टाइनी एच-ब्रिज ड्राइवर्स - मूल बातें: 6 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:18

नमस्कार और एक और इंस्ट्रक्शनल में आपका स्वागत है! पिछले एक में, मैंने आपको दिखाया कि कैसे मैंने एक पायथन लिपि का उपयोग करके KiCad में कॉइल बनाए। फिर मैंने कॉइल के कुछ रूपों का निर्माण और परीक्षण किया, यह देखने के लिए कि कौन सा सबसे अच्छा काम करता है। मेरा उद्देश्य मैकेनिकल 7-सेगमेंट डिस्प्ले में पीसीबी कॉइल के साथ विशाल इलेक्ट्रोमैग्नेट्स को बदलना है।

इस निर्देश में, मैं एक एच-ब्रिज की मूल बातें कवर करूंगा और आपको दिखाऊंगा कि मैं इसका उपयोग सेगमेंट को नियंत्रित करने के लिए कैसे करूंगा। अंत में, मैं आपको बाजार में उपलब्ध छोटे पैकेजों में से कुछ एच-ब्रिज से परिचित कराऊंगा।

आएँ शुरू करें

चरण 1: योजना

मूल निर्माण में मैंने ऐसी व्यवस्था की थी कि जब कुंडल सक्रिय हो जाता है, तो यह खंड के साथ चुंबक का विरोध करता है या धक्का देता है। लेकिन जब कॉइल डी-एनर्जेट हो जाता है, तो चुंबक इलेक्ट्रोमैग्नेट के कोर की ओर आकर्षित हो जाता है और इस तरह खंड अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाता है। स्पष्ट रूप से, यह काम नहीं करेगा क्योंकि पीसीबी कॉइल में कोई कोर नहीं है। मेरे पास वास्तव में कोर के लिए बीच में एक छेद वाला एक कॉइल था लेकिन यह काम नहीं किया।

कोर के बिना, खंड अपनी नई स्थिति में रहेगा, भले ही कॉइल डी-एनर्जीकृत हो। खंड को उसकी मूल स्थिति में वापस लाने के लिए, कुंडल के माध्यम से धारा को उलट दिया जाना चाहिए जो बदले में ध्रुवों को पलट देगा और इस बार चुंबक को आकर्षित करेगा।

चरण 2: एच-ब्रिज की मूल बातें

आवश्यक करंट का उत्क्रमण एक सर्किट का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है जिसमें 4 स्विच होते हैं जो बड़े अक्षर H के आकार में व्यवस्थित होते हैं और इसलिए इसका नाम H-Bridge है। यह आमतौर पर डीसी मोटर के रोटेशन की दिशा को उलटने के लिए उपयोग किया जाता है।

पहली तस्वीर में एक विशिष्ट एच-ब्रिज व्यवस्था दिखाई गई है। लोड/मोटर (या हमारे मामले में पीसीबी कॉइल) को दो पैरों के बीच दिखाया गया है जैसा कि दिखाया गया है।

यदि स्विच S1 और S4 को बंद कर दिया जाता है, तो करंट प्रवाहित होता है जैसा कि तीसरी तस्वीर में देखा गया है, और जब स्विच S2 और S3 बंद होते हैं, तो करंट विपरीत दिशा में प्रवाहित होता है जैसा कि चौथे चित्र में देखा गया है।

ध्यान रखा जाना चाहिए कि स्विच S1 और S3 या S2 और S4 कभी भी बंद न हों जैसा कि दिखाया गया है। ऐसा करने से बिजली की आपूर्ति कम हो जाएगी और स्विच खराब हो सकते हैं।

मैंने इस सटीक सर्किट को एक ब्रेडबोर्ड पर स्विच के रूप में 4 पुश बटन और लोड के रूप में एक मोटर का उपयोग करके बनाया है। घूर्णन की दिशा का उलटा होना इस बात की पुष्टि करता है कि धारा की दिशा भी उलट गई है। महान!

लेकिन मैं वहां नहीं बैठना चाहता और मैन्युअल रूप से बटन दबाता हूं। मैं चाहता हूं कि एक माइक्रोकंट्रोलर मेरे लिए काम करे। इस सर्किट को व्यावहारिक रूप से बनाने के लिए, हम MOSFETs को स्विच के रूप में उपयोग कर सकते हैं।

चरण 3: छोटे एच-ब्रिज

प्रत्येक खंड में 4 MOSFETs की आवश्यकता होगी। जैसा कि आप शायद कल्पना कर सकते हैं, प्रत्येक MOSFET के गेट को चलाने के लिए कुछ अन्य मानार्थ घटकों के साथ 7 खंडों के लिए नियंत्रण सर्किट काफी बड़ा हो जाएगा जो अंततः प्रदर्शन को छोटा बनाने के मेरे उद्देश्य को हरा देता है।

मैं एसएमडी घटकों का उपयोग कर सकता था लेकिन यह अभी भी बड़ा और जटिल होगा। अगर डेडिकेटेड आईसी होती तो यह बहुत आसान होता। PAM8016 को नमस्ते कहें, एक 1.5 x 1.5 मिमी छोटे पैकेज में पहले बताए गए सभी घटकों के साथ एक आईसी!

डेटाशीट में इसके कार्यात्मक ब्लॉक आरेख पर एक नज़र डालने से, हम एच-ब्रिज, गेट ड्राइवरों के साथ-साथ शॉर्ट सर्किट संरक्षण और थर्मल शटडाउन देख सकते हैं। चिप को केवल दो इनपुट प्रदान करके कॉइल के माध्यम से करंट की दिशा को नियंत्रित किया जा सकता है। मिठाई!

लेकिन एक समस्या है। एक चिप को टांका लगाना एक ऐसे व्यक्ति के लिए एक बुरा सपना होगा, जिसका रिफ्लो सोल्डरिंग का एकमात्र अनुभव कुछ एलईडी और प्रतिरोधक हैं। वो भी लोहे का इस्तेमाल करके! लेकिन मैंने इसे वैसे भी एक शॉट देने का फैसला किया।

एक विकल्प के रूप में, मुझे DRV8837 मिला, जो वही काम करता है लेकिन थोड़ा बड़ा है। जब मैंने एलसीएससी पर अधिक आसान-से-सोल्डर विकल्पों की खोज जारी रखी, तो मुझे एफएम११६बी मिला, जो फिर से वही बात है, लेकिन कम बिजली उत्पादन के साथ और एक एसओटी२३ पैकेज में जिसे हाथ से भी मिलाया जा सकता है। दुर्भाग्य से, बाद में मुझे पता चला कि मैं शिपिंग समस्याओं के कारण इसे ऑर्डर करने में असमर्थ था।

चरण 4: ब्रेकआउट बोर्ड बनाना

अंतिम पीसीबी में आईसी को लागू करने से पहले, मैं पहले यह जांचना चाहता था कि क्या मैं खंडों को इच्छानुसार नियंत्रित करने में सक्षम हूं। जैसा कि आप देख सकते हैं, IC ब्रेडबोर्ड के अनुकूल नहीं हैं और साथ ही मेरे सोल्डरिंग कौशल सीधे तांबे के तारों को मिलाप करने के लिए अच्छे नहीं हैं। इसलिए मैंने एक ब्रेकआउट बोर्ड बनाने का फैसला किया क्योंकि वे बाजार में आसानी से उपलब्ध नहीं होते हैं। एक ब्रेकआउट बोर्ड एक मुद्रित सर्किट बोर्ड पर IC के पिन को "ब्रेक आउट" करता है, जिसके अपने पिन होते हैं जो एक सोल्डरलेस ब्रेडबोर्ड के लिए पूरी तरह से दूरी पर होते हैं, जिससे आपको IC का उपयोग करने में आसानी होती है।

डेटाशीट पर एक नज़र यह तय करने में मदद करती है कि किन पिनों को तोड़ा जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, DRV8837 के मामले में:

• बिजली की आपूर्ति के लिए आईसी में दो पिन हैं, एक लोड/मोटर (वीएम) के लिए और दूसरा तर्क (वीसीसी) के लिए। चूंकि मैं दोनों के लिए 5V का उपयोग करूंगा, मैं दोनों पिनों को एक साथ जोड़ूंगा।
• अगला nSleep पिन है। यह एक सक्रिय लो पिन है यानी इसे GND से जोड़ने से IC स्लीप मोड में आ जाएगा। मैं चाहता हूं कि IC हर समय सक्रिय रहे और इसलिए मैं इसे स्थायी रूप से 5V से जोड़ूंगा।
• इनपुट में आंतरिक पुल-डाउन प्रतिरोधक होते हैं। इसलिए उन्हें बोर्ड पर उपलब्ध कराने की कोई आवश्यकता नहीं है।
• डेटाशीट पिन वीएम और वीसीसी पर 0.1uF बाईपास कैपेसिटर लगाने के लिए भी कहता है।

उपरोक्त बातों को ध्यान में रखते हुए, मैंने KiCad में IC के लिए एक ब्रेकआउट बोर्ड डिज़ाइन किया और PCB और स्टैंसिल निर्माण के लिए Gerber फाइलें JLCPCB को भेजीं। Gerber फ़ाइलें डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

चरण 5: एक खंड को नियंत्रित करना

एक बार जब मैंने JLCPCB से अपने PCB और स्टैंसिल प्राप्त किए, तो मैंने बोर्ड को असेंबल किया। स्टैंसिल और सोल्डरिंग छोटे आईसी का उपयोग करने का यह मेरा पहला मौका था। उंगलियों को पार कर! मैंने सोल्डर पेस्ट को रिफ्लो करने के लिए हॉटप्लेट के रूप में कपड़े के लोहे का इस्तेमाल किया।

लेकिन मैंने कितनी भी कोशिश की, PAM8016 के तहत हमेशा एक सोल्डर ब्रिज था। सौभाग्य से, DRV8837 पहली कोशिश में सफल रहा!

अगला यह परीक्षण करना है कि क्या मैं खंड को नियंत्रित करने में सक्षम हूं। DRV8837 की डेटाशीट के अनुसार, मुझे IN1 और IN2 पिन करने के लिए उच्च या निम्न प्रदान करने की आवश्यकता है। जब IN1 = 1 और IN2 = 0, करंट एक दिशा में प्रवाहित होता है और जब IN1 = 0 और IN2 = 1 होता है, तो करंट विपरीत दिशा में प्रवाहित होता है। यह काम करता है!

उपरोक्त सेटअप के लिए एक माइक्रोकंट्रोलर से दो इनपुट और पूर्ण प्रदर्शन के लिए 14 इनपुट की आवश्यकता होती है। चूंकि दो इनपुट हमेशा एक दूसरे के पूरक होते हैं यानी यदि IN1 अधिक है तो IN2 कम है और इसके विपरीत, दो अलग-अलग इनपुट देने के बजाय, हम सीधे एक इनपुट को सिग्नल (1 या 0) भेज सकते हैं जबकि दूसरा इनपुट दिया जाता है एक NOT गेट से गुजरने के बाद जो इसे उलट देता है। इस तरह, हम सामान्य 7 सेगमेंट डिस्प्ले के समान केवल एक इनपुट का उपयोग करके सेगमेंट/कॉइल को नियंत्रित कर सकते हैं। और यह उम्मीद के मुताबिक काम किया!

चरण 6: आगे क्या है?

तो अभी के लिए बस इतना ही! अगला और अंतिम चरण एक पीसीबी पर 7 कॉइल और एच-ब्रिज ड्राइवरों (DRV8837) को एक साथ जोड़ना होगा। तो उसके लिए तैयार रहें! मुझे अपने विचार और सुझाव नीचे कमेंट्स में बताएं।

अंत तक बने रहने के लिए धन्यवाद। मुझे आशा है कि आप सभी को यह प्रोजेक्ट पसंद आया होगा और आज आपने कुछ नया सीखा। इस तरह के और प्रोजेक्ट्स के लिए मेरे YouTube चैनल को सब्सक्राइब करें।