V tomto návodu se naučíme, jak vyrobit PWM regulátor otáček stejnosměrného motoru pomocí časovače 555. Podrobně se podíváme, jak obvod 555 Timer PWM generátoru funguje, jak jej použít pro řízení otáček stejnosměrného motoru a jak pro něj vyrobit vlastní desku plošných spojů.
Řízením vstupního napětí motoru můžeme řídit otáčky stejnosměrného motoru. K tomuto účelu můžeme použít PWM neboli pulzně šířkovou modulaci.
Řízení otáček stejnosměrného motoru PWM
PWM je metoda, pomocí které můžeme generovat proměnné napětí tím, že rychle zapínáme a vypínáme napájení, které jde do elektronického zařízení. Průměrné napětí závisí na pracovním cyklu signálu neboli na tom, jak dlouho je signál zapnutý oproti tomu, jak dlouho je signál vypnutý v jednom časovém úseku.
Obvod PWM generátoru časovače 555
Časovač 555 je schopen generovat PWM signál, pokud je nastaven v astabilním režimu. Pokud neznáte časovač 555, můžete se podívat na můj předchozí návod, kde jsem podrobně vysvětlil, co je uvnitř a jak funguje integrovaný obvod časovače 555.
Tady je základní zapojení časovače 555 pracujícího v astabilním režimu a můžeme si všimnout, že výstup je HIGH, když se kondenzátor C1 nabíjí přes rezistory R1 a R2.
Na druhé straně je výstup integrovaného obvodu LOW, když se kondenzátor C1 vybíjí, ale pouze přes rezistor R2. Můžeme si tedy všimnout, že pokud změníme hodnoty kterékoli z těchto tří součástek, získáme různé doby zapnutí a vypnutí, resp. různé střídy výstupního signálu čtvercové vlny. Jednoduchým a okamžitým způsobem je nahradit rezistor R2 potenciometrem a navíc přidat do obvodu dvě diody.
V této konfiguraci bude doba zapnutí záviset na rezistoru R1, levé straně potenciometru a kondenzátoru C1, zatímco doba vypnutí bude záviset na kondenzátoru C1 a pravé straně potenciometru. Můžeme si také všimnout, že v této konfiguraci bude perioda jednoho cyklu, tedy frekvence, vždy stejná, protože celkový odpor při nabíjení a vybíjení zůstane stejný.
Obvykle je odpor R1 mnohem menší než odpor potenciometru, například 1 K oproti 100 K potenciometru. Tímto způsobem máme 99% kontrolu nad nabíjecím a vybíjecím odporem v obvodu. Řídicí pin časovače 555 nepoužíváme, ale je připojen ke kondenzátoru 100nF, abychom eliminovali případný vnější šum z této svorky. Reset, pin číslo 4, je aktivní low, takže je proto připojen k VCC, aby se zabránilo nežádoucímu resetu výstupu.
Výstup časovače 555 může do zátěže odebírat nebo dodávat proud 200 mA. Pokud tedy motor, který chceme řídit, přesahuje tuto jmenovitou hodnotu, musíme pro řízení motoru použít tranzistor nebo MOSFET. V tomto příkladu jsem použil Darlingtonův tranzistor (TIP122), který zvládne proud až 5 A.
Výstup IC je třeba připojit k bázi tranzistoru přes rezistor, v mém případě jsem použil rezistor 1k. Pro zamezení případných napěťových špiček vytvářených motorem musíme použít zpětnovazební diodu, která je zapojena paralelně s motorem.
Nyní můžeme pokračovat a navrhnout vlastní desku plošných spojů pro tento obvod. K tomuto účelu použiji bezplatný online software EasyEDA. Zde můžeme začít vyhledáním a umístěním součástek na prázdné plátno. Knihovna obsahuje statisíce součástek, takže jsem neměl problém najít všechny potřebné součástky pro tento obvod regulátoru otáček stejnosměrného motoru PWM.
Po vložení součástek musíme vytvořit obrys desky a začít rozmísťovat součástky. Dva kondenzátory by měly být umístěny co nejblíže k časovači 555, zatímco ostatní součástky můžeme umístit, kam chceme, ale stále v logickém uspořádání podle schématu obvodu.
Pomocí sledovacího nástroje musíme všechny součástky zapojit. Sledovací nástroj je poměrně intuitivní a snadno se s ním pracuje. Můžeme použít horní i spodní vrstvu, abychom se vyhnuli křížení a zkrátili stopy.
Pady součástek, které je třeba připojit k zemi, nastavíme na zem prostřednictvím karty Pad Properties, kde při výběru padu musíme do popisku „Net“ napsat GND.
K přidání textu na desku můžeme použít vrstvu Silk. Také můžeme vložit soubor s obrázkem, takže přidám obrázek loga své webové stránky, který se vytiskne na desku. Nakonec pomocí nástroje měděná plocha musíme vytvořit uzemněnou oblast desky plošných spojů.
Projektové soubory EasyEDA tohoto projektu najdete zde.
Jakmile jsme s návrhem hotovi, stačí kliknout na tlačítko „Gerber output“, uložit projekt a budeme si moci stáhnout soubory Gerber, které slouží k výrobě desky plošných spojů. DPS si můžeme objednat u společnosti JLCPCB, což jsou služby pro výrobu DPS společnosti EasyEDA, a jsou také sponzorem tohoto videa.
Zde můžeme jednoduše přetáhnout stažený soubor zip se soubory Gerber. Po nahrání si můžeme opět prohlédnout DPS v prohlížeči Gerber. Pokud je vše v pořádku, můžeme si pak vybrat až 10 desek plošných spojů a získat je za pouhé 2 dolary.
Sestavení desky plošných spojů regulátoru otáček stejnosměrného motoru PWM
Po týdnu nicméně desky plošných spojů dorazily a musím uznat, že je docela uspokojivé nechat si vyrobit vlastní návrh desky plošných spojů. Kvalita desek plošných spojů je skvělá a vše je naprosto stejné jako v návrhu.
Ok , takže nyní můžeme přejít k osazování součástek na desku plošných spojů.
Součástky potřebné pro tento příklad můžete získat z níže uvedených odkazů:
- NE555P Timer IC…………………………… Amazon / Banggood / AliExpress
- R1 = R2 = 1k Ohm…………………………. Amazon / Banggood / AliExpress
- C1 = C2 = 100nF…………………………….. Amazon / Banggood / AliExpress
- D1 = D2 = D3 = 1N4004…………………. Amazon / Banggood / AliExpress
- Potenciometr = 100k Ohm……………. Amazon / Banggood / AliExpress
- Tranzistor – Darlington TIP122………. Amazon / Banggood / AliExpress
- 2 blokové svorky …………………………. Amazon / Banggood / AliExpress
Zveřejnění: Jedná se o partnerské odkazy. Jako spolupracovník Amazonu vydělávám z kvalifikovaných nákupů.
Nejprve jsem vložil menší součástky, rezistory, diody a kondenzátory.
Ohnul jsem jejich vývody na druhé straně, aby zůstaly na svém místě, když desku otočím pro pájení. Co se týče větších součástek, použil jsem maskovací pásku, aby držely na místě při převracení desky.
Tady je konečná podoba desky a zbývá připojit stejnosměrný motor a vhodný zdroj pro jeho napájení.
Použil jsem 12V stejnosměrný motor s vysokým točivým momentem, který jsem napájel pomocí tam 3,7V Li-ion baterií zapojených do série, které dávají kolem 12V. Takže nyní pomocí potenciometru jsme schopni řídit otáčky stejnosměrného motoru, nebo PWM signál produkuje 555 Timer IC.
.