ไดรเวอร์ H-Bridge จิ๋ว - พื้นฐาน: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:02

สวัสดีและยินดีต้อนรับกลับสู่คำแนะนำอื่น! ก่อนหน้านี้ ฉันแสดงให้คุณเห็นว่าฉันสร้างคอยส์ใน KiCad โดยใช้สคริปต์หลามได้อย่างไร จากนั้นฉันก็สร้างและทดสอบขดลวดสองสามรูปแบบเพื่อดูว่าอันไหนดีที่สุด เป้าหมายของฉันคือการแทนที่แม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ในจอแสดงผล 7 ส่วนเครื่องกลด้วยขดลวด PCB

ในคำแนะนำนี้ ฉันจะอธิบายพื้นฐานของสะพาน H และแสดงให้คุณเห็นว่าฉันจะใช้มันเพื่อควบคุมส่วนต่างๆ ได้อย่างไร สุดท้ายนี้ ผมจะแนะนำให้คุณรู้จักกับสะพาน H บางส่วนในแพ็คเกจเล็กๆ ที่มีจำหน่ายในท้องตลาด

มาเริ่มกันเลย

ขั้นตอนที่ 1: แผน

ในโครงสร้างดั้งเดิม ฉันได้จัดเตรียมในลักษณะที่เมื่อขดลวดได้รับพลังงาน มันจะต่อต้านหรือผลักแม่เหล็กไปพร้อมกับส่วน แต่เมื่อขดลวดหมดพลังงาน แม่เหล็กจะดึงดูดไปยังแกนกลางของแม่เหล็กไฟฟ้าและทำให้ส่วนนั้นกลับสู่ตำแหน่งเดิม เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้ใช้ไม่ได้เนื่องจากไม่มีแกนในคอยล์ PCB อันที่จริงฉันมีขดลวดหนึ่งอันที่มีรูตรงกลางสำหรับแกนกลาง แต่มันใช้งานไม่ได้

หากไม่มีแกน ส่วนจะยังคงอยู่ในตำแหน่งใหม่แม้ว่าขดลวดจะไม่ได้รับพลังงาน ในการนำชิ้นส่วนกลับมาที่ตำแหน่งเดิม กระแสที่ไหลผ่านขดลวดจะต้องกลับด้านซึ่งจะพลิกขั้วและคราวนี้จะดึงดูดแม่เหล็ก

ขั้นตอนที่ 2: พื้นฐานของ H-Bridge

การกลับตัวของกระแสที่ต้องการทำได้โดยใช้วงจรที่ประกอบด้วยสวิตช์ 4 ตัวที่จัดเรียงเป็นรูปตัว H ตัวพิมพ์ใหญ่และด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่า H-Bridge โดยทั่วไปจะใช้เพื่อย้อนกลับทิศทางการหมุนของมอเตอร์กระแสตรง

การจัดเรียงสะพาน H ทั่วไปจะแสดงในรูปที่ 1 โหลด/มอเตอร์ (หรือขดลวด PCB ในกรณีของเรา) อยู่ระหว่างขาทั้งสองข้างดังที่แสดง

หากปิดสวิตช์ S1 และ S4 กระแสไฟจะไหลตามที่เห็นในภาพที่ 3 และเมื่อปิดสวิตช์ S2 และ S3 กระแสไฟจะไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามดังที่เห็นในภาพที่ 4

ต้องใช้ความระมัดระวังว่าสวิตช์ S1 และ S3 หรือ S2 และ S4 จะไม่ปิดดังที่แสดงไว้ การทำเช่นนี้จะทำให้แหล่งจ่ายไฟลัดวงจรและอาจทำให้สวิตช์เสียหายได้

ฉันสร้างวงจรที่แน่นอนนี้บนเขียงหั่นขนมโดยใช้ปุ่มกด 4 ปุ่มเป็นสวิตช์และมอเตอร์เป็นโหลด การกลับทิศทางของการหมุนเป็นการยืนยันว่าทิศทางของกระแสได้กลับด้านเช่นกัน ยอดเยี่ยม!

แต่ฉันไม่ต้องการที่จะนั่งอยู่ที่นั่นและกดปุ่มด้วยตนเอง ฉันต้องการให้ไมโครคอนโทรลเลอร์ทำงานแทนฉัน ในการสร้างวงจรนี้ในทางปฏิบัติ เราสามารถใช้ MOSFET เป็นสวิตช์ได้

ขั้นตอนที่ 3: สะพาน H จิ๋ว

แต่ละเซ็กเมนต์จะต้องมี MOSFET 4 ตัว อย่างที่คุณอาจจินตนาการได้ วงจรควบคุมจะมีขนาดค่อนข้างใหญ่สำหรับ 7 เซ็กเมนต์ พร้อมด้วยส่วนประกอบเสริมอื่นๆ เพื่อขับเคลื่อนเกตของ MOSFET แต่ละตัว ซึ่งในที่สุดก็เอาชนะเป้าหมายของฉันในการทำให้จอแสดงผลเล็กลง

ฉันสามารถใช้ส่วนประกอบ SMD ได้ แต่มันก็ยังใหญ่และซับซ้อนอยู่ มันจะง่ายกว่ามากถ้ามี IC เฉพาะ ทักทาย PAM8016 ซึ่งเป็น IC ที่มีส่วนประกอบที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ทั้งหมดในแพ็คเกจขนาดเล็ก 1.5 x 1.5 มม.!

เมื่อดูที่บล็อกไดอะแกรมการทำงานในแผ่นข้อมูล เราจะเห็น H-bridge, ตัวขับเกท พร้อมกับการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรและการปิดระบบระบายความร้อน ทิศทางของกระแสที่ไหลผ่านคอยล์สามารถควบคุมได้โดยการจัดหาอินพุตเพียงสองอินพุตให้กับชิป หวาน!

แต่มีปัญหาหนึ่ง การบัดกรีชิปขนาดเล็กนี้จะเป็นฝันร้ายสำหรับผู้ที่มีประสบการณ์ในการบัดกรีแบบรีโฟลว์เพียงอย่างเดียวคือไฟ LED และตัวต้านทานเพียงไม่กี่ตัว ที่ใช้เตารีดด้วย! แต่ฉันตัดสินใจที่จะให้มันยิงต่อไป

อีกทางเลือกหนึ่งคือ ฉันพบ DRV8837 ซึ่งทำสิ่งเดียวกันแต่ใหญ่กว่าเล็กน้อย ในขณะที่ฉันค้นหาทางเลือกที่ง่ายต่อการบัดกรีใน LCSC ต่อไป ฉันพบ FM116B ซึ่งเป็นสิ่งเดียวกันอีกครั้ง แต่มีกำลังขับน้อยกว่าและในแพ็คเกจ SOT23 ที่สามารถบัดกรีด้วยมือได้ ขออภัย ต่อมาฉันพบว่าฉันไม่สามารถสั่งซื้อได้เนื่องจากปัญหาในการจัดส่ง

ขั้นตอนที่ 4: การสร้างบอร์ดฝ่าวงล้อม

ก่อนนำไอซีไปใช้กับ PCB สุดท้าย ฉันต้องการทดสอบก่อนว่าฉันสามารถควบคุมเซ็กเมนต์ได้ตามต้องการหรือไม่ อย่างที่คุณเห็นไอซีไม่เป็นมิตรกับเขียงหั่นขนมและทักษะการบัดกรีของฉันก็ไม่ดีต่อการบัดกรีสายทองแดงโดยตรง นั่นเป็นเหตุผลที่ฉันตัดสินใจสร้างกระดานฝ่าวงล้อมเนื่องจากไม่มีวางจำหน่ายในตลาด กระดานฝ่าวงล้อม "แยก" หมุดของ IC ลงบนแผงวงจรพิมพ์ที่มีหมุดของตัวเองซึ่งมีระยะห่างอย่างสมบูรณ์แบบสำหรับเขียงหั่นขนมแบบไม่มีบัดกรี ทำให้คุณเข้าถึง IC ได้ง่าย

ดูที่แผ่นข้อมูลช่วยในการตัดสินใจว่าควรแยกพินใด ตัวอย่างเช่น ในกรณีของ DRV8837:

• IC มีพินสองตัวสำหรับพาวเวอร์ซัพพลาย หนึ่งพินสำหรับโหลด/มอเตอร์ (VM) และอีกพินสำหรับลอจิก (VCC) เนื่องจากฉันจะใช้ 5V สำหรับทั้งคู่ ฉันจะเชื่อมต่อพินทั้งสองเข้าด้วยกัน
• ถัดไปคือพิน nSleep มันเป็นพินต่ำที่ใช้งานอยู่เช่นการเชื่อมต่อกับ GND จะทำให้ IC อยู่ในโหมดสลีป ฉันต้องการให้ไอซีทำงานตลอดเวลา ดังนั้นฉันจะเชื่อมต่อกับ 5V อย่างถาวร
• อินพุตมีตัวต้านทานแบบดึงลงภายใน ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องจัดเตรียมสิ่งเหล่านั้นบนกระดาน
• แผ่นข้อมูลยังบอกว่าจะใส่ตัวเก็บประจุบายพาส 0.1uF บนพิน VM และ VCC

เมื่อคำนึงถึงประเด็นข้างต้น ฉันจึงออกแบบบอร์ดฝ่าวงล้อมสำหรับไอซีใน KiCad และส่งไฟล์ Gerber ไปที่ JLCPCB สำหรับการผลิต PCB และลายฉลุ คลิกที่นี่เพื่อดาวน์โหลดไฟล์ Gerber

ขั้นตอนที่ 5: การควบคุมกลุ่ม

เมื่อฉันได้รับ PCB และลายฉลุจาก JLCPCB ฉันก็ประกอบบอร์ด นี่เป็นครั้งแรกของฉันที่ใช้ลายฉลุและบัดกรีไอซีขนาดเล็ก ไขว้นิ้วเอาไว้! ฉันใช้เตารีดผ้าเป็นแผ่นให้ความร้อนเพื่อปรับการวางบัดกรีใหม่

แต่ไม่ว่าฉันจะพยายามมากแค่ไหน ก็มีสะพานบัดกรีหนึ่งตัวอยู่ใต้ PAM8016 เสมอ โชคดีที่ DRV8837 ประสบความสำเร็จในการลองครั้งแรก!

ต่อไปเป็นการทดสอบว่าผมสามารถควบคุมกลุ่มได้หรือไม่ ตามแผ่นข้อมูลของ DRV8837 ฉันต้องระบุ HIGH หรือ LOW เพื่อพิน IN1 และ IN2 เมื่อ IN1 = 1 & IN2 = 0 กระแสจะไหลในทิศทางเดียว และเมื่อ IN1 = 0 & IN2 = 1 กระแสจะไหลในทิศทางตรงกันข้าม มันได้ผล!

การตั้งค่าข้างต้นต้องใช้อินพุต 2 ตัวจากไมโครคอนโทรลเลอร์ และ 14 อินพุตสำหรับการแสดงผลที่สมบูรณ์ เนื่องจากอินพุตทั้งสองจะถูกเสริมซึ่งกันและกันเสมอ เช่น ถ้า IN1 สูง ดังนั้น IN2 จะต่ำ และในทางกลับกัน แทนที่จะให้อินพุตแยกกัน 2 อินพุต เราจึงสามารถส่งสัญญาณ (1 หรือ 0) โดยตรงไปยังอินพุตหนึ่งในขณะที่อินพุตอีกอันได้รับ หลังจากผ่านประตู NOT ซึ่งจะกลับด้าน ด้วยวิธีนี้ เราสามารถควบคุมเซ็กเมนต์/คอยล์โดยใช้อินพุตเพียงอินพุตเดียวเหมือนกับจอแสดงผล 7 เซ็กเมนต์ปกติ และได้ผลตามคาด!

ขั้นตอนที่ 6: อะไรต่อไป?

แค่นี้แหละสำหรับตอนนี้! ขั้นตอนต่อไปและขั้นสุดท้ายคือการรวม 7 คอยส์และไดรเวอร์ H-Bridge (DRV8837) เข้าด้วยกันบน PCB เดียว ดังนั้นคอยติดตามสิ่งนั้น! แจ้งให้เราทราบความคิดและข้อเสนอแนะของคุณในความคิดเห็นด้านล่าง

ขอบคุณที่ติดตามจนจบ ฉันหวังว่าทุกคนจะรักโครงการนี้และได้เรียนรู้สิ่งใหม่ในวันนี้ สมัครสมาชิกช่อง YouTube ของฉันสำหรับโครงการดังกล่าวเพิ่มเติม