Sitni H-Bridge upravljački programi - Osnove: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Zdravo i dobrodošli natrag u još jedan Instructable! U prethodnom sam vam pokazao kako sam stvorio zavojnice u KiCadu koristeći python skriptu. Zatim sam stvorio i testirao nekoliko varijacija zavojnica da vidim koja od njih najbolje funkcionira. Moj cilj je zamijeniti ogromne elektromagnete u Mehaničkom 7-segmentnom displeju s PCB zavojnicama.

U ovom Instructableu pokazat ću osnove H-mosta i pokazati vam kako ću ga koristiti za kontrolu segmenata. Na kraju ću vam predstaviti neke od H-mostova u sićušnim pakiranjima dostupnim na tržištu.

Hajde da počnemo

Korak 1: Plan

U originalnoj konstrukciji napravio sam aranžmane na takav način da se zavojnica, pod naponom, suprotstavlja ili gura magnet zajedno sa segmentom. Ali kad se zavojnica isključi napon, magnet se privlači u jezgru elektromagneta i tako se segment vraća u prvobitni položaj. Jasno je da ovo neće uspjeti jer u jezgri PCB -a nema jezgre. Zapravo sam imao jednu zavojnicu s rupom u sredini za jezgru, ali nije radila.

Bez jezgre, segment će ostati na svom novom položaju iako je zavojnica isključena. Da bi se segment vratio u prvobitni položaj, struja kroz zavojnicu mora biti obrnuta što bi zauzvrat preokrenulo polove i ovaj put privuklo magnet.

Korak 2: Osnove H-mosta

Preokret potrebne struje postiže se pomoću kruga koji se sastoji od 4 prekidača raspoređena u obliku velikog slova H i otuda naziv H-most. Ovo se najčešće koristi za promjenu smjera rotacije istosmjernog motora.

Tipičan raspored H-mosta prikazan je na prvoj slici. Opterećenje/motor (ili zavojnica PCB -a u našem slučaju) postavlja se između dvije noge kao što je prikazano.

Ako su prekidači S1 i S4 zatvoreni, struja teče kako se vidi na 3. slici, a kada su sklopke S2 i S3 zatvorene, struja teče u suprotnom smjeru kao što se vidi na 4. slici.

Morate paziti da prekidači S1 i S3 ili S2 i S4 nikada ne budu zatvoreni kako je prikazano. Time ćete prekinuti napajanje i oštetiti prekidače.

Ovaj sam krug izgradio na ploči koristeći 4 tipke kao prekidače i motor kao opterećenje. Promjena smjera rotacije potvrđuje da je i smjer struje obrnut. Odlično!

Ali ne želim sjediti tamo i ručno pritiskati dugmad. Želim da mikrokontroler obavi posao umjesto mene. Za praktično stvaranje ovog kola možemo koristiti MOSFET -ove kao prekidače.

Korak 3: Mali H-mostovi

Svaki segment zahtijeva 4 MOSFET -a. Kao što vjerovatno možete zamisliti, upravljački krug će postati prilično velik za 7 segmenata, zajedno s nekim drugim besplatnim komponentama za pogon vrata svakog MOSFET -a, što na kraju poništava moj cilj smanjenja prikaza.

Mogao bih koristiti SMD komponente, ali i dalje bi bile velike i komplicirane. Bilo bi mnogo lakše da postoji namjenski IC. Pozdravite PAM8016, IC sa svim prethodno spomenutim komponentama u sićušnom pakovanju od 1,5 x 1,5 mm!

Ako pogledamo njegov funkcionalni blok dijagram u tehničkom listu, možemo vidjeti H-most, upravljačke programe vrata zajedno sa zaštitom od kratkog spoja i termičkim isključenjem. Smjer struje kroz zavojnicu može se kontrolirati osiguravanjem samo dva ulaza u čip. Sweet!

Ali postoji jedan problem. Lemljenje ovog čipa bit će noćna mora za osobu čije jedino iskustvo s ponovnim lemljenjem ima nekoliko LED dioda i otpornika. I to pomoću pegle! Ali ipak sam odlučio pokušati.

Alternativno, pronašao sam DRV8837, koji radi istu stvar, ali je malo veći. Dok sam nastavio tražiti lakše alternative za lemljenje na LCSC-u, naišao sam na FM116B koji je opet ista stvar, ali s manjom izlaznom snagom i u paketu SOT23 koji se može čak i ručno zalemiti. Nažalost, kasnije sam otkrio da ga ne mogu naručiti zbog problema s dostavom.

Korak 4: Izrada ploča za razbijanje

Prije nego što sam implementirao IC -ove u konačni PCB, prvo sam htio provjeriti da li mogu kontrolirati segmente po želji. Kao što vidite, IC -ovi nisu prilagođeni matičnoj ploči, a ni moje sposobnosti lemljenja nisu toliko dobre za lemljenje bakrenih žica direktno na nju. Zato sam odlučio napraviti probojnu ploču jer one nisu dostupne na tržištu. Ploča za razbijanje "izbija" pinove IC -a na štampanu ploču koja ima svoje pinove koji su savršeno razmaknuti za lemljenu ploču, što vam omogućava lak pristup upotrebi IC -a.

Pogled na podatkovnu tablicu pomaže u odlučivanju koje pinove treba razbiti. Na primjer, u slučaju DRV8837:

• IC ima dva pina za napajanje, jedan za opterećenje/motor (VM) i drugi za logiku (VCC). Budući da ću koristiti 5V za oba, spojit ću dva pina zajedno.
• Sledeći je nSleep pin. To je aktivni niski pin, odnosno povezivanje s GND -om će IC prebaciti u stanje mirovanja. Želim da IC bude stalno aktivan i zato ću ga trajno spojiti na 5V.
• Ulazi imaju unutrašnje pull-down otpornike. Dakle, nema potrebe da ih dajete na ploču.
• U tehničkom listu je također navedeno da se na zatiče VM i VCC stavlja zaobilazni kondenzator od 0,1 uF.

Imajući u vidu gore navedene tačke, dizajnirao sam probojnu ploču za IC u KiCad -u i poslao Gerberove datoteke JLCPCB -u za izradu PCB -a i šablona. Kliknite ovdje za preuzimanje Gerber datoteka.

Korak 5: Kontrola segmenta

Nakon što sam primio svoje PCB -ove i matricu od JLCPCB -a, sastavio sam ploču. Ovo je bio moj prvi put da koristim matricu i lemim male IC -ove. Držim palčeve! Koristio sam peglu od tkanine kao ploču za zagrijavanje paste za lemljenje.

Ali koliko god se trudio, uvijek je postojao jedan most za lemljenje pod PAM8016. Srećom, DRV8837 je uspio u prvom pokušaju!

Slijedi provjera mogu li kontrolirati segment. Prema podatkovnom listu DRV8837, moram pružiti VISOKO ili NIZO pinovima IN1 i IN2. Kada je IN1 = 1 & IN2 = 0, struja teče u jednom smjeru, a kada je IN1 = 0 & IN2 = 1, struja teče u suprotnom smjeru. Radi!

Gore navedeno postavljanje zahtijeva dva ulaza mikrokontrolera i 14 ulaza za potpuni prikaz. Budući da se dva ulaza uvijek međusobno nadopunjuju, tj. Ako je IN1 VISOK, tada je IN2 NISKA i obrnuto, umjesto da dajemo dva odvojena ulaza, mogli bismo direktno poslati signal (1 ili 0) na jedan ulaz, dok je drugi ulaz dat nakon što je prošao kroz kapiju NOT koja ih izvrće. Na ovaj način možemo kontrolirati segment/zavojnicu koristeći samo jedan ulaz isti kao i normalni 7 -segmentni zaslon. I radilo je kako se očekivalo!

Korak 6: Šta je sljedeće?

Pa to je to za sada! Sljedeći i posljednji korak bio bi kombiniranje 7 zavojnica i upravljačkih programa H-Bridge (DRV8837) zajedno na jednoj PCB-u. Zato budite spremni za to! Javite mi svoja razmišljanja i prijedloge u komentarima ispod.

Hvala vam što ste se držali kraja. Nadam se da vam se svi sviđa ovaj projekt i da ste danas naučili nešto novo. Pretplatite se na moj YouTube kanal za još ovakvih projekata.