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【PCB】IGBT半橋功率管驅動_IR2104芯片

【PCB】IGBT半橋功率管驅動_IR2104芯片

千里優選教學基地|其他|other else|

2023-03-25 03:02:08 716

一. 確定方案和目的

在電子電路和工業應用中，IGBT功率管被普遍應用，電磁爐中的開關管，變頻器中三相電機控制，程控電源，逆變器等。通過IGBT來控制大電流的快速開關實現不同的功能。本節來學習IGBT驅動芯片IR2104的使用。

通過用arduino來控制IR2104芯片驅動半橋IGBT功率管，通過上位機串口控制實現輸出不同占空比的偽模擬電壓信號。主要知識點是電路板設計和上位機編程實現方法，具體要求如下：

方案：用arduino實現IGBT的控制，并能夠使用上位機軟件控制實現輸出正弦電壓目的： 01. 掌握IR2104數據手冊，芯片的原理和使用方法； 02. 進行PCB電路板的設計，學習arduino的簡單編程； 03. 學習軟硬件編程的技術，實現上位機軟件與硬件數據交互；關鍵詞：labview、PCB、Arduino、IGBT、IR210

二. 芯片IR2104原理

三. 模擬信號仿真（Multisim）

01.本設計關鍵點在IGBT芯片的開關特性，需要仿真確定D1和C1器件的參數；

02.仿真運行是慢速的時間點，需要等待緩慢運行，與CPU處理量有關；

03.修改電路后會存在參數報錯無法運行，出現這種情況后讓其自動修正即可；

04.IGBT功率管的型號找相近的型號即可，通過修改參數來改變效果；

05.IGBT功率管正在在使用中需要添加正反電壓保護（雙向二極管限制）；

四. 電路板PCB設計

01.本設計選用Arduino開發板作為底板，需要設計配合的疊加板（擴展板）；

02.PCB電路板制作關鍵點在原理圖的制作、器件封裝設計、PCB的布局布線；

03.原理圖需要注意光耦隔離和電平的匹配問題，關鍵部位加入限流電阻；

04.IGBT功率管的引腳與封裝是否一致，引腳焊盤大小和間距是否正確；

05.IGBT功率管需要大電流，布線采用雙層疊加布線，注意與小信號的隔離；

五. 單片機串口控制（Arduino）

PCB電路板制作完畢后，需要寫微控制器程序。不同的單片機是工具的變化，關鍵是通過程序實現功能是一致的，主要的控制邏輯是一致的。

實現通過串口控制PWM輸出，需要具備串口、PWM、字符串轉換的知識點。串口需要啟動接收中斷來獲取用戶指令；用戶的指令需要從字符串中截取并識別配置參數；得到的配置參數需要修改單片機的pwm輸出。

下面通過arduino的代碼來具體理解單片機的編程思想：

01.串口配置、模擬量PWM配置、串口中斷配置；

02.串口接收中斷函數，用回車作為指令結束符號標記，代表接收完成；

03.主程序查詢接收是否完成，接收完成立即轉換為模擬量數值（相當于調整pwm占空比），實現改變輸出電壓；

04.toInt()是數值字符串轉換整數函數；

05.analogwrite是模擬量輸出函數，內部原理是修改PWM的占空比來實現模擬電壓調節；

06. IGBT功率管是接受單片機輸出的不同占空比的電壓，從而實現模擬量輸出；

六. 上位機控制指令（labview）

實現電腦控制單片機需要用到PC軟件，通過串口助手可以方便的調試單片機硬件，若要實現更為復雜功能就要涉及到上位機軟件的制作。常用的上位機設計軟件有C++、C#、VB等，對于電氣電子類工程人員來說Labview編程軟件比較適合，能夠通過圖形化編程快速實現功能。

下面通過圖形化代碼實現輸出一個正弦變化的模擬量波形，主要知識點是串口的發送和中斷接收。具體代碼如下（圖形代碼）：

01.首先需要初始化配置串口，為防止上次忘記關閉串口出錯，需要先關閉串口再配置；

02.根據Arduino程序得知，單片機是等待串口指令來進行的操作；

03.根據Arduino程序得知：發送指令定義是【數值+回車】，范圍在0-255；

04.圖形程序主旨是用while循環不停的發送指令數據，控制單片機輸出模擬波形；

05.仿真波形函數可配置正弦頻率，%d 是輸出字符串格式轉換功能塊；

06.若需要獲取單片機返回需要編寫串口接收進程，可參考上圖程序代碼；

02.注意接收和發送只需要配置一次串口初始化即可，上圖需要修改部分變動；

03.注意兩個while循環相當于兩個進程，需要添加同時停止條件，否則程序可能會導致不能關閉；

免責聲明：本文采摘自“ 千里優選教學基地”，本文僅代表作者個人觀點，不代表薩科微及行業觀點，只為轉載與分享，支持保護知識產權，轉載請注明原出處及作者，如有侵權請聯系我們刪除。

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