In deze tutorial leren we hoe we een PWM DC Motor Speed Controller kunnen maken met behulp van de 555 Timer IC. We zullen in detail bekijken hoe de 555 Timer PWM-generatorschakeling werkt, hoe we deze kunnen gebruiken om de snelheid van een DC-motor te regelen en hoe we er een aangepaste printplaat voor kunnen maken.
We kunnen de snelheid van de DC-motor regelen door de ingangsspanning van de motor te regelen. Voor dat doel kunnen we PWM gebruiken, of pulsbreedtemodulatie.
PWM DC Motor Speed Control
PWM is een methode waarmee we variabele spanning kunnen opwekken door de stroom die naar het elektronische apparaat gaat in een snel tempo aan en uit te schakelen. De gemiddelde spanning hangt af van de duty cycle van het signaal, of de hoeveelheid tijd dat het signaal AAN is tegenover de hoeveelheid tijd dat het signaal UIT is in een enkele tijdsperiode.
555 Timer PWM Generator Circuit
De 555 Timer is in staat om een PWM-signaal op te wekken wanneer hij in een astabiele modus wordt gezet. Als u niet bekend bent met de 555 Timer, kunt u mijn vorige tutorial bekijken waarin ik in detail heb uitgelegd wat er in het 555 Timer IC zit en hoe het werkt.
Hier ziet u een basisschakeling van de 555 Timer die in een astabiele modus werkt en we kunnen opmerken dat de uitgang HOOG is als de condensator C1 wordt opgeladen door de weerstanden R1 en R2.
Aan de andere kant is de uitgang van het IC LAAG wanneer de condensator C1 ontlaadt, maar alleen via de weerstand R2. We kunnen dus zien dat als we de waarden van een van deze drie componenten veranderen, we verschillende AAN- en UIT-tijden krijgen, of een verschillende duty cycle van het blokgolf uitgangssignaal. Een eenvoudige en directe manier om dit te doen is de weerstand R2 te vervangen door een potentiometer, en bovendien twee diodes in de schakeling toe te voegen.
In deze configuratie zal de Aan-tijd afhangen van de weerstand R1, de linkerkant van de potentiometer en de condensator C1, terwijl de Uit-tijd zal afhangen van de condensator C1 en de rechterkant van de potentiometer. We kunnen ook opmerken dat in deze configuratie de periode van één cyclus, dus de frequentie, altijd gelijk zal zijn, omdat de totale weerstand, tijdens het laden en ontladen, gelijk zal blijven.
Over het algemeen is de weerstand van R1 veel kleiner dan de weerstand van de potentiometer, bijvoorbeeld 1K vergeleken met 100K van de potentiometer. Op die manier hebben we 99% controle over de oplaad- en ontlaadweerstand in de schakeling. De besturingspen van de 555 Timer wordt niet gebruikt, maar is verbonden met een condensator van 100nF om eventuele externe ruis van die aansluiting te elimineren. De reset, pen nummer 4, is actief laag en is daarom verbonden met VCC om een ongewenste reset van de uitgang te voorkomen.
De uitgang van de 555 timer kan een stroom van 200mA naar de belasting zinken of afleiden. Als de motor die we willen aansturen deze waarde overschrijdt, moeten we dus een transistor of een MOSFET gebruiken om de motor aan te sturen. In dit voorbeeld heb ik een (TIP122) Darlington-transistor gebruikt, die een stroom tot 5 A aankan.
De uitgang van het IC moet via een weerstand worden verbonden met de basis van de transistor, en in mijn geval heb ik een weerstand van 1k gebruikt. Om spanningspieken te voorkomen die door de motor worden veroorzaakt, moeten we een flyback diode gebruiken die parallel met de motor wordt aangesloten.
Ontwerpen van een PCB voor de PWM DC Motor Speed Controller
Nu kunnen we verder gaan en een aangepaste PCB ontwerpen voor deze schakeling. Voor dat doel zal ik de gratis online software EasyEDA gebruiken. Hier kunnen we beginnen met het zoeken en plaatsen van de componenten op het blanco canvas. De bibliotheek bevat honderdduizenden componenten, dus ik had geen probleem om alle benodigde componenten voor deze PWM DC Motor Speed Controller schakeling te vinden.
Nadat we de componenten hebben geplaatst, moeten we het schema van de printplaat maken en beginnen met het plaatsen van de componenten. De twee condensatoren moeten zo dicht mogelijk bij de 555 Timer worden geplaatst, terwijl de andere componenten kunnen worden geplaatst waar we maar willen, maar nog steeds in een logische rangschikking volgens het schakelschema.
Met behulp van de tracking tool moeten we alle componenten aansluiten. Het volggereedschap is vrij intuïtief en gemakkelijk om mee te werken. We kunnen zowel de bovenste als de onderste laag gebruiken om kruisingen te vermijden en de sporen korter te maken.
De pads van de componenten die met aarde moeten worden verbonden, worden op aarde gezet via het tabblad Pad Properties, waar we GND moeten typen in het label “Net” wanneer de pad is geselecteerd.
We kunnen de Zijde-laag gebruiken om tekst toe te voegen aan het bord. Ook kunnen we een afbeelding invoegen, dus ik voeg een afbeelding toe van mijn website logo om op de printplaat te printen. Aan het eind kunnen we met de copper area tool het grondvlak van de PCB maken.
U kunt de EasyEDA projectbestanden van dit project hier vinden.
Als we klaar zijn met het ontwerp hoeven we alleen maar op de knop “Gerber output” te klikken, het project op te slaan en we zullen in staat zijn om de Gerber-bestanden te downloaden die worden gebruikt om de PCB te fabriceren. We kunnen de PCB bestellen bij JLCPCB, de PCB-fabricagedienst van EasyEDA, en zij zijn ook de sponsor van deze video.
Hier kunnen we gewoon het gedownloade zip-bestand met de gerber-bestanden slepen en neerzetten. Na het uploaden kunnen we nogmaals onze PCB bekijken in de Gerber viewer. Als alles in orde is kunnen we dan tot 10 PCBs selecteren en ze krijgen voor slechts 2 dollar.
De PWM DC Motor Speed Controller PCB in elkaar zetten
Nog steeds na een week zijn de PCBs aangekomen en ik moet toegeven dat het heel bevredigend is om je eigen PCB-ontwerp te laten maken. De kwaliteit van de PCBs is geweldig en alles is precies hetzelfde als in het ontwerp.
Ok , dus nu kunnen we overgaan tot het plaatsen van de componenten op de PCB.
U kunt de componenten die nodig zijn voor dit voorbeeld van de onderstaande links:
- 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
- Potentiometer = 100k Ohm……………. Amazon / Banggood / AliExpress
- Transistor – Darlington TIP122………. Amazon / Banggood / AliExpress
- 2 Blokaansluitingen …………………………. Amazon / Banggood / AliExpress
Disclosure: Dit zijn affiliate links. Als Amazon Associate verdien ik aan gekwalificeerde aankopen.
Eerst heb ik de kleinere componenten, de weerstanden, de diodes en de condensatoren geplaatst.
Ik heb hun draden aan de andere kant gebogen zodat ze op hun plaats blijven wanneer ik de printplaat omdraai om te solderen. Voor de grotere componenten heb ik afplaktape gebruikt om ze op hun plaats te houden bij het omdraaien van de printplaat.
Hier ziet de printplaat er nu definitief uit en wat nu nog moet gebeuren is het aansluiten van een gelijkstroommotor en een geschikte voeding daarvoor.
Ik heb een gelijkstroommotor met een hoog koppel van 12 V gebruikt die ik heb gevoed met in serie geschakelde Li-ionbatterijen van 3,7 V, die ongeveer 12 V geven. Met de potentiometer kunnen we nu de snelheid van de gelijkstroommotor regelen, of het PWM-signaal dat door het 555 timer-IC wordt geproduceerd.
