Små H-bro-drivere - Grundlæggende: 6 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

Hej og velkommen tilbage til en anden instruerbar! I den forrige viste jeg dig, hvordan jeg oprettede spoler i KiCad ved hjælp af et python -script. Derefter oprettede og testede jeg et par variationer af spoler for at se, hvilken der fungerer bedst. Mit mål er at erstatte de enorme elektromagneter i det mekaniske 7-segment display med printkortspolerne.

I denne Instructable vil jeg dække det grundlæggende i en H-bro og vise dig, hvordan jeg vil bruge den til at styre segmenterne. Endelig vil jeg præsentere dig for nogle af H-broerne i små pakker, der er tilgængelige på markedet.

Lad os komme igang

Trin 1: Planen

I den originale konstruktion havde jeg lavet arrangementer på en sådan måde, at når spolen får strøm, modstår den eller skubber magneten sammen med segmentet. Men når spolen er afbrudt, bliver magneten tiltrukket af elektromagnetens kerne, og segmentet kommer dermed tilbage til sin oprindelige position. Det er klart, at dette ikke kommer til at fungere, da der ikke er nogen kerne i PCB -spolen. Jeg havde faktisk en spole med et hul i midten til kernen, men det virkede ikke.

Uden kernen vil segmentet blive i sin nye position, selvom spolen er afbrudt. For at bringe segmentet tilbage til sin oprindelige position skal strømmen gennem spolen vendes, hvilket igen ville vende polerne og denne gang tiltrække magneten.

Trin 2: Grundlæggende om H-Bridge

Vending af den nødvendige strøm opnås ved hjælp af et kredsløb, der består af 4 kontakter, der er arrangeret i form af stort bogstav H og dermed navnet H-Bridge. Dette bruges mest til at vende en DC -motors rotationsretning.

Et typisk H-broarrangement er vist på det første billede. Belastningen/motoren (eller PCB -spolen i vores tilfælde) er placeret mellem de to ben som vist.

Hvis kontakterne S1 og S4 lukkes, strømmer strømmen som vist på det 3. billede, og når kontakterne S2 og S3 lukkes, strømmer strømmen i den modsatte retning som det ses på det 4. billede.

Man skal passe på, at switchene S1 og S3 eller S2 og S4 aldrig lukkes som vist. Hvis du gør det, afbrydes strømforsyningen og kan beskadige kontakterne.

Jeg byggede dette præcise kredsløb på et brødbræt ved hjælp af 4 trykknapper som kontakter og en motor som en belastning. Omvendt rotationsretning bekræfter, at strømretningen også er vendt. Store!

Men jeg vil ikke sidde der og trykke manuelt på knapperne. Jeg vil have en mikrokontroller til at gøre jobbet for mig. For praktisk at bygge dette kredsløb kan vi bruge MOSFET'er som switches.

Trin 3: Små H-broer

Hvert segment kræver 4 MOSFET'er. Som du sikkert kan forestille dig, vil kontrolkredsløbet blive ret stort for 7 segmenter sammen med nogle andre gratis komponenter til at drive porten til hver MOSFET, som til sidst besejrer mit mål om at gøre skærmen mindre.

Jeg kunne bruge SMD -komponenterne, men det ville stadig være stort og kompliceret. Det ville have været meget lettere, hvis der var en dedikeret IC. Sig hej til PAM8016, en IC med alle de tidligere nævnte komponenter i en 1,5 x 1,5 mm lille pakke!

Ved at kigge på dets funktionelle blokdiagram i databladet kan vi se H-broen, portdrivere sammen med kortslutningsbeskyttelse og termisk nedlukning. Strømretningen gennem spolen kan styres ved kun at give to indgange til chippen. Sød!

Men der er et problem. Lodning af en chip denne lillebitte vil være et mareridt for en person, hvis eneste erfaring med reflow lodning er et par lysdioder og modstande. Det også ved hjælp af et strygejern! Men jeg besluttede mig alligevel for at prøve det.

Som et alternativ fandt jeg DRV8837, som gør det samme, men er lidt større. Mens jeg fortsatte med at søge efter mere let at lodde alternativer på LCSC, stødte jeg på FM116B, som igen er det samme, men med mindre effekt og i en SOT23-pakke, der endda kan håndloddes. Desværre opdagede jeg senere, at jeg ikke var i stand til at bestille det på grund af forsendelsesproblemer.

Trin 4: Lav breakout -tavler

Inden jeg implementerede IC'erne i den sidste PCB, ville jeg først teste, om jeg er i stand til at styre segmenterne som ønsket. Som du kan se, er IC'erne ikke brødbræt venlige, og mine loddeevner er heller ikke så gode til at lodde kobbertråde direkte til den. Derfor besluttede jeg at lave et breakout board, da de ikke er let tilgængelige på markedet. Et breakout board "bryder ud" stifterne på IC'en på et printkort, der har sine egne pins, der har perfekt afstand til et loddet brødbræt, hvilket giver dig let adgang til at bruge IC'en.

Et kig på databladet hjælper med at beslutte, hvilke ben der skal brydes ud. For eksempel i tilfælde af DRV8837:

• IC'en har to ben til strømforsyningen, en til belastning/motor (VM) og en anden til logik (VCC). Da jeg vil bruge 5V til begge, vil jeg forbinde de to ben sammen.
• Næste er nSleep -nålen. Det er en aktiv lav pin, dvs. at tilslutte den til GND vil sætte IC'en i dvaletilstand. Jeg vil have IC'en til at være aktiv hele tiden, og derfor vil jeg tilslutte den permanent til 5V.
• Indgange har interne pull-down modstande. Så det er ikke nødvendigt at give dem i tavlen.
• Databladet siger også at sætte en 0.1uF bypass -kondensator på stifter VM og VCC.

Med tanke på ovenstående punkter i tankerne designede jeg et breakout -bord til IC'erne i KiCad og sendte Gerber -filerne til JLCPCB til PCB- og Stencil -fremstilling. Klik her for at downloade Gerber -filerne.

Trin 5: Styring af et segment

Da jeg modtog mine printkort og stencil fra JLCPCB, samlede jeg tavlen. Dette var første gang jeg brugte en stencil og lodde små IC'er. Med krydsede fingre! Jeg brugte et kludjern som en kogeplade til at genoplade loddemassen.

Men uanset hvor meget jeg prøvede, var der altid en loddebro under PAM8016. Heldigvis var DRV8837 en succes ved første forsøg!

Næste er at teste, om jeg er i stand til at styre segmentet. Ifølge databladet til DRV8837 skal jeg give HIGH eller LOW til benene IN1 og IN2. Når IN1 = 1 & IN2 = 0, strømmer strøm i en retning, og når IN1 = 0 & IN2 = 1, strømmer strøm i modsat retning. Det virker!

Ovenstående opsætning kræver to indgange fra en mikrokontroller og 14 indgange for et komplet display. Da de to input altid suppleres med hinanden, dvs. hvis IN1 er HIGH, så er IN2 LOW og omvendt, i stedet for at give to separate input, kunne vi direkte sende et signal (1 eller 0) til en input, mens den anden input er givet efter at være blevet passeret gennem en NOT -port, der inverterer den. På denne måde kan vi styre segmentet/spolen ved kun at bruge en indgang, der er den samme som en normal 7 -segment display. Og det fungerede som forventet!

Trin 6: Hvad er det næste?

Så det er det for nu! Det næste og sidste trin ville være at kombinere de 7 spoler og H-Bridge-driverne (DRV8837) sammen på et enkelt printkort. Så hold øje med det! Lad mig vide dine tanker og forslag i kommentarerne herunder.

Tak fordi du holdt fast i slutningen. Jeg håber, at I alle elsker dette projekt og lærte noget nyt i dag. Abonner på min YouTube -kanal for flere sådanne projekter.