Малки драйвери на H-Bridge - Основни положения: 6 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:49

Здравейте и добре дошли обратно в друг Instructable! В предишния ви показах как създадох намотки в KiCad, използвайки скрипт на python. След това създадох и тествах няколко варианта на бобини, за да видя кой работи най -добре. Моята цел е да заменя огромните електромагнити в механичния 7-сегментен дисплей с намотките на печатни платки.

В тази инструкция ще разгледам основите на H-мост и ще ви покажа как ще го използвам за контрол на сегментите. Накрая ще ви запозная с някои от H-мостовете в малки опаковки, налични на пазара.

Да започваме

Стъпка 1: Планът

В оригиналната конструкция бях направил аранжименти по такъв начин, че когато бобината се захранва, тя се противопоставя или бута магнита заедно със сегмента. Но когато бобината се изключи, магнитът се привлича към сърцевината на електромагнита и по този начин сегментът се връща в първоначалното си положение. Ясно е, че това няма да работи, тъй като няма сърцевина в намотката на печатни платки. Всъщност имах една бобина с дупка в средата за сърцевината, но тя не работи.

Без сърцевината сегментът ще остане в новото си положение, въпреки че бобината е изключена. За да върне сегмента в първоначалното му положение, токът през бобината трябва да бъде обърнат, което от своя страна би обърнало полюсите и този път би привлякло магнита.

Стъпка 2: Основи на H-Bridge

Обръщането на необходимия ток се постига с помощта на верига, която се състои от 4 превключвателя, подредени във формата на главна буква H и оттам името H-Bridge. Това най -често се използва за обръщане на посоката на въртене на DC двигател.

Типично разположение на H-моста е показано на първата снимка. Товарът/моторът (или намотката на печатни платки в нашия случай) се поставя между двата крака, както е показано.

Ако превключвателите S1 и S4 са затворени, токът тече, както се вижда на третата снимка, а когато превключвателите S2 и S3 са затворени, токът тече в обратна посока, както се вижда на 4 -тата снимка.

Трябва да се внимава превключвателите S1 и S3 или S2 и S4 никога да не са затворени, както е показано. Това ще доведе до късо захранване и може да повреди превключвателите.

Изградих тази точна схема върху макет, използвайки 4 бутона за превключване и мотор като товар. Обръщането на посоката на въртене потвърждава, че посоката на тока също е обърната. Страхотен!

Но не искам да седя там и ръчно да натискам бутоните. Искам микроконтролер да свърши работата вместо мен. За да изградим на практика тази схема, можем да използваме MOSFET като превключватели.

Стъпка 3: Малки H-мостове

Всеки сегмент ще изисква 4 MOSFET. Както вероятно можете да си представите, веригата за управление ще стане доста голяма за 7 сегмента, заедно с някои други допълнителни компоненти, за да управлява портата на всеки MOSFET, което в крайна сметка проваля целта ми да направя дисплея по -малък.

Мога да използвам SMD компонентите, но все пак щеше да е голям и сложен. Щеше да бъде много по -лесно, ако имаше специална интегрална схема. Кажете здравей на PAM8016, интегрална схема с всички споменати по -горе компоненти в миниатюрна опаковка 1.5 х 1.5 мм!

Като разгледаме неговата функционална блокова диаграма в листа с данни, можем да видим H-моста, драйверите на порта заедно със защита от късо съединение и термично изключване. Посоката на тока през бобината може да се контролира чрез осигуряване само на два входа към чипа. Сладка!

Но има един проблем. Запояването на този чип ще бъде кошмар за човек, чийто единствен опит с повторно запояване е няколко светодиода и резистори. Това също с помощта на ютия! Но все пак реших да опитам.

Като алтернатива намерих DRV8837, който прави същото, но е малко по -голям. Докато продължих да търся по-лесни за запояване алтернативи на LCSC, попаднах на FM116B, което отново е същото, но с по-малка изходна мощност и в пакет SOT23, който дори може да бъде споен на ръка. За съжаление, по -късно открих, че не мога да го поръчам поради проблеми с доставката.

Стъпка 4: Изработка на табла за разбиване

Преди да внедря интегралните схеми в окончателната печатна платка, първо исках да проверя дали мога да контролирам сегментите по желание. Както можете да видите, интегралните схеми не са подходящи за макет и също така уменията ми за запояване не са толкова добри, за да запоявам медни проводници директно към него. Ето защо реших да направя пробивна дъска, тъй като те не са лесно достъпни на пазара. Пробивна платка „разчупва“щифтовете на интегралната схема върху печатна платка, която има свои собствени щифтове, които са разпределени перфектно за спояваща платка, което ви дава лесен достъп до използването на интегралната схема.

Погледът към листа с данни помага при вземането на решение кои щифтове трябва да се разбият. Например, в случай на DRV8837:

• IC има два пина за захранването, един за товар/двигател (VM) и друг за логика (VCC). Тъй като ще използвам 5V и за двата, ще свържа двата пина заедно.
• Следва щифтът nSleep. Това е активен нисък щифт, т.е. свързването му към GND ще постави IC в режим на заспиване. Искам IC да бъде активен през цялото време и затова ще го свържа постоянно към 5V.
• Входовете имат вътрешни издърпващи се резистори. Така че няма нужда да предоставяте тези на борда.
• Информационният лист също така казва да се постави байпасен кондензатор 0.1uF на щифтове VM и VCC.

Имайки предвид горните моменти, аз проектирах пробивна платка за интегралните схеми в KiCad и изпратих файловете Gerber до JLCPCB за производство на печатни платки и шаблони. Щракнете тук, за да изтеглите файловете на Gerber.

Стъпка 5: Контролиране на сегмент

След като получих моите печатни платки и шаблон от JLCPCB, сглобих дъската. За първи път използвах шаблон и запоявам малки интегрални схеми. Стискам палци! Използвах кърпа за гладене, за да наново припоявам пастата.

Но колкото и да се опитвах, винаги имаше един спойка мост под PAM8016. За щастие, DRV8837 беше успешен при първия опит!

Следва да проверя дали мога да контролирам сегмента. Според листа с данни на DRV8837, трябва да осигуря ВИСОКО или НИСКО на щифтове IN1 и IN2. Когато IN1 = 1 & IN2 = 0, токът тече в една посока, а когато IN1 = 0 & IN2 = 1, токът протича в обратна посока. Работи!

Горната настройка изисква два входа от микроконтролер и 14 входа за цялостен дисплей. Тъй като двата входа винаги се допълват взаимно, т.е. ако IN1 е ВИСОК, тогава IN2 е НИСКО и обратно, вместо да даваме два отделни входа, бихме могли директно да изпратим сигнал (1 или 0) към един вход, докато другият вход е даден след преминаване през порта NOT, която го обръща. По този начин можем да контролираме сегмента/намотката, използвайки само един вход, същият като нормален 7 -сегментен дисплей. И работи според очакванията!

Стъпка 6: Какво следва?

Така че това е засега! Следващата и последна стъпка ще бъде комбинирането на 7-те бобини и драйверите на H-Bridge (DRV8837) заедно на една печатна платка. Така че следете за това! Кажете ми вашите мисли и предложения в коментарите по -долу.

Благодаря, че се придържате към края. Надявам се, че всички обичате този проект и сте научили нещо ново днес. Абонирайте се за канала ми в YouTube за още такива проекти.