Tiny H-Bridge Drivers - Conceptes bàsics: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:10

Hola i benvinguts a un altre instructable. A l'anterior, us vaig mostrar com vaig crear bobines a KiCad mitjançant un script python. Després vaig crear i provar algunes variacions de bobines per veure quina funciona millor. El meu objectiu és substituir els enormes electroimants de la pantalla mecànica de 7 segments per les bobines del PCB.

En aquest instructiu, tractaré els conceptes bàsics d’un pont en H i us mostraré com l’utilitzaré per controlar els segments. Finalment, us presentaré alguns dels ponts H en petits paquets disponibles al mercat.

Comencem

Pas 1: el pla

A la versió original, havia fet arranjaments de manera que quan la bobina s’energia, s’oposava o empeny l’imant junt amb el segment. Però quan la bobina es desconnecta, l’imant s’atrau cap al nucli de l’electroimant i, per tant, el segment torna a la seva posició original. És evident que això no funcionarà ja que no hi ha nucli a la bobina del PCB. De fet, tenia una bobina amb un forat al centre per al nucli, però no funcionava.

Sense el nucli, el segment es mantindrà en la seva nova posició tot i que la bobina estigui desactivada. Per tornar el segment a la seva posició original, s’ha d’invertir el corrent a través de la bobina que al seu torn faria girar els pols i aquesta vegada atrauria l’imant.

Pas 2: conceptes bàsics de H-Bridge

La inversió de corrent necessària s’aconsegueix mitjançant un circuit que consta de 4 commutadors disposats en forma de majúscula H i d’aquí el nom de H-Bridge. S’utilitza més comunament per invertir el sentit de rotació d’un motor de corrent continu.

A la 1a imatge es mostra una disposició típica de pont en H. La càrrega / motor (o la bobina de PCB en el nostre cas) es col·loca entre les dues potes tal com es mostra.

Si els commutadors S1 i S4 estan tancats, el corrent flueix tal com es veu a la tercera imatge i, quan els interruptors S2 i S3 es tanquen, el corrent flueix en la direcció oposada tal com es veu a la quarta imatge.

Cal tenir cura de que els interruptors S1 i S3 o S2 i S4 no es tanquin mai com es mostra. En fer-ho, s’alterarà l’alimentació i es podrien danyar els interruptors.

Vaig construir aquest circuit exacte en una taula de treball utilitzant 4 botons polsadors com a interruptors i un motor com a càrrega. La inversió del sentit de gir confirma que la direcció del corrent també s’ha invertit. Genial!

Però no vull seure allà i prémer els botons manualment. Vull que un microcontrolador faci la feina per mi. Per construir pràcticament aquest circuit, podem utilitzar MOSFET com a commutadors.

Pas 3: petits ponts en H

Cada segment requerirà 4 MOSFET. Com és probable que us pugueu imaginar, el circuit de control esdevindrà bastant enorme per a 7 segments juntament amb altres components complementaris per conduir la porta de cada MOSFET, que finalment derrotarà el meu objectiu de reduir la pantalla.

Podria utilitzar els components SMD, però encara seria gran i complicat. Hauria estat molt més fàcil si hi hagués un CI dedicat. Saluda PAM8016, un CI amb tots els components esmentats anteriorment en un petit paquet d'1,5 x 1,5 mm.

En fer una ullada al seu diagrama de blocs funcional a la fitxa tècnica, podem veure el pont H, els controladors de porta juntament amb la protecció contra el curtcircuit i l’aturada tèrmica. La direcció del corrent a través de la bobina es pot controlar proporcionant només dues entrades al xip. Dolç!

Però hi ha un problema. Soldar un xip tan petit serà un malson per a una persona l’única experiència que té amb la soldadura per reflux és d’uns quants LED i resistències. Això també amb una planxa! Però vaig decidir donar-li una oportunitat de totes maneres.

Com a alternativa, he trobat DRV8837, que fa el mateix, però que és una mica més gran. Mentre continuava buscant alternatives més fàcils de soldar a LCSC, em vaig trobar amb FM116B, que torna a ser el mateix, però amb menys potència de sortida i en un paquet SOT23 que fins i tot es pot soldar a mà. Malauradament, més tard vaig descobrir que no podia demanar-lo per problemes d’enviament.

Pas 4: elaboració de taulers especials

Abans d’implementar els circuits integrats al PCB final, primer volia provar si sóc capaç de controlar els segments com es desitgi. Com podeu veure, els circuits integrats no són compatibles amb la taula de treball i, a més, les meves habilitats de soldadura no són tan bones per soldar-hi directament cables de coure. Per això, vaig decidir crear un tauler informatiu, ja que no estan disponibles al mercat. Una placa de ruptura "trenca" els pins de l'IC en una placa de circuit imprès que té els seus propis pins que estan perfectament separats per a una placa de soldadura sense soldadura, cosa que us permet accedir fàcilment a l'IC.

Un cop d'ull al full de dades ajuda a decidir quins pins s'han de trencar. Per exemple, en el cas de DRV8837:

• El CI té dos pins per a la font d'alimentació, un per a càrrega / motor (VM) i un altre per a lògica (VCC). Com que faré servir 5V per als dos, connectaré els dos pins junts.
• El següent és el pin nSleep. Es tracta d’un pin baix actiu, és a dir, si es connecta a GND es posarà l’IC en mode de repòs. Vull que el CI estigui actiu tot el temps i, per tant, el connectaré permanentment a 5V.
• Les entrades tenen resistències desplegables internes. Per tant, no cal proporcionar cap membre del tauler.
• El full de dades també indica que cal posar un condensador de derivació de 0,1 uF als pins VM i VCC.

Tenint en compte els punts anteriors, vaig dissenyar un tauler informatiu per a les IC de KiCad i vaig enviar els fitxers Gerber a JLCPCB per a la fabricació de PCB i Stencil. Feu clic aquí per descarregar els fitxers Gerber.

Pas 5: controlar un segment

Un cop vaig rebre els meus PCBs i la meva plantilla de JLCPCB, vaig muntar el tauler. Aquesta era la meva primera vegada que utilitzava un plantilla i soldava petits CI. Dits creuats! Vaig fer servir una planxa de drap com a placa de cuina per tornar a reflotar la pasta de soldar.

Però per molt que ho intentés, sempre hi havia un pont de soldadura sota PAM8016. Afortunadament, DRV8837 va ser un èxit en el primer intent.

El següent és provar si sóc capaç de controlar el segment. Segons el full de dades de DRV8837, he de proporcionar ALTA o BAIXA als pins IN1 i IN2. Quan IN1 = 1 i IN2 = 0, el corrent flueix en un sentit i quan IN1 = 0 i IN2 = 1, el corrent flueix en sentit contrari. Funciona!

La configuració anterior requereix dues entrades d’un microcontrolador i 14 entrades per a una visualització completa. Com que les dues entrades sempre es complementen entre si, és a dir, si IN1 és ALTA, llavors IN2 és BAIX i viceversa, en lloc de donar dues entrades separades, podríem enviar directament un senyal (1 o 0) a una entrada mentre es dóna l'altra entrada. després de passar per una porta NO que la inverteix. D'aquesta manera, podem controlar el segment / bobina utilitzant només una entrada igual que una pantalla normal de 7 segments. I va funcionar com s’esperava!

Pas 6: Què passa a continuació?

Així que per ara! El següent i últim pas seria combinar les 7 bobines i els controladors H-Bridge (DRV8837) junts en un sol PCB. Així que estigueu atents a això! Feu-me saber els vostres suggeriments i suggeriments als comentaris següents.

Gràcies per mantenir-vos al final. Espero que a tots us agradi aquest projecte i hàgiu après alguna cosa nova. Subscriviu-vos al meu canal de YouTube per obtenir més projectes d’aquest tipus.