This tutorial will learn how to make PWM DC Motor Speed Controller using the 555 Timer IC. 555タイマーPWMジェネレータ回路がどのように動作するか、DCモータの速度制御にどのように使用するか、カスタムPCBをどのように作成するかを詳しく見ていきます。
DCモータの入力電圧を制御することにより、速度を制御できます。 そのためには、PWM（パルス幅変調）を使用します。
PWM DCモーター速度制御
PWM は、電子デバイスに高速で流れる電力のオン/オフを行うことによって可変電圧を生成する手法です。 平均電圧は、信号のデューティサイクル、つまり信号がオンである時間対オフである時間の量に依存します。
555 Timer PWM Generator Circuit
555 Timer はアステイブルモードでセットアップすると、PWM 信号を生成することが可能です。
これはアステーブルモードで動作する555タイマの基本回路で、抵抗R1とR2を介してコンデンサC1を充電しているときに出力がHIGHになっていることが分かります。
一方、コンデンサC1が放電しているときはICの出力はLOWですが、抵抗R2を通してのみLOWになっています。 つまり、これら3つの部品のどれかの値を変えれば、ONとOFFの時間、あるいは矩形波出力信号のデューティサイクルが異なることに気づくことができるのです。
この構成では、オン時間は抵抗R1、ポテンショメーターの左側、コンデンサーC1に依存し、オフ時間はコンデンサーC1、ポテンショメーターの右側に依存することになる。
通常、R1の抵抗値はポテンショメーターの抵抗値よりもはるかに小さく、たとえばポテンショメーターの100Kに対して1Kとします。 そうすることで、回路内の充放電抵抗を99％コントロールすることができるのです。 555タイマーの制御端子は使用しませんが、その端子から外来ノイズを排除するために100nFのコンデンサを接続しています。 4番ピンのリセットはアクティブローなので、出力が不要にリセットされないようにVCCに接続されています。 そのため、制御したいモーターがこの定格を超える場合は、モーター駆動用のトランジスタやMOSFETを使用する必要があります。 この例では、5Aまでの電流を扱えるダーリントントランジスタ（TIP122）を使用しました。
ICの出力は抵抗を介してトランジスタのベースに接続する必要がありますが、私の場合は1k抵抗を使っています。
Designing a PCB for the PWM DC Motor Speed Controller
さて、次にこの回路用のカスタム PCB を設計しましょう。 そのために、EasyEDA という無料のオンライン ソフトウェアを使用します。 ここでは、まず、真っ白なキャンバスに部品を検索して配置することができます。 ライブラリには何十万もの部品があるので、この PWM DC モーター スピード コントローラー回路に必要なすべての部品を見つけるのに何の問題もありませんでした。
部品を挿入したら、基板の外形を作り、部品の配置を開始する必要があります。 2 つのコンデンサーは 555 タイマーのできるだけ近くに配置する必要があり、他のコンポーネントは好きな場所に配置できますが、回路図に従った論理的な配置にします。 トラッキング ツールは非常に直感的で、簡単に操作することができます。
グラウンドに接続する必要があるコンポーネントのパッドは、Pad Properties タブでグラウンドに設定し、パッドを選択したら “Net” ラベルに GND と入力する必要があります。 また、我々は、画像ファイルを挿入することができますので、私は基板上に印刷されるように私のウェブサイトのロゴの画像を追加します。
このプロジェクトの EasyEDA プロジェクトファイルはこちらで入手できます。
設計が終わったら “Gerber output” ボタンをクリックしてプロジェクトを保存すれば、PCBの製造に使用するガーバーファイルをダウンロードすることができます。
ここで、ダウンロードしたガーバーファイルのZIPファイルをドラッグ＆ドロップします。 アップロード後、ガーバービューアーで PCB を再度確認できます。 すべてがうまくいけば、10 個の PCB を選択して、わずか 2 ドルで入手できます。
PWM DC モーター速度制御 PCB の組み立て
それでも、一週間後に PCB が届き、自分の PCB デザインを製造できたことに非常に満足していることを認めざるを得ません。
Ok では、次に PCB に部品を挿入していきます。
このサンプルに必要な部品は、以下のリンクから入手できます。
Disclosure: これらはアフィリエイトのリンクです。
最初に小さな部品、抵抗、ダイオード、コンデンサーを挿入しました。
基板を裏返してハンダ付けするときに位置が変わらないように、リード線を反対側に曲げました。
これが基板の最終的な外観で、あとはDCモーターとそれに適した電源を接続します。
12Vの高トルクDCモーターを使用し、12V程度の3.7Vリチウムイオン電池を直列接続して電源を供給しました。 ポテンショメータを使用して、DCモータの速度、または555タイマーICによって生成されるPWM信号を制御することができるようになりました。