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【PCB】IGBT半橋功率管驅(qū)動_IR2104芯片

發(fā)布時間:2023-03-25作者來源:千里優(yōu)選教學基地瀏覽:2726


一. 確定方案和目的

     在電子電路和工業(yè)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(xiàn)不同的功能。本節(jié)來學習IGBT驅(qū)動芯片IR2104的使用。

     通過用arduino來控制IR2104芯片驅(qū)動半橋IGBT功率管,通過上位機串口控制實現(xiàn)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(xiàn)方法,具體要求如下:

  方案:用arduino實現(xiàn)IGBT的控制,并能夠使用上位機軟件控制實現(xiàn)輸出正弦電壓  
  目的:   
  01. 掌握IR2104數(shù)據(jù)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(xiàn)上位機軟件與硬件數(shù)據(jù)交互;   
  關鍵詞:labview、PCB、Arduino、IGBT、IR210

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二. 芯片IR2104原理

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三. 模擬信號仿真(Multisim)

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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(shù);
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(shù)報錯無法運行,出現(xiàn)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(shù)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

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01.本設計選用Arduino開發(fā)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?qū)崿F(xiàn)功能是一致的,主要的控制邏輯是一致的。

    實現(xiàn)通過串口控制PWM輸出,需要具備串口、PWM、字符串轉(zhuǎn)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(shù);得到的配置參數(shù)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(shù),用回車作為指令結(jié)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(zhuǎn)換為模擬量數(shù)值(相當于調(diào)整pwm占空比),實現(xiàn)改變輸出電壓;

  04.toInt()是數(shù)值字符串轉(zhuǎn)換整數(shù)函數(shù)

  05.analogwrite是模擬量輸出函數(shù),內(nèi)部原理是修改PWM的占空比來實現(xiàn)模擬電壓調(diào)節(jié);

  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(xiàn)模擬量輸出;


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六. 上位機控制指令(labview)

     實現(xiàn)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(diào)試單片機硬件,若要實現(xiàn)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(xiàn)功能。

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

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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(jù)Arduino程序得知,單片機是等待串口指令來進行的操作;

03.根據(jù)Arduino程序得知:發(fā)送指令定義是【數(shù)值+回車】,范圍在0-255

04.圖形程序主旨是用while循環(huán)不停的發(fā)送指令數(shù)據(jù),控制單片機輸出模擬波形;


05.仿真波形函數(shù)可配置正弦頻率,%d\r\n是輸出字符串格式轉(zhuǎn)換功能塊;


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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(fā)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(huán)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;


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