08三相逆变器

桥臂、PWM、死区和线电压

学完应能回答

• 能画出三相桥拓扑，并说明上下管为什么必须互补、为什么必须做硬件死区不能只靠软件 if
• 能算出占空比 → 相电压 → 线电压（相电压差 √3 倍），并知道电机铭牌 380V 是线电压有效值不是峰值
• 能在 Sanken/Onsemi IPM datasheet 上查 t_d(off) 和 Q_g，反算合理死区和自举电容容值
• 理解死区误差幅值 ΔV = t_d·f_pwm·Udc 与极性 sign(I_phase)，知道为什么过零附近补偿要禁用
• 能用 TIM1 BDTR.MOE + BKIN 硬件关断把过流响应控制在 < 200 ns，而不是软件中断的 5-10 μs
• 理解中心对齐 PWM + TIM1 update 事件触发 ADC = 采样窗精准对齐"电流纹波谷底"

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零基础速入

为什么要学

• 不会写 PWM + 死区设置，FOC 算法再好也炸管。
• 低速小电流时死区损失最明显，是"低速啸叫""波形毛刺"的常见根因。
• STM32 高级定时器（TIM1/TIM8）的互补 + 死区 + 刹车输入是工业级电机控制的硬件支撑，必须熟练。

学习目标

• 认识三相桥、上下桥臂互补和死区机制
• 理解占空比 → 相电压 → 线电压的换算
• 识别死区失真、过调制和直通风险

核心概念

• 三相桥 6 个开关分 3 对（A/B/C 相），每对上下互补；同时导通 = 直通短路炸管。
• 死区时间 td：上管关断后等 td 再开下管，避免直通；典型 0.5-3 μs。
• 平均相电压 Va = (Da - 0.5)·Udc；线电压 Vab = Va - Vb。
• 死区损失 ΔV ≈ td × fpwm × Udc，与电流方向有关。

公式

工程意义

• 死区是必要的保护代价。td 太大低速畸变重；太小直通烧管，需要按驱动器和管子手册定。
• 硬件保护：刹车输入（BKIN）+ 过流比较器（COMP）+ 失能 PWM，软件中断兜底。
• 电机参数中的相电压标定（Vphase / Udc）必须和你的逆变器拓扑一致——星型相电压 vs 线电压差 √3 倍。

STM32 移植指南

• TIM1/TIM8 高级定时器互补 PWM：CCxE = 1, CCxNE = 1，死区在 BDTR.DTG 寄存器（步长查 RM）。
• 刹车 BKIN 接过流比较器输出（COMP），一旦触发硬件直接 OFF 全部 PWM，无需 CPU。
• 调试顺序：先空载只接逆变器看 PWM 互补 + 死区，再低压 12V 接电机，最后母线 48V。

常见误区

调试方法

• 先逻辑分析仪抓 PWM_A 高侧 + 低侧，确认互补 + 死区 td 测量值符合设置。
• 示波器抓相电压（电机断开时直接看半桥中点）应是干净方波。
• 上电机低压（12V），抓三相电流应正弦对称；不对称 → 检查死区补偿和 ADC 偏置。

建议实验

• 死区 0.5μs vs 4μs，对比线电压顶部凹槽深度。
• PWM 频率 4kHz vs 32kHz，看死区在周期内占比对失真的影响。
• 占空比拉到 0.95，看进入过调制后的扭曲。

STM32 C 代码骨架

/* ============================================
 * inverter_init.c — STM32G4 TIM1 三相互补 + 死区 + 刹车
 * ============================================ */

#define PWM_FREQ_HZ      16000
#define DEAD_TIME_NS     1000      // 1 μs，按驱动器手册调
#define APB2_CLOCK_HZ    170000000 // G4 主频

void inverter_pwm_init(void) {
    /* 1. TIM1 时钟 */
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_TIM1EN;

    /* 2. 中心对齐 PWM，ARR = clock / freq / 2 (因为中心对齐计数翻倍) */
    TIM1->PSC = 0;
    TIM1->ARR = APB2_CLOCK_HZ / PWM_FREQ_HZ / 2 - 1;
    TIM1->CR1 |= TIM_CR1_CMS_0;     // 中心对齐 mode 1（向上时更新比较）

    /* 3. PWM mode 1 三通道 + 互补输出 */
    TIM1->CCMR1 |= (6 << TIM_CCMR1_OC1M_Pos) | TIM_CCMR1_OC1PE;
    TIM1->CCMR1 |= (6 << TIM_CCMR1_OC2M_Pos) | TIM_CCMR1_OC2PE;
    TIM1->CCMR2 |= (6 << TIM_CCMR2_OC3M_Pos) | TIM_CCMR2_OC3PE;
    TIM1->CCER  |= TIM_CCER_CC1E | TIM_CCER_CC1NE
                 | TIM_CCER_CC2E | TIM_CCER_CC2NE
                 | TIM_CCER_CC3E | TIM_CCER_CC3NE;

    /* 4. 死区 + 主输出使能（BDTR）
     *    DTG[7:5]=0xx → DT = DTG × tCK_INT
     *    1μs @ 170MHz → DTG ≈ 170 (0xAA) */
    uint32_t dtg = (uint32_t)((uint64_t)DEAD_TIME_NS * APB2_CLOCK_HZ / 1000000000ULL);
    if (dtg > 127) dtg = 127;       // 简单上限，更高需切高位编码
    TIM1->BDTR = TIM_BDTR_MOE | (dtg & 0xFF);

    /* 5. 刹车输入 BKIN（接过流比较器输出，下降沿触发关断） */
    TIM1->BDTR |= TIM_BDTR_BKE | TIM_BDTR_BKP;

    /* 6. 初始占空比 50%，避免上电冲击 */
    TIM1->CCR1 = TIM1->ARR / 2;
    TIM1->CCR2 = TIM1->ARR / 2;
    TIM1->CCR3 = TIM1->ARR / 2;

    /* 7. 中断（更新事件触发 ADC 注入） */
    TIM1->DIER |= TIM_DIER_UIE;
    NVIC_SetPriority(TIM1_UP_TIM16_IRQn, 0);
    NVIC_EnableIRQ(TIM1_UP_TIM16_IRQn);

    /* 8. 启动 */
    TIM1->CR1 |= TIM_CR1_CEN;
}

/* 中断里写 CCR：
 *   TIM1->CCR1 = (uint16_t)(duty_a * (TIM1->ARR + 1));
 * BKIN 触发后 MOE=0，所有 PWM 强制低，无需 CPU。
 */

下一步

• 进入三闭环模块，看电流环 / 速度环 / 位置环如何级联给逆变器下命令。

随堂题