In diesem Tutorial werden wir lernen, wie man einen PWM DC Motor Speed Controller mit dem 555 Timer IC macht. Wir werden einen detaillierten Blick darauf werfen, wie der 555 Timer PWM-Generator-Schaltkreis funktioniert, wie man ihn für die Steuerung der Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors verwendet und wie man eine benutzerdefinierte Leiterplatte dafür herstellt.
Wir können die Geschwindigkeit des Gleichstrommotors steuern, indem wir die Eingangsspannung des Motors steuern. Zu diesem Zweck können wir PWM oder Pulsweitenmodulation verwenden.
PWM Gleichstrommotor-Drehzahlregelung
PWM ist eine Methode, mit der wir eine variable Spannung erzeugen können, indem wir die Leistung, die an das elektronische Gerät geht, mit einer schnellen Rate ein- und ausschalten. Die durchschnittliche Spannung hängt vom Tastverhältnis des Signals ab, d.h. von der Zeit, in der das Signal eingeschaltet ist, im Vergleich zu der Zeit, in der es ausgeschaltet ist.
555 Timer PWM Generator Circuit
Der 555 Timer kann ein PWM-Signal erzeugen, wenn er in einem astabilen Modus eingestellt ist. Wenn du mit dem 555 Timer nicht vertraut bist, kannst du dir mein vorheriges Tutorial ansehen, in dem ich detailliert erklärt habe, was drin ist und wie der 555 Timer IC funktioniert.
Hier ist eine grundlegende Schaltung des 555 Timers, die in einem astabilen Modus arbeitet und wir können feststellen, dass der Ausgang HIGH ist, wenn der Kondensator C1 durch die Widerstände R1 und R2 geladen wird.
Auf der anderen Seite ist der Ausgang des ICs LOW, wenn der Kondensator C1 entladen wird, aber nur durch den Widerstand R2. Wir können also feststellen, dass wir unterschiedliche Ein- und Ausschaltzeiten bzw. ein unterschiedliches Tastverhältnis des Rechteckausgangssignals erhalten, wenn wir die Werte einer dieser drei Komponenten ändern. Eine einfache und sofortige Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, den Widerstand R2 durch ein Potentiometer zu ersetzen und zusätzlich zwei Dioden in die Schaltung einzufügen.
In dieser Konfiguration hängt die Einschaltzeit vom Widerstand R1, der linken Seite des Potentiometers und dem Kondensator C1 ab, während die Ausschaltzeit vom Kondensator C1 und der rechten Seite des Potentiometers abhängt. Wir können auch feststellen, dass in dieser Konfiguration die Periode eines Zyklus, also die Frequenz, immer gleich ist, weil der Gesamtwiderstand während des Ladens und Entladens gleich bleibt.
Gemeinsam ist der Widerstand R1 viel kleiner als der Widerstand des Potentiometers, zum Beispiel 1K im Vergleich zu 100K des Potentiometers. Auf diese Weise haben wir 99 % Kontrolle über den Lade- und Entladewiderstand in der Schaltung. Der Steuerpin des 555-Timers wird nicht verwendet, sondern ist mit einem 100nF-Kondensator verbunden, um jegliches externes Rauschen von diesem Anschluss zu eliminieren. Der Reset, Pin Nummer 4, ist aktiv niedrig, daher ist er mit VCC verbunden, um ein unerwünschtes Zurücksetzen des Ausgangs zu verhindern.
Der Ausgang des 555 Timers kann einen Strom von 200mA an die Last abgeben oder abgeben. Wenn also der Motor, den wir steuern wollen, diesen Wert überschreitet, müssen wir einen Transistor oder einen MOSFET für den Antrieb des Motors verwenden. In diesem Beispiel habe ich einen Darlington-Transistor (TIP122) verwendet, der einen Strom von bis zu 5A verarbeiten kann.
Der Ausgang des IC muss über einen Widerstand mit der Basis des Transistors verbunden werden, und in meinem Fall habe ich einen 1k-Widerstand verwendet. Um Spannungsspitzen zu vermeiden, die vom Motor erzeugt werden, müssen wir eine Flyback-Diode verwenden, die parallel zum Motor geschaltet ist.
Entwerfen einer Leiterplatte für den PWM-DC-Motor-Drehzahlregler
Jetzt können wir weitermachen und eine eigene Leiterplatte für diese Schaltung entwerfen. Zu diesem Zweck werde ich die kostenlose Online-Software EasyEDA verwenden. Hier können wir mit der Suche und Platzierung der Bauteile auf der leeren Leinwand beginnen. Die Bibliothek enthält Hunderttausende von Bauteilen, so dass ich keine Probleme hatte, alle erforderlichen Bauteile für diesen PWM-DC-Motor-Drehzahlregler-Schaltkreis zu finden.
Nach dem Einfügen der Bauteile müssen wir den Platinenumriss erstellen und mit der Anordnung der Bauteile beginnen. Die beiden Kondensatoren sollten so nah wie möglich am 555 Timer platziert werden, während die anderen Komponenten nach Belieben platziert werden können, aber immer noch in einer logischen Anordnung gemäß dem Schaltplan.
Mit Hilfe des Tracking-Tools müssen wir alle Komponenten verbinden. Das Tracking-Tool ist recht intuitiv und einfach zu bedienen. Wir können sowohl die obere als auch die untere Ebene verwenden, um Kreuzungen zu vermeiden und die Leiterbahnen kürzer zu machen.
Die Pads der Komponenten, die mit Masse verbunden werden müssen, werden über die Registerkarte „Padeigenschaften“ auf Masse gesetzt, wo wir GND in das Etikett „Netz“ eingeben müssen, wenn das Pad ausgewählt ist.
Wir können die Seiden-Ebene verwenden, um der Platine Text hinzuzufügen. Wir können auch eine Bilddatei einfügen, also füge ich ein Bild des Logos meiner Website hinzu, das auf die Platine gedruckt werden soll. Zum Schluss müssen wir mit dem Kupferflächen-Werkzeug die Massefläche der Leiterplatte erstellen.
Die EasyEDA Projektdateien dieses Projekts finden Sie hier.
Wenn wir mit dem Design fertig sind, müssen wir nur noch auf die Schaltfläche „Gerber output“ klicken, das Projekt speichern und schon können wir die Gerber-Dateien herunterladen, die für die Herstellung der Leiterplatte verwendet werden. Wir können die Leiterplatte bei JLCPCB bestellen, dem Leiterplattenherstellungsservice von EasyEDA, der auch der Sponsor dieses Videos ist.
Hier können wir die heruntergeladene Zip-Datei der Gerber-Dateien einfach per Drag & Drop hochladen. Nach dem Hochladen können wir unsere Leiterplatte noch einmal im Gerber-Viewer überprüfen. Wenn alles in Ordnung ist, können wir dann bis zu 10 Platinen auswählen und für nur 2 Dollar bekommen.
Bestückung der PWM DC Motor Speed Controller PCB
Nach einer Woche sind die Platinen nun doch angekommen und ich muss zugeben, dass es sehr befriedigend ist, sein eigenes Platinen-Design herstellen zu lassen. Die Qualität der Platinen ist großartig und alles ist genau so wie im Entwurf.
Ok , jetzt können wir also dazu übergehen, die Komponenten auf die Platine zu setzen.
Die für dieses Beispiel benötigten Bauteile können Sie über die folgenden Links beziehen:
- NE555P Timer IC…………………………… Amazon / Banggood / AliExpress
- R1 = R2 = 1k Ohm…………………………. Amazonas / Banggood / AliExpress
- C1 = C2 = 100nF…………………………….. Amazone / Banggood / AliExpress
- D1 = D2 = D3 = 1N4004…………………. Amazonas / Banggood / AliExpress
- Potentiometer = 100k Ohm……………. Amazonas / Banggood / AliExpress
- Transistor – Darlington TIP122………. Amazonas / Banggood / AliExpress
- 2 Blockklemmen …………………………. Amazon / Banggood / AliExpress
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Zunächst habe ich die kleineren Bauteile, die Widerstände, die Dioden und die Kondensatoren eingesetzt.
Ich habe ihre Leitungen auf der anderen Seite gebogen, damit sie in Position bleiben, wenn ich die Platine zum Löten umdrehe. Für die größeren Bauteile habe ich ein Abdeckband verwendet, um sie in Position zu halten, wenn ich die Platine umdrehe.
Hier ist das endgültige Aussehen der Platine und was jetzt noch übrig ist, ist ein Gleichstrommotor und eine geeignete Stromversorgung dafür anzuschließen.
Ich habe einen Gleichstrommotor mit hohem Drehmoment von 12 V verwendet, den ich mit 3,7 V Li-Ionen-Batterien versorgt habe, die in Reihe geschaltet sind und etwa 12 V liefern. So, jetzt mit dem Potentiometer sind wir in der Lage, die Geschwindigkeit des DC-Motors, oder das PWM-Signal von der 555 Timer IC produziert zu steuern.
