【PCB】IGBT半橋功率管驅(qū)動_IR2104芯片

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2023-03-25 03:02:08 704

一. 確定方案和目的

在電子電路和工業(yè)應(yīng)用中，IGBT功率管被普遍應(yīng)用，電磁爐中的開關(guān)管，變頻器中三相電機(jī)控制，程控電源，逆變器等。通過IGBT來控制大電流的快速開關(guān)實現(xiàn)不同的功能。本節(jié)來學(xué)習(xí)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(jī)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(shè)計和上位機(jī)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(jī)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(jìn)行PCB電路板的設(shè)計，學(xué)習(xí)arduino的簡單編程； 03. 學(xué)習(xí)軟硬件編程的技術(shù)，實現(xiàn)上位機(jī)軟件與硬件數(shù)據(jù)交互；關(guān)鍵詞：labview、PCB、Arduino、IGBT、IR210

二. 芯片IR2104原理

三. 模擬信號仿真（Multisim）

01.本設(shè)計關(guān)鍵點在IGBT芯片的開關(guān)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(guān)；

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(hù)（雙向二極管限制）；

四. 電路板PCB設(shè)計

01.本設(shè)計選用Arduino開發(fā)板作為底板，需要設(shè)計配合的疊加板（擴(kuò)展板）；

02.PCB電路板制作關(guān)鍵點在原理圖的制作、器件封裝設(shè)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(guān)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(jī)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(jī)是工具的變化，關(guān)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(jī)的pwm輸出。

下面通過arduino的代碼來具體理解單片機(jī)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(biāo)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(dāng)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(jī)輸出的不同占空比的電壓，從而實現(xiàn)模擬量輸出；

六. 上位機(jī)控制指令（labview）

實現(xiàn)電腦控制單片機(jī)需要用到PC軟件，通過串口助手可以方便的調(diào)試單片機(jī)硬件，若要實現(xiàn)更為復(fù)雜功能就要涉及到上位機(jī)軟件的制作。常用的上位機(jī)設(shè)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）：