Tiny H-Bridge Drivers - Noțiuni de bază: 6 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Bună ziua și bine ați revenit la un alt instructabil! În cea anterioară, v-am arătat cum am creat bobine în KiCad folosind un script python. Apoi am creat și testat câteva variante de bobine pentru a vedea care funcționează cel mai bine. Scopul meu este să înlocuiesc uriașii magneți din afișajul mecanic pe 7 segmente cu bobinele PCB.

În acest Instructable, voi acoperi elementele de bază ale unui pod H și vă voi arăta cum îl voi folosi pentru a controla segmentele. În cele din urmă, vă voi prezenta câteva dintre podurile H în pachete mici disponibile pe piață.

Să începem

Pasul 1: Planul

În construcția originală am făcut aranjamente în așa fel încât, atunci când bobina se energizează, aceasta se opune sau împinge magnetul împreună cu segmentul. Dar când bobina este dezactivată, magnetul este atras de miezul electromagnetului și astfel segmentul revine la poziția sa inițială. În mod clar, acest lucru nu va funcționa, deoarece nu există miez în bobina PCB. De fapt, am avut o bobină cu o gaură în mijloc pentru miez, dar nu a funcționat.

Fără nucleu, segmentul va rămâne în noua sa poziție, chiar dacă bobina este dezactivată. Pentru a readuce segmentul în poziția sa inițială, curentul prin bobină trebuie inversat, care la rândul său ar răsturna polii și de această dată ar atrage magnetul.

Pasul 2: Bazele H-Bridge

Inversarea curentului necesar se realizează utilizând un circuit care constă din 4 comutatoare dispuse în forma literei majuscule H și de aici denumirea H-Bridge. Acesta este cel mai frecvent utilizat pentru inversarea direcției de rotație a unui motor DC.

Un aranjament tipic pentru podul H este prezentat în prima imagine. Sarcina / motorul (sau bobina PCB în cazul nostru) este plasată între cele două picioare așa cum se arată.

Dacă comutatoarele S1 și S4 sunt închise, curentul curge așa cum se vede în imaginea a 3-a, iar când comutatoarele S2 și S3 sunt închise, curentul curge în direcția opusă așa cum se vede în imaginea a 4-a.

Trebuie avut grijă ca întrerupătoarele S1 și S3 sau S2 și S4 să nu fie niciodată închise așa cum se arată. Dacă faceți acest lucru, veți scurta sursa de alimentare și ar putea deteriora întrerupătoarele.

Am construit acest circuit exact pe un panou de calcul folosind 4 butoane ca întrerupătoare și un motor ca sarcină. Inversarea direcției de rotație confirmă că și direcția curentului s-a inversat. Grozav!

Dar nu vreau să stau acolo și să apăs manual butoanele. Vreau ca un microcontroler să facă treaba pentru mine. Pentru a construi practic acest circuit, putem folosi MOSFET-uri ca switch-uri.

Pasul 3: mici H-Bridges

Fiecare segment va necesita 4 MOSFET-uri. După cum vă puteți imagina, circuitul de control va deveni destul de imens pentru 7 segmente, împreună cu alte componente gratuite pentru a conduce poarta fiecărui MOSFET, care în cele din urmă îmi învinge scopul de a face afișajul mai mic.

Aș putea folosi componentele SMD, dar ar fi totuși mare și complicat. Ar fi fost mult mai ușor dacă ar exista un IC dedicat. Spuneți salut PAM8016, un IC cu toate componentele menționate anterior într-un pachet mic de 1,5 x 1,5 mm!

Aruncând o privire asupra schemei bloc funcționale din fișa tehnică, putem vedea podul H, driverele de poartă, împreună cu protecția împotriva scurtcircuitului și oprirea termică. Direcția curentului prin bobină poate fi controlată furnizând doar două intrări la cip. Dulce!

Dar există o problemă. Lipirea unui cip atât de mic va fi un coșmar pentru o persoană a cărei singură experiență cu lipirea prin reflux este câteva LED-uri și rezistențe. Și asta folosind un fier de călcat! Dar am decis să-i dau o șansă oricum.

Ca alternativă, am găsit DRV8837, care face același lucru, dar este puțin mai mare. În timp ce am continuat să caut alternative mai ușor de lipit pe LCSC, am dat peste FM116B, care este din nou același lucru, dar cu o putere mai mică și într-un pachet SOT23 care poate fi chiar lipit manual. Din păcate, ulterior am descoperit că nu am putut să o comand din cauza problemelor de expediere.

Pasul 4: Crearea panourilor

Înainte de a implementa IC-urile în PCB-ul final, am vrut mai întâi să testez dacă pot controla segmentele după cum doresc. După cum puteți vedea, IC-urile nu sunt compatibile cu panourile și, de asemenea, abilitățile mele de lipire nu sunt atât de bune pentru a lipi direct fire de cupru. De aceea am decis să creez un panou de repartizare, deoarece acestea nu sunt disponibile pe piață. O placă de rupere „izbucnește” pinii IC-ului pe o placă de circuite imprimate care are propriile pin-uri, care sunt distanțate perfect pentru o placă fără sudură, oferindu-vă acces ușor la utilizarea IC-ului.

O privire asupra fișei tehnice vă ajută să decideți care pini ar trebui să fie rupți. De exemplu, în cazul DRV8837:

• IC-ul are doi pini pentru sursa de alimentare, unul pentru sarcină / motor (VM) și altul pentru logică (VCC). Deoarece voi folosi 5V pentru ambele, voi conecta cei doi pini împreună.
• Următorul este pinul nSleep. Este un pin activ activ, adică conectarea la GND va pune IC-ul în modul de repaus. Vreau ca IC să fie activ tot timpul și așa că îl voi conecta permanent la 5V.
• Intrările au rezistențe interne de tragere. Deci, nu este nevoie să le furnizați celor din tablou.
• Fișa tehnică spune, de asemenea, să puneți un condensator de bypass 0.1uF pe pinii VM și VCC.

Ținând cont de punctele de mai sus, am proiectat o placă de separare pentru IC-urile din KiCad și am trimis fișierele Gerber către JLCPCB pentru fabricarea PCB și Stencil. Faceți clic aici pentru a descărca fișierele Gerber.

Pasul 5: Controlul unui segment

Odată ce am primit PCB-urile și șablonul de la JLCPCB, am asamblat placa. Aceasta a fost prima dată când am folosit un șablon și a lipit IC-uri mici. Degete încrucișate! Am folosit un fier de călcat ca o plită pentru a reface pasta de lipit.

Dar, oricât de mult am încercat, a existat întotdeauna un pod de lipit sub PAM8016. Din fericire, DRV8837 a fost un succes la prima încercare!

Următorul este să testez dacă pot controla segmentul. Conform fișei tehnice a DRV8837, trebuie să furnizez HIGH sau LOW pinilor IN1 și IN2. Când IN1 = 1 & IN2 = 0, curentul curge într-o direcție și când IN1 = 0 & IN2 = 1, curentul curge în direcție opusă. Functioneaza!

Configurarea de mai sus necesită două intrări de la un microcontroler și 14 intrări pentru un afișaj complet. Deoarece cele două intrări sunt întotdeauna completate una de alta, adică dacă IN1 este HIGH, atunci IN2 este LOW și invers, în loc să oferim două intrări separate, am putea trimite direct un semnal (1 sau 0) către o intrare în timp ce cealaltă intrare este dată după ce a fost trecut printr-o poartă NU care o inversează. În acest fel, putem controla segmentul / bobina folosind o singură intrare la fel ca un afișaj normal pe 7 segmente. Și a funcționat așa cum era de așteptat!

Pasul 6: Ce urmează?

Deci asta e deocamdată! Următorul și ultimul pas ar fi combinarea celor 7 bobine și a driverelor H-Bridge (DRV8837) împreună pe un singur PCB. Deci, stați la curent cu asta! Spuneți-mi părerile și sugestiile dvs. în comentariile de mai jos.

Vă mulțumesc că ați rămas până la capăt. Sper că toți iubiți acest proiect și ați învățat ceva nou astăzi. Abonați-vă la canalul meu YouTube pentru mai multe astfel de proiecte.