[经验]

用arduino来控制IR2104芯片驱动半桥IGBT功率管

2023-3-27 14:57:37

1436 IGBT 变频器三相电机驱动芯片

　　一。确定方案和目的
　　在电子电路和工业应用中，IGBT功率管被普遍应用，电磁炉中的开关管，变频器中三相电机控制，程控电源，逆变器等。通过IGBT来控制大电流的快速开关实现不同的功能。本节来学习IGBT驱动芯片IR2104的使用。
　　通过用arduino来控制IR2104芯片驱动半桥IGBT功率管，通过上位机串口控制实现输出不同占空比的伪模拟电压信号。主要知识点是电路板设计和上位机编程实现方法，具体要求如下：
　　方案：用arduino实现IGBT的控制，并能够使用上位机软件控制实现输出正弦电压
　　目的：
　　01. 掌握IR2104数据手册，芯片的原理和使用方法；
　　02. 进行PCB电路板的设计，学习arduino的简单编程；
　　03. 学习软硬件编程的技术，实现上位机软件与硬件数据交互；

　　二。芯片IR2104原理

　　三。模拟信号仿真（Multisim）

　　01.本设计关键点在IGBT芯片的开关特性，需要仿真确定D1和C1器件的参数；
　　02.仿真运行是慢速的时间点，需要等待缓慢运行，与CPU处理量有关；
　　03.修改电路后会存在参数报错无法运行，出现这种情况后让其自动修正即可；
　　04.IGBT功率管的型号找相近的型号即可，通过修改参数来改变效果；
　　05.IGBT功率管正在在使用中需要添加正反电压保护（双向二极管限制）；
　　四。电路板PCB设计

　　01.本设计选用Arduino开发板作为底板，需要设计配合的叠加板（扩展板）；
　　02.PCB电路板制作关键点在原理图的制作、器件封装设计、PCB的布局布线；
　　03.原理图需要注意光耦隔离和电平的匹配问题，关键部位加入限流电阻；04.IGBT功率管的引脚与封装是否一致，引脚焊盘大小和间距是否正确；
　　05.IGBT功率管需要大电流，布线采用双层叠加布线，注意与小信号的隔离；
　　五。单片机串口控制（Arduino）
　　PCB电路板制作完毕后，需要写微控制器程序。不同的单片机是工具的变化，关键是通过程序实现功能是一致的，主要的控制逻辑是一致的。
　　实现通过串口控制PWM输出，需要具备串口、PWM、字符串转换的知识点。串口需要启动接收中断来获取用户指令；用户的指令需要从字符串中截取并识别配置参数；得到的配置参数需要修改单片机的pwm输出。
　　下面通过arduino的代码来具体理解单片机的编程思想：
　　01.串口配置、模拟量PWM配置、串口中断配置；
　　02.串口接收中断函数，用回车作为指令结束符号标记，代表接收完成；
　　03.主程序查询接收是否完成，接收完成立即转换为模拟量数值（相当于调整pwm占空比），实现改变输出电压；
　　04.toInt（）是数值字符串转换整数函数；
　　05.analogwrite是模拟量输出函数，内部原理是修改PWM的占空比来实现模拟电压调节；
　　06. IGBT功率管是接受单片机输出的不同占空比的电压，从而实现模拟量输出；String inputString = “”; // a string to hold incoming data

　　六。上位机控制指令（labview）
　　实现电脑控制单片机需要用到PC软件，通过串口助手可以方便的调试单片机硬件，若要实现更为复杂功能就要涉及到上位机软件的制作。
　　常用的上位机设计软件有C++、C#、VB等，对于电气电子类工程人员来说Labview编程软件比较适合，能够通过图形化编程快速实现功能。
　　下面通过图形化代码实现输出一个正弦变化的模拟量波形，主要知识点是串口的发送和中断接收。
　　具体代码如下（图形代码）：

　　01.首先需要初始化配置串口，为防止上次忘记关闭串口出错，需要先关闭串口再配置；
　　02.根据Arduino程序得知，单片机是等待串口指令来进行的操作；
　　03.根据Arduino程序得知：发送指令定义是【数值+回车】，范围在0-255；
　　04.图形程序主旨是用while循环不停的发送指令数据，控制单片机输出模拟波形；
　　05.仿真波形函数可配置正弦频率，%drn是输出字符串格式转换功能块；

　　06.若需要获取单片机返回需要编写串口接收进程，可参考上图程序代码；
　　02.注意接收和发送只需要配置一次串口初始化即可，上图需要修改部分变动；
　　03.注意两个while循环相当于两个进程，需要添加同时停止条件，否则程序可能会导致不能关闭；

原作者：Dream_doing 千里优选教学基地