Tiny H-Bridge drivere - Grunnleggende: 6 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Hei og velkommen tilbake til en annen Instructable! I den forrige viste jeg deg hvordan jeg opprettet spoler i KiCad ved hjelp av et python -skript. Deretter opprettet og testet jeg noen varianter av spoler for å se hvilken som fungerer best. Målet mitt er å erstatte de enorme elektromagnetene i det mekaniske 7-segmentet display med PCB-spolene.

I denne instruksen vil jeg dekke det grunnleggende om en H-bro og vise deg hvordan jeg skal bruke den til å kontrollere segmentene. Til slutt vil jeg introdusere deg for noen av H-broene i små pakker som er tilgjengelige på markedet.

La oss komme i gang

Trinn 1: Planen

I den opprinnelige konstruksjonen hadde jeg lagt til rette på en slik måte at når spolen får strøm, motsetter den eller skyver magneten sammen med segmentet. Men når spolen slås av, blir magneten tiltrukket av kjernen i elektromagneten, og dermed kommer segmentet tilbake til sin opprinnelige posisjon. Tydeligvis kommer dette ikke til å fungere, da det ikke er noen kjerne i PCB -spolen. Jeg hadde faktisk en spole med et hull i midten for kjernen, men det fungerte ikke.

Uten kjernen vil segmentet forbli i sin nye posisjon, selv om spolen er spenningsfri. For å bringe segmentet tilbake til sin opprinnelige posisjon, må strømmen gjennom spolen reverseres, noe som igjen vil snu polene og denne gangen tiltrekke seg magneten.

Trinn 2: Grunnleggende om H-Bridge

Reversering av nødvendig strøm oppnås ved hjelp av en krets som består av 4 brytere arrangert i form av stor bokstav H og derav navnet H-Bridge. Dette er mest brukt for å reversere rotasjonsretningen til en likestrømsmotor.

Et typisk H-broarrangement er vist på det første bildet. Lasten/motoren (eller PCB -spolen i vårt tilfelle) er plassert mellom de to beina som vist.

Hvis bryterne S1 og S4 er lukket, flyter strømmen som vist på det tredje bildet, og når bryterne S2 og S3 lukkes, strømmer strømmen i motsatt retning som vist på det fjerde bildet.

Man må passe på at brytere S1 og S3 eller S2 og S4 aldri stenges som vist. Dette vil kortslutte strømforsyningen og kan skade bryterne.

Jeg bygde denne eksakte kretsen på et brødbrett ved å bruke 4 trykknapper som brytere og en motor som last. Omvendt rotasjonsretning bekrefter at strømretningen også har snudd. Flott!

Men jeg vil ikke sitte der og trykke på knappene manuelt. Jeg vil at en mikrokontroller skal gjøre jobben for meg. For praktisk talt å bygge denne kretsen, kan vi bruke MOSFET som brytere.

Trinn 3: Små H-broer

Hvert segment krever 4 MOSFET -er. Som du sikkert kan forestille deg, vil kontrollkretsen bli ganske stor for 7 segmenter sammen med noen andre gratis komponenter for å drive porten til hver MOSFET som til slutt beseirer målet mitt om å gjøre displayet mindre.

Jeg kunne bruke SMD -komponentene, men det ville fortsatt være stort og komplisert. Det hadde vært mye lettere hvis det var en dedikert IC. Si hei til PAM8016, en IC med alle de tidligere nevnte komponentene i en 1,5 x 1,5 mm liten pakke!

Ved å se på det funksjonelle blokkdiagrammet i databladet, kan vi se H-broen, portdrivere sammen med kortslutningsbeskyttelse og termisk avstengning. Strømretningen gjennom spolen kan kontrolleres ved å bare gi to innganger til brikken. Søt!

Men det er ett problem. Lodding av en chip dette lille vil være et mareritt for en person hvis eneste erfaring med reflow lodding er noen få lysdioder og motstander. Det også med et strykejern! Men jeg bestemte meg for å prøve det uansett.

Som et alternativ fant jeg DRV8837, som gjør det samme, men er litt større. Mens jeg fortsatte å lete etter mer enkle å lodde alternativer på LCSC, kom jeg over FM116B som igjen er det samme, men med mindre effekt og i en SOT23-pakke som til og med kan loddes for hånd. Dessverre oppdaget jeg senere at jeg ikke var i stand til å bestille det på grunn av forsendelsesproblemer.

Trinn 4: Lag breakout -brett

Før jeg implementerte IC -ene i den siste PCB -en, ville jeg først teste om jeg er i stand til å kontrollere segmentene som ønsket. Som du kan se, er IC -ene ikke brødbrettvennlige, og mine loddingferdigheter er heller ikke så gode til å lodde kobbertråder direkte til den. Derfor bestemte jeg meg for å lage et breakout -bord siden de ikke er lett tilgjengelige på markedet. Et utbruddskort "bryter ut" pinnene på IC -en på et kretskort som har sine egne pinner som er perfekt plassert på en loddefri brødbrett, noe som gir deg enkel tilgang til å bruke IC.

En titt på databladet hjelper til med å bestemme hvilke pinner som skal brytes ut. For eksempel når det gjelder DRV8837:

• IC har to pinner for strømforsyningen, en for last/motor (VM) og en for logikk (VCC). Siden jeg skal bruke 5V for begge, vil jeg koble de to pinnene sammen.
• Neste er nSleep -pinnen. Det er en aktiv lavpinne, dvs. at hvis du kobler den til GND, vil IC sette hvilemodus. Jeg vil at IC skal være aktiv hele tiden, og derfor vil jeg koble den permanent til 5V.
• Inngangene har interne nedtrekksmotstander. Så det er ikke nødvendig å gi dem i styret.
• Databladet sier også å sette en 0.1uF bypass -kondensator på pins VM og VCC.

Med tanke på punktene ovenfor, designet jeg et utbruddstavle for IC -ene i KiCad og sendte Gerber -filene til JLCPCB for PCB- og Stencil -fabrikasjon. Klikk her for å laste ned Gerber -filene.

Trinn 5: Kontrollere et segment

Når jeg mottok min PCB og sjablong fra JLCPCB, monterte jeg brettet. Dette var første gang jeg brukte en sjablong og lodde små ICer. Fingrene krysset! Jeg brukte et klutjern som en kokeplate for å fylle loddepastaen på nytt.

Men uansett hvor mye jeg prøvde, var det alltid en loddebro under PAM8016. Heldigvis var DRV8837 en suksess på første forsøk!

Neste er å teste om jeg er i stand til å kontrollere segmentet. I henhold til databladet til DRV8837 må jeg oppgi HØY eller LAV for pinnene IN1 og IN2. Når IN1 = 1 & IN2 = 0, strømmer strøm i en retning og når IN1 = 0 & IN2 = 1, strømmer strøm i motsatt retning. Det fungerer!

Oppsettet ovenfor krever to innganger fra en mikrokontroller og 14 innganger for en komplett skjerm. Siden de to inngangene alltid komplementeres av hverandre, dvs. hvis IN1 er HIGH, så er IN2 LOW og omvendt, i stedet for å gi to separate innganger, kan vi direkte sende et signal (1 eller 0) til en inngang mens den andre inngangen er gitt etter å ha blitt passert gjennom en NOT -port som inverterer den. På denne måten kan vi kontrollere segmentet/spolen ved å bruke bare én inngang som en vanlig 7 -segmenters skjerm. Og det fungerte som forventet!

Trinn 6: Hva er neste?

Så det er det for nå! Det neste og siste trinnet ville være å kombinere de 7 spolene og H-Bridge-driverne (DRV8837) sammen på en enkelt PCB. Så følg med for det! Gi meg beskjed om dine tanker og forslag i kommentarene nedenfor.

Takk for at du holder deg til slutten. Jeg håper dere alle liker dette prosjektet og lærte noe nytt i dag. Abonner på YouTube -kanalen min for flere slike prosjekter.