Dans ce tutoriel, nous allons apprendre à faire un contrôleur de vitesse de moteur DC PWM en utilisant le 555 Timer IC. Nous allons regarder en détail comment le circuit générateur PWM du 555 Timer fonctionne, comment l’utiliser pour contrôler la vitesse du moteur DC et comment faire un PCB personnalisé pour cela.
Nous pouvons contrôler la vitesse du moteur DC en contrôlant la tension d’entrée du moteur. Pour cela, nous pouvons utiliser la PWM, ou modulation de largeur d’impulsion.
PWM Contrôle de la vitesse du moteur DC
La PWM est une méthode par laquelle nous pouvons générer une tension variable en allumant et en éteignant la puissance qui va au dispositif électronique à un rythme rapide. La tension moyenne dépend du rapport cyclique du signal, ou de la quantité de temps pendant laquelle le signal est activé par rapport à la quantité de temps pendant laquelle le signal est désactivé dans une seule période de temps.
Circuit générateur PWM de la minuterie 555
La minuterie 555 est capable de générer un signal PWM lorsqu’elle est configurée en mode astable. Dans vous n’êtes pas familier avec le 555 Timer vous pouvez vérifier mon tutoriel précédent où j’ai expliqué en détail ce qui est à l’intérieur et comment le IC 555 Timer fonctionne.
Voici un circuit de base du 555 Timer fonctionnant dans un mode astable et nous pouvons remarquer que la sortie est HAUT lorsque le condensateur C1 se charge à travers les résistances R1 et R2.
En revanche, la sortie du circuit intégré est BASSE lorsque le condensateur C1 se décharge mais uniquement à travers la résistance R2. Nous pouvons donc remarquer que si nous changeons les valeurs de l’un de ces trois composants, nous obtiendrons des temps d’activation et de désactivation différents, ou un rapport cyclique différent du signal de sortie carré. Une façon facile et instantanée de le faire est de remplacer la résistance R2 par un potentiomètre, et d’ajouter en plus deux diodes dans le circuit.
Dans cette configuration, le temps de marche dépendra de la résistance R1, du côté gauche du potentiomètre et du condensateur C1, tandis que le temps d’arrêt dépendra du condensateur C1 et du côté droit du potentiomètre. Nous pouvons également remarquer que dans cette configuration, la période d’un cycle, donc la fréquence, sera toujours la même, car la résistance totale, pendant la charge et la décharge, restera la même.
En général, la résistance R1 est beaucoup plus petite que la résistance du potentiomètre, par exemple, 1K par rapport à 100K du potentiomètre. De cette façon, nous avons un contrôle de 99% sur la résistance de charge et de décharge dans le circuit. La broche de contrôle du Timer 555 n’est pas utilisée mais elle est connectée à un condensateur de 100nF afin d’éliminer tout bruit externe de cette borne. La réinitialisation, broche numéro 4, est active basse donc elle est connectée à VCC afin d’empêcher toute réinitialisation non désirée de la sortie.
La sortie de la minuterie 555 peut sink ou source un courant de 200mA à la charge. Donc, si le moteur que nous voulons contrôler dépasse cette valeur nominale, nous devons utiliser un transistor ou un MOSFET pour piloter le moteur. Dans cet exemple, j’ai utilisé un transistor Darlington (TIP122) qui peut gérer un courant allant jusqu’à 5A.
La sortie de l’IC doit être connectée à la base du transistor à travers une résistance, et dans mon cas j’ai utilisé une résistance de 1k. Pour prévenir toute pointe de tension produite par le moteur, nous devons utiliser une diode flyback qui est connectée en parallèle avec le moteur.
Conception d’un PCB pour le contrôleur de vitesse PWM pour moteur DC
Maintenant nous pouvons passer à la conception d’un PCB personnalisé pour ce circuit. Pour cela, je vais utiliser le logiciel gratuit en ligne EasyEDA. Ici, nous pouvons commencer par rechercher et placer les composants sur la toile vierge. La bibliothèque a des centaines de milliers de composants, donc je n’ai pas eu de problème pour trouver tous les composants nécessaires pour ce circuit PWM DC Motor Speed Controller.
Après avoir inséré les composants, nous devons créer le contour de la carte et commencer à arranger les composants. Les deux condensateurs doivent être placés le plus près possible du timer 555, tandis que les autres composants peuvent être placés où nous voulons, mais toujours dans une disposition logique selon le schéma du circuit.
Utilisant l’outil de suivi, nous devons connecter tous les composants. L’outil de suivi est assez intuitif et facile à utiliser. Nous pouvons utiliser à la fois la couche supérieure et la couche inférieure pour éviter les croisements et rendre les pistes plus courtes.
Les pastilles des composants qui doivent être connectés à la terre sont définies à la terre par l’intermédiaire de l’onglet Pad Properties, où nous devons taper GND dans l’étiquette « Net » lorsque la pastille est sélectionnée.
Nous pouvons utiliser la couche Silk pour ajouter du texte à la carte. Nous sommes également en mesure d’insérer un fichier image, donc j’ajoute une image sur du logo de mon site web à imprimer sur la carte. À la fin, en utilisant l’outil de zone de cuivre, nous devons créer la zone de masse du PCB.
Vous pouvez trouver les fichiers de projet EasyEDA de ce projet ici.
Une fois que nous avons terminé avec la conception, nous devons juste cliquer sur le bouton « Gerber output », enregistrer le projet et nous serons en mesure de télécharger les fichiers Gerber qui sont utilisés pour fabriquer le PCB. Nous pouvons commander le PCB de JLCPCB qui sont le service de fabrication de PCB d’EasyEDA, et aussi ils sont le sponsor de cette vidéo.
Ici nous pouvons simplement glisser et déposer le fichier zip téléchargé des fichiers gerber. Après le téléchargement, nous pouvons à nouveau examiner notre PCB dans le visualiseur Gerber. Si tout va bien, nous pouvons alors sélectionner jusqu’à 10 PCB et les obtenir pour seulement 2 dollars.
Assemblage du PCB PWM DC Motor Speed Controller
Néanmoins, après une semaine, les PCB sont arrivés et je dois admettre que c’est assez satisfaisant de faire fabriquer sa propre conception de PCB. La qualité des PCBs est grande et tout est exactement comme dans le design.
Ok , donc maintenant nous pouvons passer à l’insertion des composants sur le PCB.
Vous pouvez obtenir les composants nécessaires pour cet exemple à partir des liens ci-dessous:
- 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
- Potentiomètre = 100k Ohm……………. Amazon / Banggood / AliExpress
- Transistor – Darlington TIP122………. Amazon / Banggood / AliExpress
- 2 Blocs terminaux …………………………. Amazon / Banggood / AliExpress
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J’ai d’abord inséré les plus petits composants, les résistances, les diodes et les condensateurs.
J’ai plié leurs fils de l’autre côté afin qu’ils restent en position lorsque je retourne la carte pour la souder. Quant aux plus gros composants, j’ai utilisé un ruban de masquage pour les maintenir en place lorsque je retourne la carte.
Voici l’aspect final de la carte et ce qu’il reste à faire maintenant, c’est de connecter un moteur DC et une alimentation appropriée pour celui-ci.
J’ai utilisé un moteur DC à couple élevé de 12V que j’ai alimenté en utilisant là batteries Li-ion de 3,7V connectées en série qui donnent environ 12V. Donc maintenant en utilisant le potentiomètre, nous sommes en mesure de contrôler la vitesse du moteur DC, ou le signal PWM produit par le IC 555 Timer.
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