STM32 死区时间

一、基本概念与作用

在电机驱动（如三相逆变器）、开关电源（如半桥/全桥拓扑）等需要上下桥臂互补导通的电路中，功率器件（MOSFET/IGBT）存在开关延迟。若一个桥臂的器件关断时，另一桥臂的器件立即导通，可能导致二者同时导通（称为"直通/Shoot-Through"），引发大电流而损坏器件或电源。

**死区时间：**一个桥臂的器件完全关断后，另一桥臂的器件延迟导通的这段时间。其实质是为功率器件的开关延迟提供缓冲，从而避免直通现象。

二、STM32中支持死区时间的模块

在STM32中，仅高级定时器支持互补PWM输出与可编程死区时间。通用定时器无互补输出功能，因此无法进行死区控制。

高级定时器的互补输出通道成对出现（如CH1与CH1N、CH2与CH2N、CH3与CH3N），并通过专用寄存器配置死区时间，确保互补通道的导通与关断时序之间严格插入死区。

三、死区时间配置寄存器：BDTR

死区时间配置集中在高级定时器的BDTR寄存器（Break and Dead-Time Register） 中，其核心控制位为DTG $7:0$ （Dead-Time Generator） 。此外，需配合MOE位（主输出使能） 来使能互补输出。
DTG $7:0$ ： 死区时间配置位（低7位DT $6:0$ + 最高位DTP $7$ ，用于扩展死区范围）
MOE： 主输出使能位（必须置1，否则互补输出被禁止）
**BKE/BKP：**刹车功能使能/极性（与死区功能独立，但共用该寄存器）

四、死区时间的计算方法

死区时间由DTG $7:0$ 的值 与**定时器的内部时钟（Tck_int）**共同决定。不同STM32系列的计算规则略有差异，以下以STM32F1为例：

1. 定时器内部时钟（Tck_int）的确定

STM32定时器时钟遵循以下规则：

复制代码

若APB预分频系数 = 1 → Tck_int = APBx时钟；
若APB预分频系数 > 1 → Tck_int = 2 × APBx时钟。

2. DTG位的分段计算规则

DTG $7:0$ 可分为最高位DTP（即DTG $7$ ）和低7位DT（DTG $6:0$ ），计算规则如下：

复制代码

当 DTP = 0（DTG[7] = 0）：死区时间 = DT[6:0] × Tck；
当 DTP = 1（DTG[7] = 1）：死区时间 = DT[6:0] × 16 × Tck。

五、STM32死区时间的配置步骤

以TIM1输出互补PWM为例，配置流程如下：

1. 初始化定时器基础参数

配置定时器时钟（如TIM1挂载在APB2上，需使能对应时钟）；

设置ARR（自动重装值）与PSC（预分频系数），确定PWM频率；

配置PWM模式（如PWM1/PWM2），并通过CCR（捕获比较值）设定占空比。

2. 配置互补输出与死区

使能互补输出；

配置BDTR寄存器：根据目标死区时间设置DTG $7:0$ ，并置位MOE。

3. 使能定时器与输出

使能定时器（将TIM_CR1的CEN位置1）；

使能通道输出（将TIM_CCER的CC1E置位，使能CH1）。

六、实际应用注意事项

1. 死区时间的取值平衡

过短： 无法覆盖功率器件的开关延迟，仍可能出现直通；
**过长：**导致PWM波形失真（有效占空比范围缩小）、电机转矩脉动增大或电源效率降低。

2. 匹配功率器件特性

MOSFET开关速度快（纳秒级），死区时间通常设为几百纳秒；

IGBT开关速度较慢（微秒级），死区时间需设为几微秒。

3. 温度与电压的影响

功率器件的开关延迟会随温度升高、电压降低而增加，因此需预留一定的死区余量。部分STM32系列支持自适应死区，可通过硬件或软件动态调整。

4. MOE位的关键作用

高级定时器的互补输出必须置位MOE，否则输出将被强制拉低，死区配置也将无效。

七、死区时间对PWM波形的影响

插入死区时间会导致：

输出PWM的有效占空比降低（在低占空比时尤为明显）；

输出电压/电流的谐波含量增加；

在电机驱动中，可能引起低速抖动（死区过大时）。