COM1A对应的输出引脚OC1A以高电平输出PWM控制信号，而比较寄存器COM1B对应的输出引脚OC1B以低电平输出PWM控制信号；

当定时器的计数值到达计数区间的TOP值时，记录下当前时间T2，定时器触发溢出中断进程，溢出中断进程再发送关闭指令将比较寄存器COM1A关闭，输出引脚OC1A并以低电平输出PWM控制信号，溢出中断进程发送开启指令将比较寄存器COM1B开启，输出引脚OC1B以低电平输出PWM控制信号，溢出中断进程并发送清0指令给定时器，定时器将计数清0并进入下一循环周期；

当定时器的计数值与比较寄存器COM1B中的数值OCR1B相等时，记录下当前时间T3，同时比较寄存器COM1B对应的输出引脚OC1B以高电平输出PWM控制信号，而比较寄存器COM1A对应的输出引脚OC1A以低电平输出PWM控制信号；

当定时器的计数值到达计数区间的TOP值时，记录下当前时间T4，定时器触发溢出中断进程，溢出中断进程再发送关闭指令将比较寄存器COM1B关闭，输出引脚OC1B并以低电平输出PWM控制信号，溢出中断进程发送开启指令将比较寄存器COM1A开启，输出引脚OC1A以低电平输出PWM控制信号，溢出中断进程并发送清0指令给定时器，定时器将计数清0并进入下一循环周期；

记录下时间T2到时间T3的区域S，S即为死区可调区域，通过修改比较寄存器COM1A和COM1B中的数值OCR1A和OCR1B来改变死区的大小。

进一步地，本发明提供一种确定定时器计数区间TOP值的方法为：TOP的计算公式为：

$f_{\mathrm{OCnxPWM}}=\frac{f_{\mathrm{clk}\_I/O}}{N\·\left(1\mathrm{TOP}\right)}$

其中f_{clk_I/O}表示控制信号系统的工作频率，f_OCnxPWM表示PWM控制信号的频率，N表示控制信号系统的分频系数。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明基于定时器产生死区可调的PWM控制信号系统，通过定时器将溢出中断进程和两个比较寄存器连接起来，使PWM控制信号灵活设置死区时间。同时，按系统需要实际配置比较寄存器个数，并且在设置比较寄存器的数值时，可以根据定时器的计数区间值灵活改变，从而改变死区的大小，具有高灵活性、扩展性和精确性，同时降低了成本。

同时，本发明基于定时器产生死区可调的PWM控制信号系统还具有以下有益效果：

（1）、本系统中不需要具有专门设置死区时间的寄存器，仅需要增加一个普通的定时器，降低了成本；

（2）、按系统需要实际配置比较寄存器的个数，并通过修改比较寄存器的数值来改变死区大小，具有高扩展性、灵活性和精准性，同时保证了后端功率器件的安全性。

附图说明

图1是本发明基于定时器产生死区可调的PWM控制信号系统原理框图；

图2是图1所示比较寄存器的输出波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明基于定时器产生死区可调的PWM控制信号系统原理框图。

图2是图1所示比较寄存器的输出波形图。

在本实施例中，如图1所示，一种基于定时器产生死区可调的PWM控制信号系统,包括：连接溢出中断进程和比较寄存器COM1A与COM1B的一个定时器；

如图1所示，两个比较寄存器：COM1A和COM1B控制着OC1A和OC1B的输出状态，而OC1A和OC1B即是本发明中PWM控制信号的输出引脚；

16位的定时器TIMER1设置为循环计数方式，其计数区间设置为0x00-TOP；计数区间的TOP值通过公式确定，其中f_{clk_I/O}表示系统的工作频率，f_OCnxPWM表示PWM控制信号的频率，N表示系统的分频系数，同时将比较寄存器COM1A和COM1B中的初始值设置为OCR1A和OCR1B，且OCR1A=OCR1B，一般取值在1／10TOP左右，具体根据实际需要确定。

系统启动时，首先开启定时器TIMER1和比较寄存器COM1A，同时关闭比较寄存器COM1B；定时器TIMER1开启后并计数，当定时器TIMER1的计数值与比较寄存器COM1A中的数值OCR1A相等时，记录下当前时间T1，如图2所示，同时比较寄存器COM1A对应的输出引脚OC1A以高电平输出PWM控制信号，而比较寄存器COM1B对应的输出引脚OC1B以低电平输出PWM控制信号；

当定时器TIMER1的计数值到达计数区间的TOP值时，记录下当前时间T2，如图2所示，定时器触发溢出中断进程，溢出中断进程再发送关闭指令将比较寄存器COM1A关闭，输出引脚OC1A并以低电平输出PWM控制信号，溢出中断进程发送开启指令将比较寄存器COM1B开启，输出引脚OC1B以低电平输出PWM控制信号，溢出中断进程并发送清0指令给定时器TIMER1，定时器TIMER1将计数清0并进入下一循环周期；

当定时器TIMER1的计数值与比较寄存器COM1B中的数值OCR1B相等时，记录下当前时间T3，如图2所示，同时比较寄存器COM1B对应的输出引脚OC1B以高电平输出PWM控制信号，而比较寄存器COM1A对应的输出引脚OC1A以低电平输出PWM控制信号；

当定时器TIMER1的计数值到达计数区间的TOP值时，记录下当前时间T4，如图2所示，定时器TIMER1触发溢出中断进程，溢出中断进程再发送关闭指令将比较寄存器COM1B关闭，输出引脚OC1B并以低电平输出PWM控制信号，溢出中断进程发送开启指令将比较寄存器COM1A开启，输出引脚OC1A以低电平输出PWM控制信号，溢出中断进程并发送清0指令给定时器TIMER1，定时器TIMER1将计数清0并进入下一循环周期；

记录下时间T2到时间T3的区域S，S即为死区可调区域，通过修改比较寄存器COM1A和COM1B中的数值OCR1A和OCR1B来改变死区的大小。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种基于定时器产生死区可调的PWM控制信号系统,其特征在于，包括：连接溢出中断进程和比较寄存器COM1A与COM1B的一个定时器；比较寄存器COM1A对应的输出引脚为OC1A，比较寄存器COM1B对应的输出引脚为OC1B；

定时器设置为循环计数方式，其计数区间设置为0x00-TOP；比较寄存器COM1A和COM1B中的数值设置为OCR1A和OCR1B，且OCR1A＝OCR1B；

系统启动时，首先开启定时器和比较寄存器COM1A，同时关闭比较寄存器COM1B；定时器开启后并计数，当定时器的计数值与比较寄存器COM1A中的数值OCR1A相等时，记录下当前时间T1，同时比较寄存器COM1A对应的输出引脚OC1A以高电平输出PWM控制信号，而比较寄存器COM1B对应的输出引脚OC1B以低电平输出PWM控制信号；

当定时器的计数值到达计数区间的TOP值时，记录下当前时间T2，定时器触发溢出中断进程，溢出中断进程再发送关闭指令将比较寄存器COM1A关闭，输出引脚OC1A并以低电平输出PWM控制信号，溢出中断进程发送开启指令将比较寄存器COM1B开启，输出引脚OC1B以低电平输出PWM控制信号，溢出中断进程并发送清0指令给定时器，定时器将计数清0并进入下一循环周期；

当定时器的计数值与比较寄存器COM1B中的数值OCR1B相等时，记录下当前时间T3，同时比较寄存器COM1B对应的输出引脚OC1B以高电平输出PWM控制信号，而比较寄存器COM1A对应的输出引脚OC1A以低电平输出PWM控制信号；

当定时器的计数值到达计数区间的TOP值时，记录下当前时间T4，定时器触发溢出中断进程，溢出中断进程再发送关闭指令将比较寄存器COM1B关闭，输出引脚OC1B并以低电平输出PWM控制信号，溢出中断进程发送开启指令将比较寄存器COM1A开启，输出引脚OC1A以低电平输出PWM控制信号，溢出中断进程并发送清0指令给定时器，定时器将计数清0并进入下一循环周期；

记录下时间T2到时间T3的区域S，S即为死区可调区域，通过修改比较寄存器中的数值OCR1A和OCR1B来改变死区的大小；

其中，所述的定时器计数区间的TOP值确定方法为：TOP的计算公式为：

$f_{OCnxPWM}=\frac{f_{clk\_I/O}}{N\·(1+TOP)}$

其中f_{clk_I/O}表示系统的工作频率，f_OCnxPWM表示PWM控制信号的频率，N为系统时钟的分频系数。