Driver H-Bridge Kecil - Dasar-dasar: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:53

Halo dan selamat datang kembali ke Instructable lain! Pada bagian sebelumnya, saya telah menunjukkan cara membuat kumparan di KiCad menggunakan skrip python. Kemudian saya membuat dan menguji beberapa variasi kumparan untuk melihat mana yang bekerja paling baik. Tujuan saya adalah mengganti elektromagnet besar di Tampilan 7-segmen Mekanik dengan kumparan PCB.

Dalam Instruksi ini, saya akan membahas dasar-dasar jembatan-H dan menunjukkan kepada Anda bagaimana saya akan menggunakannya untuk mengontrol segmen. Akhirnya, saya akan memperkenalkan Anda ke beberapa H-bridge dalam paket kecil yang tersedia di pasar.

Mari kita mulai

Langkah 1: Rencana

Dalam build asli saya telah membuat pengaturan sedemikian rupa sehingga ketika kumparan diberi energi, ia menentang atau mendorong magnet bersama dengan segmen. Tetapi ketika kumparan tidak diberi energi, magnet akan tertarik ke inti elektromagnet dan dengan demikian segmen kembali ke posisi semula. Jelas, ini tidak akan berfungsi karena tidak ada inti di koil PCB. Saya sebenarnya memiliki satu koil dengan lubang di tengah untuk intinya tetapi tidak berhasil.

Tanpa inti, segmen akan tetap pada posisi barunya meskipun koil tidak diberi energi. Untuk mengembalikan segmen ke posisi semula, arus yang melalui kumparan harus dibalik yang pada gilirannya akan membalik kutub dan kali ini menarik magnet.

Langkah 2: Dasar-dasar H-Bridge

Pembalikan arus yang diperlukan dicapai dengan menggunakan rangkaian yang terdiri dari 4 sakelar yang disusun dalam bentuk huruf kapital H dan karenanya dinamai H-Bridge. Ini paling sering digunakan untuk membalikkan arah putaran motor DC.

Susunan jembatan-H yang khas ditunjukkan pada gambar pertama. Beban/motor (atau koil PCB dalam kasus kami) ditempatkan di antara dua kaki seperti yang ditunjukkan.

Jika sakelar S1 dan S4 ditutup, arus mengalir seperti yang terlihat pada gambar ke-3, dan ketika sakelar S2 dan S3 ditutup, arus mengalir dengan arah yang berlawanan seperti yang terlihat pada gambar ke-4.

Harus diperhatikan bahwa sakelar S1 dan S3 atau S2 dan S4 tidak pernah ditutup seperti yang ditunjukkan. Melakukannya akan memperpendek catu daya dan dapat merusak sakelar.

Saya membangun sirkuit yang tepat ini di papan tempat memotong roti menggunakan 4 tombol tekan sebagai sakelar dan motor sebagai beban. Pembalikan arah putaran menegaskan bahwa arah arus juga terbalik. Besar!

Tapi saya tidak ingin duduk di sana dan menekan tombol secara manual. Saya ingin mikrokontroler melakukan pekerjaan untuk saya. Untuk membangun rangkaian ini secara praktis, kita dapat menggunakan MOSFET sebagai sakelar.

Langkah 3: Jembatan-H Kecil

Setiap segmen akan membutuhkan 4 MOSFET. Seperti yang mungkin Anda bayangkan, rangkaian kontrol akan menjadi sangat besar untuk 7 segmen bersama dengan beberapa komponen pelengkap lainnya untuk menggerakkan gerbang setiap MOSFET yang pada akhirnya mengalahkan tujuan saya untuk membuat tampilan lebih kecil.

Saya bisa menggunakan komponen SMD tetapi masih besar dan rumit. Akan jauh lebih mudah jika ada IC khusus. Sampaikan salam untuk PAM8016, IC dengan semua komponen yang disebutkan sebelumnya dalam paket kecil 1,5 x 1,5 mm!

Dengan melihat diagram blok fungsionalnya di lembar data, kita dapat melihat H-bridge, driver gerbang bersama dengan perlindungan hubung singkat dan shutdown termal. Arah arus melalui koil dapat dikontrol dengan hanya memberikan dua input ke chip. Manis!

Tapi ada satu masalah. Menyolder chip sekecil ini akan menjadi mimpi buruk bagi seseorang yang hanya memiliki pengalaman dengan penyolderan reflow adalah beberapa LED dan resistor. Itu juga menggunakan setrika! Tapi saya memutuskan untuk mencobanya.

Sebagai alternatif, saya menemukan DRV8837, yang melakukan hal yang sama tetapi sedikit lebih besar. Sementara saya terus mencari alternatif yang lebih mudah disolder di LCSC, saya menemukan FM116B yang lagi-lagi merupakan hal yang sama tetapi dengan output daya yang lebih kecil dan dalam paket SOT23 yang bahkan dapat disolder dengan tangan. Sayangnya, kemudian saya menemukan bahwa saya tidak dapat memesannya karena masalah pengiriman.

Langkah 4: Membuat Papan Breakout

Sebelum menerapkan IC di PCB akhir, pertama-tama saya ingin menguji apakah saya dapat mengontrol segmen seperti yang diinginkan. Seperti yang Anda lihat, IC tidak ramah papan tempat memotong roti dan juga keterampilan menyolder saya tidak begitu baik untuk menyolder kabel tembaga langsung ke sana. Itu sebabnya saya memutuskan untuk membuat papan breakout karena tidak tersedia di pasaran. Papan breakout "mematahkan" pin IC ke papan sirkuit tercetak yang memiliki pin sendiri yang ditempatkan dengan sempurna untuk papan tempat memotong roti tanpa solder, memberi Anda akses mudah untuk menggunakan IC.

Melihat lembar data membantu dalam memutuskan pin mana yang harus dipecah. Misalnya, dalam kasus DRV8837:

• IC memiliki dua pin untuk catu daya, satu untuk beban/motor (VM) dan satu lagi untuk logika (VCC). Karena saya akan menggunakan 5V untuk keduanya, saya akan menghubungkan kedua pin secara bersamaan.
• Berikutnya adalah pin nSleep. Ini adalah pin rendah aktif yaitu menghubungkannya ke GND akan menempatkan IC dalam mode tidur. Saya ingin IC aktif sepanjang waktu dan saya akan menghubungkannya secara permanen ke 5V.
• Input memiliki resistor pull-down internal. Jadi tidak perlu menyediakan orang-orang di papan tulis.
• Datasheet juga mengatakan untuk menempatkan kapasitor bypass 0.1uF pada pin VM dan VCC.

Dengan mengingat poin-poin di atas, saya merancang papan breakout untuk IC di KiCad dan mengirim file Gerber ke JLCPCB untuk pembuatan PCB dan Stensil. Klik di sini untuk mengunduh file Gerber.

Langkah 5: Mengontrol Segmen

Setelah saya menerima PCB dan stensil dari JLCPCB, saya merakit papannya. Ini adalah pertama kalinya saya menggunakan stensil dan menyolder IC kecil. Semoga saja! Saya menggunakan setrika kain sebagai hotplate untuk mengalirkan kembali pasta solder.

Tapi tidak peduli berapa banyak saya mencoba selalu ada satu jembatan solder di bawah PAM8016. Untungnya, DRV8837 sukses pada percobaan pertama!

Selanjutnya adalah menguji apakah saya mampu menguasai segmen tersebut. Menurut datasheet DRV8837, saya perlu memberikan HIGH atau LOW ke pin IN1 dan IN2. Ketika IN1 = 1 & IN2 = 0, arus mengalir dalam satu arah dan ketika IN1 = 0 & IN2 = 1, arus mengalir ke arah yang berlawanan. Berhasil!

Pengaturan di atas membutuhkan dua input dari mikrokontroler dan 14 input untuk tampilan yang lengkap. Karena kedua input selalu saling melengkapi yaitu jika IN1 HIGH maka IN2 LOW dan sebaliknya, alih-alih memberikan dua input terpisah, kita dapat langsung mengirim sinyal (1 atau 0) ke satu input sementara input lainnya diberikan setelah melewati gerbang NOT yang membalikkannya. Dengan cara ini, kita dapat mengontrol segmen/kumparan hanya menggunakan satu input yang sama seperti tampilan 7 segmen normal. Dan itu berhasil seperti yang diharapkan!

Langkah 6: Apa Selanjutnya?

Jadi itu saja untuk saat ini! Langkah selanjutnya dan terakhir adalah menggabungkan 7 kumparan dan driver H-Bridge (DRV8837) bersama-sama pada satu PCB. Jadi tetap tunggu untuk itu! Beri tahu saya pemikiran dan saran Anda di komentar di bawah.

Terima kasih telah bertahan sampai akhir. Saya harap Anda semua menyukai proyek ini dan belajar sesuatu yang baru hari ini. Berlangganan ke saluran YouTube saya untuk lebih banyak proyek serupa.