En este tutorial vamos a aprender cómo hacer un controlador de velocidad del motor de CC PWM utilizando el 555 Timer IC. Vamos a echar un vistazo detallado a cómo funciona el circuito generador de PWM del temporizador 555, cómo utilizarlo para controlar la velocidad del motor de CC y cómo hacer una PCB personalizada para ello.
Podemos controlar la velocidad del motor de CC mediante el control de la tensión de entrada del motor. Para ello podemos utilizar PWM, o modulación por ancho de pulso.
Control de velocidad del motor de CC por PWM
PWM es un método a través del cual podemos generar una tensión variable encendiendo y apagando la energía que va al dispositivo electrónico a un ritmo rápido. El voltaje promedio depende del ciclo de trabajo de la señal, o la cantidad de tiempo que la señal está en ON frente a la cantidad de tiempo que la señal está en OFF en un solo período de tiempo.
Circuito generador de PWM del temporizador 555
El temporizador 555 es capaz de generar una señal PWM cuando se configura en un modo astable. Si no estás familiarizado con el temporizador 555 puedes consultar mi tutorial anterior donde expliqué en detalle lo que hay dentro y cómo funciona el temporizador 555.
Aquí tenemos un circuito básico del temporizador 555 funcionando en modo astable y podemos observar que la salida es ALTA cuando el condensador C1 se está cargando a través de las resistencias R1 y R2.
Por otro lado, la salida del CI es BAJA cuando el condensador C1 se está descargando pero sólo a través de la resistencia R2. Así que podemos notar que si cambiamos los valores de cualquiera de estos tres componentes obtendremos diferentes tiempos de ON y OFF, o diferente ciclo de trabajo de la señal de salida de onda cuadrada. Una forma fácil e instantánea de hacerlo es sustituir la resistencia R2 por un potenciómetro, y además añadir dos diodos en el circuito.
En esta configuración el tiempo de Encendido dependerá de la resistencia R1, del lado izquierdo del potenciómetro y del condensador C1, mientras que el tiempo de Apagado dependerá del condensador C1 y del lado derecho del potenciómetro. También podemos notar que en esta configuración el período de un ciclo, por lo tanto la frecuencia, será siempre la misma, porque la resistencia total, mientras se carga y se descarga, seguirá siendo la misma.
Normalmente la resistencia R1 es mucho más pequeña que la resistencia del potenciómetro, por ejemplo, 1K frente a 100K del potenciómetro. De esta manera tenemos un control del 99% de la resistencia de carga y descarga en el circuito. El pin de control del temporizador 555 no se utiliza pero se conecta a un condensador de 100nF para eliminar cualquier ruido externo de ese terminal. El reset, pin número 4, es activo bajo por lo que se conecta a VCC para evitar cualquier reinicio no deseado de la salida.
La salida del temporizador 555 puede hundir o alimentar una corriente de 200mA a la carga. Por lo tanto, si el motor que queremos controlar supera esta capacidad, tenemos que utilizar un transistor o un MOSFET para conducir el motor. En este ejemplo, he utilizado un transistor Darlington (TIP122) que puede manejar una corriente de hasta 5A.
La salida del IC necesita ser conectada a la base del transistor a través de una resistencia, y en mi caso he utilizado una resistencia de 1k. Para evitar cualquier pico de tensión producido por el motor necesitamos utilizar un diodo flyback que se conecta en paralelo con el motor.
Diseño de una PCB para el controlador de velocidad del motor PWM DC
Ahora podemos pasar a diseñar una PCB personalizada para este circuito. Para ello utilizaré el software online gratuito EasyEDA. Aquí podemos empezar buscando y colocando los componentes en el lienzo en blanco. La librería cuenta con cientos de miles de componentes por lo que no tuve ningún problema en encontrar todos los componentes necesarios para este circuito PWM DC Motor Speed Controller.
Después de insertar los componentes tenemos que crear el esquema de la placa y empezar a disponer los componentes. Los dos condensadores deben colocarse lo más cerca posible del temporizador 555, mientras que los demás componentes pueden colocarse donde queramos, pero siempre en una disposición lógica según el esquema del circuito.
Usando la herramienta de seguimiento tenemos que conectar todos los componentes. La herramienta de seguimiento es bastante intuitiva y fácil de trabajar. Podemos utilizar tanto la capa superior como la inferior para evitar cruces y acortar las pistas.
Los pads de los componentes que deben conectarse a tierra se ajustan a tierra a través de la pestaña de propiedades de los pads, donde tenemos que escribir GND en la etiqueta «Net» cuando se selecciona el pad.
Podemos utilizar la capa de seda para añadir texto a la placa. También podemos insertar un archivo de imagen, así que añado una imagen del logo de mi página web para que se imprima en la placa. Al final usando la herramienta de área de cobre necesitamos crear el área de tierra de la PCB.
Puedes encontrar los archivos del proyecto EasyEDA de este proyecto aquí.
Una vez que hayamos terminado con el diseño sólo tenemos que hacer clic en el botón «Gerber output», guardar el proyecto y podremos descargar los archivos Gerber que se utilizan para la fabricación de la PCB. Podemos pedir el PCB a JLCPCB que son el servicio de fabricación de PCB de EasyEDA, y también son el patrocinador de este video.
Aquí podemos simplemente arrastrar y soltar el archivo zip descargado de los archivos gerber. Después de subirlo podemos volver a revisar nuestro PCB en el visor Gerber. Si todo está bien podemos seleccionar hasta 10 PCBs y obtenerlos por sólo 2 dólares.
Montando el PCB del Controlador de Velocidad del Motor PWM DC
Sin embargo, después de una semana los PCBs han llegado y debo admitir que es bastante satisfactorio tener tu propio diseño de PCB fabricado. La calidad de las PCBs es estupenda y todo es exactamente igual que en el diseño.
Ok , así que ahora podemos pasar a insertar los componentes en la PCB.
Puedes conseguir los componentes necesarios para este ejemplo en los siguientes enlaces:
- 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
- Potenciómetro = 100k Ohm……………. Amazon / Banggood / AliExpress
- Transistor – Darlington TIP122………. Amazon / Banggood / AliExpress
- 2 Terminales de bloque …………………………. Amazon / Banggood / AliExpress
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Primero inserté los componentes más pequeños, las resistencias, los diodos y los condensadores.
Doblé sus cables por el otro lado para que se mantuvieran en posición cuando volteara la placa para soldar. En cuanto a los componentes más grandes utilicé una cinta adhesiva para mantenerlos en su sitio al voltear la placa.
Aquí está el aspecto final de la placa y lo que queda ahora es conectar un motor de corriente continua y una fuente de alimentación adecuada para el mismo.
Yo utilicé un motor de corriente continua de 12V de alto par que alimenté utilizando unas baterías de iones de litio de 3,7V conectadas en serie que dan unos 12V. Así que ahora usando el potenciómetro somos capaces de controlar la velocidad del motor de CC, o la señal PWM produce por el 555 Timer IC.
