Tiny H-Bridge drivrutiner - Grunder: 6 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:35

Hej och välkommen tillbaka till en annan instruerbar! I den föregående visade jag dig hur jag skapade spolar i KiCad med ett python -skript. Sedan skapade och testade jag några varianter av spolar för att se vilken som fungerar bäst. Mitt mål är att ersätta de enorma elektromagneterna i den mekaniska 7-segmentskärmen med kretskortspolarna.

I denna instruktionsbok kommer jag att täcka grunderna i en H-bro och visa dig hur jag kommer att använda den för att styra segmenten. Slutligen kommer jag att presentera dig för några av H-broarna i små paket som finns på marknaden.

Låt oss börja

Steg 1: Planen

I den ursprungliga konstruktionen hade jag gjort arrangemang på ett sådant sätt att när spolen får energi, motsätter den eller skjuter magneten tillsammans med segmentet. Men när spolen är avstängd dras magneten till elektromagnetens kärna och därmed återgår segmentet till sitt ursprungliga läge. Det är uppenbart att detta inte kommer att fungera eftersom det inte finns någon kärna i PCB -spolen. Jag hade faktiskt en spole med ett hål i mitten för kärnan men det fungerade inte.

Utan kärnan kommer segmentet att förbli i sin nya position trots att spolen är avstängd. För att återföra segmentet till sitt ursprungliga läge måste strömmen genom spolen vändas, vilket i sin tur skulle vända polerna och denna gång locka magneten.

Steg 2: Grunderna i H-Bridge

Den omvända ström som krävs uppnås med hjälp av en krets som består av 4 switchar arrangerade i form av stor bokstav H och därmed namnet H-Bridge. Detta används oftast för att vända rotationsriktningen för en likströmsmotor.

Ett typiskt H-broarrangemang visas på den första bilden. Lasten/motorn (eller PCB -spolen i vårt fall) placeras mellan de två benen som visas.

Om omkopplarna S1 och S4 är stängda, flödar strömmen som ses på den tredje bilden, och när omkopplarna S2 och S3 stängs, flödar strömmen i motsatt riktning som ses på den fjärde bilden.

Var noga med att omkopplare S1 och S3 eller S2 och S4 aldrig stängs som visas. Om du gör det kommer strömförsörjningen att bli kort och kan skada omkopplarna.

Jag byggde den här exakta kretsen på en brödbräda med 4 tryckknappar som omkopplare och en motor som last. Vändningen av rotationsriktningen bekräftar att strömriktningen också har vänt. Bra!

Men jag vill inte sitta där och manuellt trycka på knapparna. Jag vill att en mikrokontroller ska göra jobbet åt mig. För att praktiskt taget bygga denna krets kan vi använda MOSFET som switchar.

Steg 3: Små H-broar

Varje segment kommer att kräva 4 MOSFET. Som du förmodligen kan föreställa dig kommer styrkretsen att bli ganska stor för sju segment tillsammans med några andra kompletterande komponenter för att driva porten till varje MOSFET som så småningom besegrar mitt mål att göra skärmen mindre.

Jag kunde använda SMD -komponenterna men det skulle fortfarande vara stort och komplicerat. Det hade varit mycket lättare om det fanns en dedikerad IC. Säg hej till PAM8016, en IC med alla de tidigare nämnda komponenterna i ett 1,5 x 1,5 mm litet paket!

Genom att titta på dess funktionella blockdiagram i databladet kan vi se H-bron, grindrivrutiner tillsammans med kortslutningsskydd och termisk avstängning. Strömriktningen genom spolen kan styras genom att endast ge två ingångar till chipet. Ljuv!

Men det finns ett problem. Lödning av ett chip detta lilla kommer att vara en mardröm för en person vars enda erfarenhet av återlödning är några lysdioder och motstånd. Det också med ett strykjärn! Men jag bestämde mig för att ge det en chans ändå.

Som ett alternativ hittade jag DRV8837, som gör samma sak men är lite större. Medan jag fortsatte att söka efter mer lättlödda alternativ på LCSC, stötte jag på FM116B som återigen är samma sak men med mindre effekt och i ett SOT23-paket som till och med kan lödas för hand. Tyvärr upptäckte jag senare att jag inte kunde beställa det på grund av leveransproblem.

Steg 4: Gör breakout -brädor

Innan jag implementerade IC: erna i det sista kretskortet ville jag först testa om jag kan styra segmenten efter önskemål. Som du kan se är IC: erna inte brödbräda vänliga och min lödningskunskap är inte så bra att löd koppartråd direkt till den. Det är därför jag bestämde mig för att göra en breakout -bräda eftersom de inte är tillgängliga på marknaden. En brytskiva "bryter ut" stiften på IC: n på ett kretskort som har sina egna stift som är perfekt placerade för en lödlös brödbräda, vilket ger dig enkel åtkomst till IC.

En titt på databladet hjälper till att bestämma vilka stift som ska brytas ut. Till exempel, när det gäller DRV8837:

• IC har två stift för strömförsörjningen, en för last/motor (VM) och en annan för logik (VCC). Eftersom jag kommer att använda 5V för båda kommer jag att ansluta de två stiften tillsammans.
• Nästa är nSleep -stiftet. Det är en aktiv låg stift, dvs. att ansluta den till GND kommer att sätta IC: n i viloläge. Jag vill att IC: n ska vara aktiv hela tiden och så kommer jag att ansluta den permanent till 5V.
• Ingångarna har interna neddragningsmotstånd. Så det finns ingen anledning att tillhandahålla dem i styrelsen.
• Databladet säger också att man ska sätta en 0.1uF bypass -kondensator på stiften VM och VCC.

Med tanke på ovanstående punkter konstruerade jag en utbrottskort för IC: erna i KiCad och skickade Gerber -filerna till JLCPCB för PCB- och Stencil -tillverkning. Klicka här för att ladda ner Gerber -filerna.

Steg 5: Kontrollera ett segment

När jag väl fick mina PCB och stencil från JLCPCB monterade jag ihop brädet. Detta var första gången jag använde en stencil och lödde små IC: er. Håller tummarna! Jag använde ett tygjärn som kokplatta för att återflöda lödpastan.

Men hur mycket jag än försökte fanns det alltid en lödbro under PAM8016. Lyckligtvis var DRV8837 en framgång på första försöket!

Nästa är att testa om jag kan styra segmentet. Enligt databladet för DRV8837 måste jag ge HÖG eller LÅG till stift IN1 och IN2. När IN1 = 1 & IN2 = 0, flödar strömmen i en riktning och när IN1 = 0 & IN2 = 1, flödar strömmen i motsatt riktning. Det fungerar!

Ovanstående inställning kräver två ingångar från en mikrokontroller och 14 ingångar för en komplett display. Eftersom de två ingångarna alltid kompletteras med varandra, dvs om IN1 är HIGH så är IN2 LOW och vice versa, istället för att ge två separata ingångar kan vi direkt skicka en signal (1 eller 0) till en ingång medan den andra ingången ges efter att ha passerat genom en NOT -grind som inverterar den. På detta sätt kan vi styra segmentet/spolen med endast en ingång som samma som en normal 7 -segmentskärm. Och det fungerade som förväntat!

Steg 6: Vad är nästa?

Så det är det för nu! Nästa och sista steg skulle vara att kombinera de sju spolarna och H-Bridge-drivrutinerna (DRV8837) tillsammans på ett enda kretskort. Så håll utkik efter det! Låt mig veta dina tankar och förslag i kommentarerna nedan.

Tack för att du håller dig till slutet. Jag hoppas att ni alla älskar det här projektet och lärde er något nytt idag. Prenumerera på min YouTube -kanal för fler sådana projekt.