Trình điều khiển cầu chữ H tí hon - Khái niệm cơ bản: 6 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Xin chào và chào mừng bạn quay trở lại một bài có thể giảng dạy khác! Trong phần trước, tôi đã hướng dẫn bạn cách tạo cuộn trong KiCad bằng cách sử dụng tập lệnh python. Sau đó, tôi tạo và thử nghiệm một vài biến thể của cuộn dây để xem loại nào hoạt động tốt nhất. Mục đích của tôi là thay thế các nam châm điện khổng lồ trong Màn hình 7 đoạn cơ học bằng các cuộn dây PCB.

Trong phần Có thể hướng dẫn này, tôi sẽ trình bày những kiến thức cơ bản về cầu chữ H và chỉ cho bạn cách tôi sẽ sử dụng nó để điều khiển các phân đoạn. Cuối cùng, tôi sẽ giới thiệu cho bạn một số cầu nối H trong các gói nhỏ có sẵn trên thị trường.

Bắt đầu nào

Bước 1: Kế hoạch

Trong bản dựng ban đầu, tôi đã sắp xếp theo cách sao cho khi cuộn dây được cung cấp năng lượng, nó chống lại hoặc đẩy nam châm cùng với phân đoạn. Nhưng khi cuộn dây bị khử năng lượng, nam châm bị hút vào lõi của nam châm điện và do đó đoạn trở lại vị trí ban đầu. Rõ ràng, điều này sẽ không hoạt động vì không có lõi trong cuộn dây PCB. Tôi thực sự có một cuộn dây với một lỗ ở giữa cho lõi nhưng nó không hoạt động.

Nếu không có lõi, phân đoạn sẽ ở lại vị trí mới của nó mặc dù cuộn dây đã được khử năng lượng. Để đưa đoạn trở lại vị trí ban đầu, dòng điện qua cuộn dây phải đổi chiều làm lật các cực và lúc này hút nam châm.

Bước 2: Khái niệm cơ bản về H-Bridge

Sự đảo chiều của dòng điện cần thiết được thực hiện bằng cách sử dụng một mạch bao gồm 4 công tắc được sắp xếp theo hình dạng của chữ H viết hoa và do đó có tên là H-Bridge. Điều này thường được sử dụng nhất để đảo ngược chiều quay của động cơ điện một chiều.

Một cách sắp xếp cầu H điển hình được thể hiện trong hình đầu tiên. Tải / động cơ (hoặc cuộn dây PCB trong trường hợp của chúng tôi) được đặt giữa hai chân như hình minh họa.

Nếu các công tắc S1 và S4 được đóng, dòng điện chạy như trong hình thứ 3, và khi các công tắc S2 và S3 đóng, dòng điện chạy theo hướng ngược lại như trong hình thứ 4.

Phải cẩn thận để các công tắc S1 và S3 hoặc S2 và S4 không bao giờ được đóng như hình minh họa. Làm như vậy sẽ làm thiếu nguồn điện và có thể làm hỏng các công tắc.

Tôi đã xây dựng mạch chính xác này trên một breadboard sử dụng 4 nút nhấn làm công tắc và một động cơ làm tải. Sự đảo ngược hướng quay xác nhận rằng chiều của dòng điện cũng đã đảo ngược. Tuyệt vời!

Nhưng tôi không muốn ngồi đó và tự nhấn các nút. Tôi muốn một bộ vi điều khiển thực hiện công việc cho tôi. Để thực tế xây dựng mạch này, chúng ta có thể sử dụng MOSFET làm công tắc.

Bước 3: Cầu chữ H nhỏ

Mỗi phân đoạn sẽ yêu cầu 4 MOSFET. Như bạn có thể tưởng tượng, mạch điều khiển sẽ trở nên khá lớn với 7 phân đoạn cùng với một số thành phần miễn phí khác để điều khiển cổng của mỗi MOSFET, điều này cuối cùng đã đánh bại mục tiêu của tôi là làm cho màn hình nhỏ hơn.

Tôi có thể sử dụng các thành phần SMD nhưng nó vẫn sẽ lớn và phức tạp. Sẽ dễ dàng hơn nhiều nếu có một vi mạch chuyên dụng. Xin chào PAM8016, một vi mạch với tất cả các thành phần đã đề cập trước đó trong một gói nhỏ 1,5 x 1,5mm!

Bằng cách xem sơ đồ khối chức năng của nó trong biểu dữ liệu, chúng ta có thể thấy cầu H, trình điều khiển cổng cùng với bảo vệ ngắn mạch và tắt nhiệt. Hướng của dòng điện qua cuộn dây có thể được điều khiển bằng cách chỉ cung cấp hai đầu vào cho chip. Ngọt!

Nhưng có một vấn đề. Hàn một con chip nhỏ bé này sẽ là một cơn ác mộng đối với một người có kinh nghiệm duy nhất về hàn tái tạo là một vài đèn LED và điện trở. Điều đó cũng sử dụng một bàn ủi! Nhưng dù sao thì tôi cũng quyết định thử.

Thay vào đó, tôi đã tìm thấy DRV8837, hoạt động tương tự nhưng lớn hơn một chút. Trong khi tôi tiếp tục tìm kiếm các lựa chọn thay thế dễ hàn hơn trên LCSC, tôi bắt gặp FM116B cũng giống như vậy nhưng với công suất đầu ra ít hơn và trong một gói SOT23 thậm chí có thể được hàn bằng tay. Thật không may, sau đó tôi phát hiện ra rằng tôi không thể đặt hàng do vấn đề vận chuyển.

Bước 4: Lập bảng đột phá

Trước khi triển khai các vi mạch trong PCB cuối cùng, trước tiên tôi muốn kiểm tra xem liệu tôi có thể điều khiển các phân đoạn như mong muốn hay không. Như bạn có thể thấy, các vi mạch không thân thiện với bảng mạch chính và kỹ năng hàn của tôi cũng không tốt lắm khi hàn dây đồng trực tiếp vào nó. Đó là lý do tại sao tôi quyết định làm một bảng đột phá vì chúng không có sẵn trên thị trường. Một bảng đột phá “phá vỡ” các chân của IC trên một bảng mạch in có các chân của riêng nó được đặt cách nhau hoàn hảo cho một bảng mạch không hàn, giúp bạn dễ dàng sử dụng IC.

Xem qua biểu dữ liệu giúp quyết định chân nào nên được chia nhỏ. Ví dụ, trong trường hợp của DRV8837:

• IC có hai chân để cấp nguồn, một chân cho tải / động cơ (VM) và một chân khác cho logic (VCC). Vì tôi sẽ sử dụng 5V cho cả hai, tôi sẽ kết nối hai chân với nhau.
• Tiếp theo là ghim nSleep. Nó là một chân thấp hoạt động, tức là kết nối nó với GND sẽ đặt IC ở chế độ nghỉ. Tôi muốn IC hoạt động mọi lúc và vì vậy tôi sẽ kết nối nó vĩnh viễn với 5V.
• Đầu vào có điện trở kéo xuống bên trong. Vì vậy, không cần thiết phải cung cấp những người trên bảng.
• Biểu dữ liệu cũng cho biết đặt một tụ điện bỏ qua 0,1uF trên các chân VM và VCC.

Lưu ý những điểm trên, tôi đã thiết kế một bảng đột phá cho các IC trong KiCad và gửi các tệp Gerber tới JLCPCB để chế tạo PCB và Stencil. Nhấp vào đây để tải xuống các tệp Gerber.

Bước 5: Kiểm soát một phân đoạn

Khi tôi nhận được PCB và stencil từ JLCPCB, tôi đã lắp ráp bảng. Đây là lần đầu tiên tôi sử dụng bút chì và hàn các vi mạch nhỏ. Ngón tay bắt chéo! Tôi sử dụng bàn là vải làm bếp điện để làm nóng lại chất hàn.

Nhưng cho dù tôi đã thử bao nhiêu thì vẫn luôn có một cầu hàn theo PAM8016. May mắn thay, DRV8837 đã thành công trong lần thử đầu tiên!

Tiếp theo là kiểm tra xem tôi có khả năng kiểm soát phân khúc hay không. Theo datasheet của DRV8837, tôi cần cung cấp HIGH hoặc LOW cho các chân IN1 và IN2. Khi IN1 = 1 & IN2 = 0, dòng điện chạy theo một chiều và khi IN1 = 0 & IN2 = 1, dòng điện chạy theo hướng ngược lại. Nó hoạt động!

Thiết lập trên yêu cầu hai đầu vào từ bộ vi điều khiển và 14 đầu vào để có một màn hình hoàn chỉnh. Vì hai đầu vào luôn bổ sung cho nhau tức là nếu IN1 CAO thì IN2 là THẤP và ngược lại, thay vì đưa ra hai đầu vào riêng biệt, chúng ta có thể gửi trực tiếp tín hiệu (1 hoặc 0) đến một đầu vào trong khi đầu vào kia được đưa ra sau khi được đi qua một cổng KHÔNG đảo ngược nó. Bằng cách này, chúng ta có thể điều khiển phân đoạn / cuộn dây chỉ sử dụng một đầu vào giống như màn hình 7 phân đoạn bình thường. Và nó đã hoạt động như mong đợi!

Bước 6: Tiếp theo là gì?

Vì vậy, đó là nó cho bây giờ! Bước tiếp theo và cuối cùng là kết hợp 7 cuộn dây và trình điều khiển H-Bridge (DRV8837) với nhau trên một PCB duy nhất. Vì vậy, hãy theo dõi cho điều đó! Hãy cho tôi biết suy nghĩ và đề xuất của bạn trong phần bình luận bên dưới.

Cảm ơn bạn đã gắn bó đến cuối cùng. Tôi hy vọng tất cả các bạn yêu thích dự án này và học được điều gì đó mới ngày hôm nay. Đăng ký kênh YouTube của tôi để biết thêm các dự án như vậy.