Drobné ovladače H-Bridge - Základy: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Dobrý den, vítejte zpět u dalšího Instructable! V předchozím jsem vám ukázal, jak jsem vytvořil cívky v KiCadu pomocí pythonového skriptu. Poté jsem vytvořil a otestoval několik variací cívek, abych zjistil, která z nich funguje nejlépe. Mým cílem je nahradit obrovské elektromagnety v mechanickém 7segmentovém displeji cívkami PCB.

V tomto Instructable se budu zabývat základy H-můstku a ukážu vám, jak jej budu používat k ovládání segmentů. Nakonec vám představím některé H-můstky v malých balíčcích dostupných na trhu.

Začněme

Krok 1: Plán

V původní konstrukci jsem provedl aranžmá tak, že když se cívka nabije, odporuje nebo tlačí magnet spolu se segmentem. Když je však cívka bez napětí, magnet se přitáhne k jádru elektromagnetu a segment se tak dostane zpět do své původní polohy. Je zřejmé, že to nebude fungovat, protože v cívce PCB není jádro. Vlastně jsem měl jednu cívku s otvorem uprostřed pro jádro, ale nefungovalo to.

Bez jádra zůstane segment ve své nové poloze, i když je cívka bez napětí. Aby se segment vrátil do původní polohy, musí být proud přes cívku obrácen, což by obrátilo póly a tentokrát přitahovalo magnet.

Krok 2: Základy H-Bridge

Obrácení požadovaného proudu je dosaženo pomocí obvodu, který se skládá ze 4 spínačů uspořádaných ve tvaru velkého písmene H a odtud název H-Bridge. To se nejčastěji používá ke změně směru otáčení stejnosměrného motoru.

Typické uspořádání H-můstku je znázorněno na 1. obrázku. Zátěž/motor (v našem případě cívka DPS) je umístěna mezi oběma nohami, jak je znázorněno.

Pokud jsou spínače S1 a S4 sepnuté, teče proud, jak je vidět na 3. obrázku, a když jsou spínače S2 a S3 sepnuté, teče proud v opačném směru, jak je vidět na 4. obrázku.

Je třeba dbát na to, aby spínače S1 a S3 nebo S2 a S4 nebyly nikdy sepnuty, jak je znázorněno. V opačném případě dojde ke zkratu napájení a může dojít k poškození spínačů.

Přesný obvod jsem postavil na prkénku pomocí 4 tlačítek jako spínačů a motoru jako zátěže. Změna směru otáčení potvrzuje, že se změnil i směr proudu. Skvělý!

Ale nechci tam sedět a ručně mačkat tlačítka. Chci, aby to za mě udělal mikrokontrolér. K praktickému vybudování tohoto obvodu můžeme jako přepínače použít MOSFETy.

Krok 3: Drobné H-můstky

Každý segment bude vyžadovat 4 MOSFETy. Jak si asi dokážete představit, řídicí obvod bude pro 7 segmentů poměrně velký a spolu s dalšími doplňkovými komponentami budou pohánět bránu každého MOSFETu, což nakonec porazí můj cíl zmenšit displej.

Mohl bych použít komponenty SMD, ale stále by to bylo velké a komplikované. Bylo by mnohem jednodušší, kdyby existoval vyhrazený integrovaný obvod. Pozdravte PAM8016, integrovaný obvod se všemi výše uvedenými součástmi v malém balení 1,5 x 1,5 mm!

Když se podíváme na jeho funkční blokové schéma v datovém listu, můžeme vidět H-můstek, ovladače brány spolu s ochranou proti zkratu a tepelným vypnutím. Směr proudu cívkou lze ovládat poskytnutím pouze dvou vstupů na čip. Bonbón!

Ale je tu jeden problém. Pájení čipu tohoto drobečka bude noční můrou pro člověka, jehož jedinou zkušeností s pájením přetavením je pár LED a odporů. To také pomocí žehličky! Ale stejně jsem se rozhodl to zkusit.

Jako alternativu jsem našel DRV8837, který dělá totéž, ale je trochu větší. Zatímco jsem pokračoval v hledání snadněji pájitelných alternativ na LCSC, narazil jsem na FM116B, který je opět stejný, ale s menším výkonem a v balení SOT23, které lze dokonce pájet ručně. Později jsem bohužel zjistil, že jsem ho nemohl objednat kvůli problémům s přepravou.

Krok 4: Výroba odpočinkových desek

Před implementací integrovaných obvodů do konečné desky plošných spojů jsem nejprve chtěl vyzkoušet, zda jsem schopen ovládat segmenty podle potřeby. Jak vidíte, integrované obvody nejsou vhodné pro prkénko a také moje pájecí schopnosti nejsou tak dobré pájet měděné dráty přímo k němu. Proto jsem se rozhodl udělat breakout board, protože na trhu nejsou běžně dostupné. Odlamovací deska „vylomí“kolíky integrovaného obvodu na desku s tištěnými spoji, která má své vlastní kolíky, které jsou perfektně rozmístěny pro nepájivou desku, což vám umožní snadný přístup k použití integrovaného obvodu.

Pohled na datový list pomáhá při rozhodování, které piny by měly být vylomeny. Například v případě DRV8837:

• Integrovaný obvod má dva kolíky pro napájení, jeden pro zátěž/motor (VM) a druhý pro logiku (VCC). Protože budu používat 5V pro oba, spojím dva piny dohromady.
• Další je pin nSleep. Jedná se o aktivní nízký pin, tj. Jeho připojení k GND uvede IC do režimu spánku. Chci, aby IC byl stále aktivní, a proto jej budu trvale připojovat k 5V.
• Vstupy mají interní stahovací odpory. Není tedy nutné poskytovat ty na desce.
• Datový list také říká, že na piny VM a VCC vložte obtokový kondenzátor 0,1 uF.

S ohledem na výše uvedené body jsem navrhl oddělovací desku pro integrované obvody v KiCad a odeslal soubory Gerber do JLCPCB pro výrobu PCB a Stencil. Kliknutím sem stáhnete soubory Gerber.

Krok 5: Ovládání segmentu

Jakmile jsem obdržel své DPS a šablony z JLCPCB, sestavil jsem desku. Toto bylo poprvé, kdy jsem použil šablonu a pájil malé integrované obvody. Zkřížené prsty! K přetavení pájecí pasty jsem jako plotýnku použil hadřík.

Ale bez ohledu na to, jak moc jsem se snažil, vždy byl pod PAM8016 jeden pájecí můstek. Naštěstí DRV8837 měl úspěch na první pokus!

Dále je vyzkoušet, zda jsem schopen ovládat segment. Podle datového listu DRV8837 musím na piny IN1 a IN2 poskytnout HIGH nebo LOW. Když IN1 = 1 & IN2 = 0, proud teče v jednom směru a když IN1 = 0 & IN2 = 1, proud teče v opačném směru. Funguje to!

Výše uvedené nastavení vyžaduje dva vstupy z mikrokontroléru a 14 vstupů pro kompletní zobrazení. Protože jsou oba vstupy vždy navzájem doplněny, tj. Pokud je IN1 HIGH, pak IN2 je LOW a naopak, místo dávání dvou samostatných vstupů bychom mohli přímo poslat signál (1 nebo 0) na jeden vstup, zatímco druhý vstup je dán po průchodu bránou NOT, která ji převrací. Tímto způsobem můžeme ovládat segment/cívku pomocí pouze jednoho vstupu stejného jako normální 7segmentový displej. A fungovalo to podle očekávání!

Krok 6: Co bude dál?

Tak to je prozatím vše! Dalším a posledním krokem bude kombinace 7 cívek a ovladačů H-Bridge (DRV8837) dohromady na jedné desce plošných spojů. Takže zůstaňte naladěni na to! Dejte mi vědět své myšlenky a návrhy v níže uvedených komentářích.

Děkujeme, že jste se drželi až do konce. Doufám, že se vám tento projekt líbí a že jste se dnes dozvěděli něco nového. Přihlaste se k odběru mého kanálu YouTube a získejte více takových projektů.