Drobní vodiči mostíka H Základy: 6 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Dobrý deň, vitajte späť pri inom pokyne! V predchádzajúcom som vám ukázal, ako som v KiCade vytvoril cievky pomocou pythonového skriptu. Potom som vytvoril a testoval niekoľko variácií cievok, aby som zistil, ktorá z nich funguje najlepšie. Mojím cieľom je nahradiť obrovské elektromagnety v mechanickom 7-segmentovom displeji cievkami PCB.

V tomto návode sa budem zaoberať základmi H-mostíka a ukážem vám, ako ho budem používať na ovládanie segmentov. Nakoniec vám predstavím niektoré z H-mostíkov v malých baleniach dostupných na trhu.

Začnime

Krok 1: Plán

V pôvodnej zostave som urobil opatrenia takým spôsobom, že keď sa cievka nabije energiou, odporuje alebo tlačí magnet spolu so segmentom. Keď je však cievka bez napätia, magnet sa pritiahne k jadru elektromagnetu a segment sa tak vráti do svojej pôvodnej polohy. Je zrejmé, že to nebude fungovať, pretože v cievke PCB nie je jadro. Vlastne som mal jednu cievku s otvorom v strede pre jadro, ale nefungovalo to.

Bez jadra zostane segment vo svojej novej polohe, aj keď je cievka bez napätia. Aby sa segment vrátil do pôvodnej polohy, musí byť prúd cez cievku obrátený, čo by zase obrátilo póly a tentoraz priťahovalo magnet.

Krok 2: Základy H-Bridge

Požadovaný zvrat prúdu je dosiahnutý pomocou obvodu, ktorý pozostáva zo 4 spínačov usporiadaných v tvare veľkého písmena H a odtiaľ pochádza názov H-Bridge. Toto sa najčastejšie používa na zmenu smeru otáčania jednosmerného motora.

Typické usporiadanie H-mostíka je znázornené na 1. obrázku. Zaťaženie/motor (alebo v našom prípade cievka PCB) je umiestnená medzi dvoma nohami, ako je znázornené.

Ak sú spínače S1 a S4 zopnuté, prúd tečie, ako je vidieť na 3. obrázku, a keď sú spínače S2 a S3 zopnuté, prúd prúdi v opačnom smere, ako je vidieť na 4. obrázku.

Je potrebné dbať na to, aby spínače S1 a S3 alebo S2 a S4 neboli nikdy zatvorené, ako je znázornené na obrázku. V opačnom prípade dôjde k skratu napájania a poškodeniu spínačov.

Tento presný obvod som postavil na nepájivej doske pomocou 4 tlačidiel ako spínačov a motora ako záťaže. Zmena smeru otáčania potvrdzuje, že sa zmenil aj smer prúdu. Skvelé!

Ale nechcem tam sedieť a ručne stláčať tlačidlá. Chcem, aby prácu za mňa vykonal mikrokontrolér. Na praktické vybudovanie tohto obvodu môžeme ako prepínače použiť MOSFETy.

Krok 3: Malé H-mosty

Každý segment bude vyžadovať 4 MOSFETy. Ako si asi dokážete predstaviť, riadiaci obvod bude pre 7 segmentov pomerne veľký a spolu s ďalšími doplnkovými komponentmi poháňa bránu každého MOSFETu, čo nakoniec porazí môj cieľ zmenšiť displej.

Mohol by som použiť komponenty SMD, ale stále by to bolo veľké a komplikované. Bolo by oveľa jednoduchšie, keby existoval vyhradený integrovaný obvod. Pozdravte PAM8016, integrovaný obvod so všetkými vyššie uvedenými komponentmi v malom balení 1,5 x 1,5 mm!

Keď sa pozrieme na jeho funkčný blokový diagram v technickom liste, vidíme mostík H, ovládače brány spolu s ochranou proti skratu a tepelným vypnutím. Smer prúdu cez cievku je možné ovládať poskytnutím iba dvoch vstupov na čip. Sladké!

Ale je tu jeden problém. Spájkovanie čipu tohto drobca bude nočnou morou pre človeka, ktorého jedinou skúsenosťou s reflow spájkovaním je niekoľko LED diód a rezistorov. Aj to pomocou žehličky! Ale aj tak som sa rozhodol to skúsiť.

Ako alternatívu som našiel DRV8837, ktorý robí to isté, ale je o niečo väčší. Zatiaľ čo som pokračoval v hľadaní ľahších spájkovateľných alternatív na LCSC, narazil som na FM116B, ktorý je opäť to isté, ale s menším výkonom a v balení SOT23, ktoré je možné dokonca spájkovať ručne. Neskôr som bohužiaľ zistil, že si ho nemôžem objednať z dôvodu problémov s prepravou.

Krok 4: Výroba odpočinkových dosiek

Pred implementáciou integrovaných obvodov do konečnej dosky plošných spojov som najskôr chcel otestovať, či som schopný ovládať segmenty podľa potreby. Ako vidíte, integrované obvody nie sú vhodné pre chlebové dosky a ani moje spájkovacie schopnosti nie sú také dobré, aby sa medené drôty spájali priamo s ním. Preto som sa rozhodol urobiť prelomovú dosku, pretože nie sú na trhu ľahko dostupné. Odlamovacia doska „vylomí“kolíky integrovaného obvodu na dosku s plošnými spojmi, ktorá má svoje vlastné kolíky, ktoré sú dokonale rozmiestnené pre nepájivú dosku, čo vám umožní ľahký prístup k integrovanému obvodu.

Pohľad na technický list pomáha pri rozhodovaní o tom, ktoré piny by mali byť vybité. Napríklad v prípade DRV8837:

• Integrovaný obvod má dva kolíky pre napájanie, jeden pre záťaž/motor (VM) a druhý pre logiku (VCC). Pretože budem používať 5V pre obidva, spojím dva kolíky dohromady.
• Ďalej je pin nSleep. Jedná sa o aktívny nízky kolík, t. J. Jeho prepojením s GND sa IC prepne do režimu spánku. Chcem, aby bol IC neustále aktívny, a preto ho budem trvale spájať s 5V.
• Vstupy majú vnútorné sťahovacie odpory. Nie je teda potrebné uvádzať tých na doske.
• V technickom liste sa tiež uvádza, že na piny VM a VCC je vložený obtokový kondenzátor 0,1 uF.

S ohľadom na vyššie uvedené body som navrhol oddeľovaciu dosku pre integrované obvody v KiCad a odoslal súbory Gerber do JLCPCB na výrobu PCB a Stencil. Kliknutím sem stiahnete súbory Gerber.

Krok 5: Ovládanie segmentu

Akonáhle som dostal svoje DPS a šablónu od JLCPCB, zostavil som dosku. Toto bolo prvýkrát, čo som použil šablónu a spájkoval malé integrované obvody. Držím palce! Na zahriatie spájkovacej pasty som ako varnú dosku použil tkaninovú žehličku.

Ale nech som sa snažil akokoľvek, vždy bol pod PAM8016 jeden spájkovací mostík. Našťastie DRV8837 mal úspech na prvý pokus!

Ďalej je otestovať, či som schopný ovládať segment. Podľa technického listu DRV8837 musím na piny IN1 a IN2 poskytnúť HIGH alebo LOW. Keď IN1 = 1 & IN2 = 0, prúd tečie v jednom smere a keď IN1 = 0 & IN2 = 1, prúd prúdi v opačnom smere. Funguje to!

Vyššie uvedené nastavenie vyžaduje dva vstupy z mikrokontroléra a 14 vstupov na úplné zobrazenie. Pretože sú dva vstupy vždy navzájom doplnené, tj. Ak je IN1 HIGH, potom IN2 je NÍZKY a naopak, namiesto toho, aby sme dávali dva samostatné vstupy, by sme mohli priamo poslať signál (1 alebo 0) na jeden vstup, zatiaľ čo druhý vstup je daný po prechode bránou NOT, ktorá ju invertuje. Týmto spôsobom môžeme ovládať segment/cievku iba pomocou jedného vstupu rovnakého ako normálny 7 segmentový displej. A fungovalo to podľa očakávania!

Krok 6: Čo bude ďalej?

Tak to je zatiaľ všetko! Ďalším a posledným krokom by bolo skombinovať 7 cievok a ovládače H-Bridge (DRV8837) na jednu dosku plošných spojov. Takže zostaňte na to pripravení! Dajte mi vedieť svoje nápady a nápady v nižšie uvedených komentároch.

Ďakujem, že ste sa držali až do konca. Dúfam, že sa vám tento projekt páči a že ste sa dnes dozvedeli niečo nové. Prihláste sa na odber môjho kanála YouTube a získajte viac takýchto projektov.