درایورهای کوچک H-Bridge - اصول اولیه: 6 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:51

با سلام و خوش آمدید به دستورالعمل دیگر! در مورد قبلی ، من به شما نشان دادم که چگونه با استفاده از اسکریپت پایتون ، سیم پیچ در KiCad ایجاد کردم. سپس چند نوع سیم پیچ ایجاد و آزمایش کردم تا ببینم کدام یک بهتر عمل می کند. هدف من جایگزینی الکترومغناطیس های بزرگ در نمایشگر 7 قسمتی مکانیک با سیم پیچ های PCB است.

در این دستورالعمل ، من اصول اولیه یک پل H را پوشش می دهم و به شما نشان خواهم داد که چگونه از آن برای کنترل بخش ها استفاده خواهم کرد. در نهایت ، من برخی از پل های H را در بسته های کوچک موجود در بازار به شما معرفی می کنم.

بیایید شروع کنیم

مرحله 1: برنامه

در ساخت اولیه من ترتیبی را به گونه ای تنظیم کرده بودم که وقتی سیم پیچ انرژی می گیرد ، مغناطیسی را با قطعه مخالف یا فشار می دهد. اما هنگامی که سیم پیچ خاموش می شود ، آهنربا به هسته الکترومغناطیس جذب می شود و بنابراین قطعه به موقعیت اولیه خود باز می گردد. بدیهی است ، این کار نمی کند زیرا هسته ای در سیم پیچ PCB وجود ندارد. من در واقع یک سیم پیچ با سوراخ در وسط برای هسته داشتم اما کار نکرد.

بدون هسته ، قطعه در موقعیت جدید خود باقی می ماند حتی اگر سیم پیچ خاموش شود. برای بازگرداندن قطعه به موقعیت اولیه ، جریان از طریق سیم پیچ باید معکوس شود که به نوبه خود قطب ها را واژگون می کند و این بار آهنربا را جذب می کند.

مرحله 2: اصول H-Bridge

برگشت جریان مورد نیاز با استفاده از مداری که از 4 کلید تشکیل شده است به شکل حرف بزرگ H و از این رو نام H-Bridge به دست می آید. این بیشتر برای معکوس کردن جهت چرخش موتور DC استفاده می شود.

آرایش معمولی پل H در تصویر 1 نشان داده شده است. بار/موتور (یا سیم پیچ PCB در مورد ما) مطابق شکل بین دو پا قرار می گیرد.

اگر کلیدهای S1 و S4 بسته باشند ، جریان همانطور که در تصویر سوم دیده می شود جریان می یابد ، و هنگامی که کلیدهای S2 و S3 بسته می شوند ، جریان در جهت مخالف همانطور که در تصویر 4 دیده می شود جریان می یابد.

باید توجه داشت که کلیدهای S1 و S3 یا S2 و S4 هرگز مطابق شکل بسته نشوند. با این کار منبع تغذیه کوتاه می شود و می تواند به کلیدها آسیب برساند.

من این مدار دقیق را روی تخته نان با استفاده از 4 دکمه فشاری به عنوان سوئیچ و موتور به عنوان بار ایجاد کردم. معکوس شدن جهت چرخش نیز تأیید می کند که جهت جریان نیز معکوس شده است. عالی!

اما من نمی خواهم آنجا بنشینم و دستی دکمه ها را فشار دهم. من می خواهم یک میکروکنترلر کار را برای من انجام دهد. برای ساخت عملی این مدار ، می توانیم از MOSFET به عنوان سوئیچ استفاده کنیم.

مرحله 3: پل های کوچک H

هر بخش به 4 ماسفت نیاز دارد. همانطور که احتمالاً می توانید تصور کنید ، مدار کنترل برای 7 بخش به همراه برخی از اجزای اضافی دیگر بسیار بزرگ خواهد بود تا دروازه هر ماسفت را هدایت کند که در نهایت هدف من از کوچکتر کردن صفحه نمایش را شکست می دهد.

من می توانم از اجزای SMD استفاده کنم اما هنوز هم بزرگ و پیچیده خواهد بود. اگر یک IC اختصاصی وجود داشت بسیار آسان تر می شد. به PAM8016 ، IC با تمام اجزای ذکر شده قبلی در یک بسته کوچک 1.5 1.5 1.5 میلی متر سلام کنید!

با نگاهی به نمودار بلوک عملکردی آن در برگه داده ، می توانیم پل H ، درایورهای دروازه به همراه حفاظت از اتصال کوتاه و خاموش شدن حرارتی را مشاهده کنیم. جهت جریان را از طریق سیم پیچ می توان تنها با دو ورودی به تراشه کنترل کرد. شیرین!

اما یک مشکل وجود دارد لحیم کاری تراشه ای به این کوچکی برای افرادی که تنها لحیم کاری مجدد آنها چند LED و مقاومت است ، یک کابوس خواهد بود. آن هم با استفاده از اتو! اما به هر حال تصمیم گرفتم به آن ضربه بزنم.

به عنوان جایگزین ، DRV8837 را پیدا کردم که همان کار را انجام می دهد اما کمی بزرگتر است. در حالی که به جستجوی جایگزین های آسان تر برای لحیم کاری در LCSC ادامه می دادم ، با FM116B روبرو شدم که باز هم همان است اما با توان خروجی کمتر و در بسته SOT23 که حتی می توان با دست لحیم کاری کرد. متأسفانه بعداً متوجه شدم که به دلیل مشکلات حمل و نقل قادر به سفارش آن نیستم.

مرحله 4: ساخت تابلوهای شکست

قبل از پیاده سازی IC ها در PCB نهایی ، ابتدا می خواستم آزمایش کنم که آیا قادر هستم بخش ها را به دلخواه کنترل کنم. همانطور که می بینید ، IC ها برای نان برد مناسب نیستند و همچنین مهارت های لحیم کاری من برای اتصال مستقیم سیم مسی به آن خوب نیست. به همین دلیل تصمیم گرفتم یک تخته شکست ایجاد کنم زیرا آنها به راحتی در بازار موجود نیستند. یک برد شکستن ، پین های IC را روی یک برد مدار چاپی "پاره می کند" که دارای پین های مخصوص خود است که کاملاً برای یک تخته نان بدون لحیم فاصله دارند ، و دسترسی آسان به استفاده از IC را برای شما فراهم می کند.

نگاهی به برگه اطلاعات به تصمیم گیری در مورد اینکه کدام پین ها باید شکسته شوند کمک می کند. به عنوان مثال ، در مورد DRV8837:

• IC دارای دو پین برای منبع تغذیه است ، یکی برای بار/موتور (VM) و دیگری برای منطق (VCC). از آنجا که من از 5 ولت برای هر دو استفاده می کنم ، دو پین را به هم متصل می کنم.
• بعد پین nSleep است. این یک پین کم فعال است ، یعنی اتصال آن به GND باعث می شود که IC در حالت خواب قرار گیرد. من می خواهم IC همیشه فعال باشد و بنابراین آن را به طور دائم به 5 ولت وصل می کنم.
• ورودی ها دارای مقاومت های کششی داخلی هستند. بنابراین نیازی به ارائه کسانی که در هیئت مدیره هستند وجود ندارد.
• برگه داده همچنین می گوید که یک خازن بای پس 0.1uF روی پین های VM و VCC قرار دهید.

با در نظر گرفتن نکات فوق ، من یک تخته شکست برای IC ها در KiCad طراحی کردم و فایل های Gerber را برای ساخت PCB و Stencil به JLCPCB ارسال کردم. برای بارگیری پرونده های Gerber اینجا را کلیک کنید.

مرحله 5: کنترل بخش

هنگامی که PCB ها و استنسیل خود را از JLCPCB دریافت کردم ، تخته را مونتاژ کردم. این اولین بار بود که از شابلون و لحیم کاری IC های کوچک استفاده می کردم. انگشتان به هم چسبیده! من از یک پارچه اتویی به عنوان یک صفحه داغ برای جوشاندن مجدد خمیر لحیم استفاده کردم.

اما مهم نیست که چقدر تلاش کردم همیشه یک پل لحیم کاری زیر PAM8016 وجود داشت. خوشبختانه DRV8837 در اولین تلاش موفق بود!

مرحله بعدی این است که آیا می توانم بخش را کنترل کنم یا خیر. با توجه به برگه داده DRV8837 ، باید پین IN1 و IN2 را HIGH یا LOW ارائه دهم. وقتی IN1 = 1 & IN2 = 0 ، جریان در یک جهت و هنگامی که IN1 = 0 و IN2 = 1 ، جریان در جهت مخالف جریان می یابد. کار می کند!

تنظیمات بالا به دو ورودی از میکروکنترلر و 14 ورودی برای نمایش کامل نیاز دارد. از آنجا که دو ورودی همیشه مکمل یکدیگر هستند ، یعنی اگر IN1 بالا باشد IN2 پایین است و برعکس ، به جای دادن دو ورودی جداگانه ، می توانیم مستقیماً یک سیگنال (1 یا 0) به یک ورودی ارسال کنیم در حالی که ورودی دیگر داده می شود پس از عبور از یک دروازه NOT که آن را وارونه می کند. به این ترتیب ، ما می توانیم قطعه/سیم پیچ را با استفاده از تنها یک ورودی مشابه صفحه نمایش معمولی 7 بخش کنترل کنیم. و طبق انتظار کار کرد!

مرحله ششم: بعد چیست؟

پس فعلا همین! مرحله بعدی و نهایی ترکیب 7 سیم پیچ و درایورهای H-Bridge (DRV8837) روی یک PCB واحد است. پس منتظر آن باشید! نظرات و پیشنهادات خود را در نظرات زیر به من اطلاع دهید.

متشکرم که تا انتها پایبند بودید. امیدوارم همه شما عاشق این پروژه باشید و امروز چیز جدیدی یاد گرفته باشید. برای پروژه های بیشتر در کانال YouTube من مشترک شوید.