Neste tutorial vamos aprender como fazer um Controlador de Velocidade de Motor CC PWM usando o IC temporizador 555. Vamos dar uma olhada detalhada de como funciona o circuito gerador PWM 555 Timer, como usá-lo para controlar a velocidade do motor DC e como fazer um PCB personalizado para ele.
Podemos controlar a velocidade do motor DC controlando a tensão de entrada do motor. Para isso podemos usar PWM, ou modulação de largura de pulso.
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PWM Controle de velocidade do motor CC
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PWM é um método através do qual podemos gerar tensão variável ligando e desligando a energia que vai para o dispositivo eletrônico a uma velocidade rápida. A tensão média depende do ciclo de funcionamento do sinal, ou da quantidade de tempo que o sinal está ligado versus a quantidade de tempo que o sinal está desligado num único período de tempo.
555 Temporizador Circuito Gerador PWM
O Temporizador 555 é capaz de gerar o sinal PWM quando configurado num modo estável. Em você não está familiarizado com o Temporizador 555 você pode verificar meu tutorial anterior onde eu expliquei em detalhes o que está dentro e como o CI do Temporizador 555 funciona.
Aqui está um circuito básico do Temporizador 555 operando em modo astable e podemos notar que a saída é ALTA quando o capacitor C1 está carregando através dos resistores R1 e R2.
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Por outro lado, a saída do CI é BAIXA quando o condensador C1 está a descarregar mas apenas através da resistência R2. Assim, podemos notar que se alterarmos os valores de qualquer um destes três componentes, obteremos diferentes tempos de ON e OFF, ou diferentes ciclos de funcionamento do sinal de saída de onda quadrada. Uma maneira fácil e imediata de o fazer é substituir o resistor R2 por um potenciómetro, e adicionalmente adicionar dois díodos no circuito.
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Nesta configuração o tempo On dependerá do resistor R1, do lado esquerdo do potenciómetro e do condensador C1, enquanto o tempo Off dependerá do condensador C1 e do lado direito do potenciómetro. Também podemos notar que nesta configuração o período de um ciclo, portanto a frequência, será sempre a mesma, pois a resistência total, durante a carga e descarga, permanecerá a mesma.
Usualmente a resistência R1 é muito menor que a resistência do potenciómetro, por exemplo, 1K em comparação com 100K do potenciómetro. Desta forma temos 99% de controle sobre a resistência de carga e descarga no circuito. O pino de controlo do temporizador 555 não é utilizado, mas está ligado a um condensador 100nF, de modo a eliminar qualquer ruído externo desse terminal. O reset, pino número 4, está ativo baixo, portanto está conectado ao VCC para evitar qualquer reset indesejado da saída.
A saída do temporizador 555 pode afundar ou fornecer uma corrente de 200mA para a carga. Portanto, se o motor que queremos controlar exceder esta classificação, precisamos de usar um transistor ou um MOSFET para conduzir o motor. Neste exemplo, usei um transistor (TIP122) Darlington que pode suportar uma corrente até 5A.
A saída do IC precisa ser ligada à base do transistor através de um resistor, e no meu caso usei um resistor de 1k. Para evitar quaisquer picos de tensão produzidos pelo motor precisamos usar um diodo de retorno que é conectado em paralelo com o motor.
Desenhando um PCB para o Controlador de Velocidade do Motor PWM DC
Agora podemos avançar e desenhar um PCB personalizado para este circuito. Para isso vou utilizar o software online gratuito EasyEDA. Aqui podemos começar por procurar e colocar os componentes sobre a tela em branco. A biblioteca tem centenas de milhares de componentes, portanto não tive nenhum problema para encontrar todos os componentes necessários para este circuito controlador de velocidade do motor PWM DC.
Após inserir os componentes, precisamos criar o contorno da placa e começar a organizar os componentes. Os dois condensadores devem ser colocados o mais próximo possível do temporizador 555, enquanto os outros componentes podem ser colocados onde quisermos, mas ainda numa disposição lógica de acordo com o esquema do circuito.
Utilizando a ferramenta de rastreio precisamos de ligar todos os componentes. A ferramenta de rastreamento é bastante intuitiva e fácil de trabalhar. Podemos usar tanto a camada superior como a inferior para evitar travessias e tornar as pistas mais curtas.
Os pads dos componentes que precisam de ser ligados à Terra são definidos para Terra através da aba Propriedades do Pad, onde precisamos do tipo GND na etiqueta “Net” quando o pad é seleccionado.
Podemos usar a camada de Seda para adicionar texto à placa. Também podemos inserir um ficheiro de imagem, por isso adiciono uma imagem no logotipo do meu site para ser impressa na placa. No final usando a ferramenta área de cobre precisamos criar a área de terra da PCB.
Pode encontrar os ficheiros de projecto EasyEDA deste projecto aqui.
Após terminarmos o design só precisamos de clicar no botão “Gerber output”, salvar o projecto e poderemos fazer o download dos ficheiros Gerber que são usados para fabricar a PCB. Podemos encomendar o PCB da JLCPCB que é o serviço de fabricação de PCB do EasyEDA, e também eles são os patrocinadores deste vídeo.
Aqui podemos simplesmente arrastar e soltar o arquivo zip baixado dos arquivos gerber. Após o upload, podemos mais uma vez rever o PCB no Gerber viewer. Se tudo estiver bem, podemos então selecionar até 10 PCBs e obtê-los por apenas 2 dólares.
Montagem do PCB PWM DC Motor Speed Controller
Sem dúvida, após uma semana os PCBs chegaram e devo admitir que é bastante satisfatório ter o seu próprio design de PCB fabricado. A qualidade dos PCBs é ótima e tudo é exatamente igual ao design.
Ok , então agora podemos passar para a inserção dos componentes no PCB.
Você pode obter os componentes necessários para este exemplo nos links abaixo:
- 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
- Potenciômetro = 100k Ohm……………. Amazon / Banggood / AliExpress
- Transistor – Darlington TIP122………. Amazon / Banggood / AliExpress
- 2 Block Terminals …………………………. Amazon / Banggood / AliExpress
Disclosure: Estes são links afiliados. Como associado da Amazon eu ganho com compras qualificadas.
Primeiro eu inseri os componentes menores, os resistores, os diodos e os capacitores.
Dobri os cabos do outro lado para que eles fiquem em posição quando eu virar a placa para solda. Quanto aos componentes maiores usei uma fita adesiva para mantê-los no lugar quando virei a placa.
Aqui está o aspecto final da placa e o que resta agora é conectar um motor DC e uma fonte de alimentação adequada para ele.
Utilizei um motor DC de 12V de alto torque que alimentei usando baterias de íon-lítio de 3,7V conectadas em série que dão cerca de 12V. Assim, agora usando o potenciômetro somos capazes de controlar a velocidade do motor DC, ou o sinal PWM produzido pelo IC 555 Timer IC.
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