În acest tutorial vom învăța cum să realizăm un controler de viteză a motorului de curent continuu PWM utilizând circuitul integrat cu temporizator 555. Vom analiza în detaliu modul în care funcționează circuitul generator PWM cu 555 Timer PWM, cum să îl folosim pentru a controla viteza motorului de curent continuu și cum să realizăm un PCB personalizat pentru acesta.
Potem controla viteza motorului de curent continuu prin controlul tensiunii de intrare a motorului. În acest scop putem folosi PWM, sau modularea lățimii impulsurilor.
Controlul vitezei motorului de curent continuu prin PWM
PWM este o metodă prin care putem genera o tensiune variabilă prin pornirea și oprirea energiei care merge către dispozitivul electronic la o rată rapidă. Tensiunea medie depinde de ciclul de funcționare a semnalului, sau de cantitatea de timp în care semnalul este activat față de cantitatea de timp în care semnalul este dezactivat într-o singură perioadă de timp.
Circuit generator PWM cu temporizator 555
Timerul 555 este capabil să genereze un semnal PWM atunci când este configurat într-un mod astabil. În cazul în care nu sunteți familiarizați cu 555 Timer puteți verifica tutorialul meu anterior în care am explicat în detaliu ce este în interior și cum funcționează circuitul integrat 555 Timer.
Iată un circuit de bază al 555 Timer care funcționează într-un mod astabil și putem observa că ieșirea este HIGH atunci când condensatorul C1 se încarcă prin rezistențele R1 și R2.
Pe de altă parte, ieșirea circuitului integrat este LOW atunci când condensatorul C1 se descarcă, dar numai prin intermediul rezistenței R2. Așadar, putem observa că, dacă schimbăm valorile oricăreia dintre aceste trei componente, vom obține timpi de activare și dezactivare diferiți sau un ciclu de funcționare diferit al semnalului de ieșire cu undă pătrată. O modalitate ușoară și instantanee de a face acest lucru este să înlocuim rezistența R2 cu un potențiometru și să adăugăm în plus două diode în circuit.
În această configurație, timpul de pornire va depinde de rezistența R1, de partea stângă a potențiometrului și de condensatorul C1, în timp ce timpul de oprire va depinde de condensatorul C1 și de partea dreaptă a potențiometrului. Putem observa, de asemenea, că în această configurație perioada unui ciclu, deci frecvența, va fi întotdeauna aceeași, deoarece rezistența totală, în timp ce se încarcă și se descarcă, va rămâne aceeași.
De obicei, rezistența R1 este mult mai mică decât rezistența potențiometrului, de exemplu, 1K față de 100K a potențiometrului. În acest fel, avem un control de 99% asupra rezistenței de încărcare și descărcare din circuit. Pinul de control al temporizatorului 555 nu este utilizat, dar este conectat la un condensator de 100nF pentru a elimina orice zgomot extern de la acel terminal. Reinițializarea, pinul numărul 4, este activ scăzut, așa că, prin urmare, este conectat la VCC pentru a preveni orice reinițializare nedorită a ieșirii.
Sursa de ieșire a temporizatorului 555 poate absorbi sau furniza un curent de 200mA la sarcină. Deci, dacă motorul pe care dorim să îl controlăm depășește această valoare nominală, trebuie să folosim un tranzistor sau un MOSFET pentru acționarea motorului. În acest exemplu, am folosit un tranzistor Darlington (TIP122) care poate suporta un curent de până la 5A.
Sursa circuitului integrat trebuie conectată la baza tranzistorului prin intermediul unei rezistențe, iar în cazul meu am folosit o rezistență de 1k. Pentru a preveni orice vârfuri de tensiune produse de motor trebuie să folosim o diodă flyback care este conectată în paralel cu motorul.
Designing a PCB for the PWM DC Motor Speed Controller
Acum putem trece mai departe și să proiectăm un PCB personalizat pentru acest circuit. În acest scop voi folosi software-ul online gratuit EasyEDA. Aici putem începe prin a căuta și a plasa componentele pe pânza goală. Biblioteca are sute de mii de componente, așa că nu am avut nicio problemă în a găsi toate componentele necesare pentru acest circuit PWM DC Motor Speed Controller.
După inserarea componentelor trebuie să creăm conturul plăcii și să începem să aranjăm componentele. Cele două condensatoare ar trebui să fie plasate cât mai aproape posibil de temporizatorul 555, în timp ce celelalte componente pot fi plasate oriunde dorim, dar tot într-o dispunere logică în conformitate cu schema circuitului.
Utilizând instrumentul de urmărire trebuie să conectăm toate componentele. Instrumentul de urmărire este destul de intuitiv și ușor de utilizat. Putem folosi atât stratul superior, cât și stratul inferior pentru a evita încrucișările și pentru a scurta traseele.
Pad-urile componentelor care trebuie conectate la masă sunt setate la masă prin intermediul filei Pad Properties (Proprietăți pad), unde trebuie să scriem GND în eticheta „Net” (Rețea) atunci când pad-ul este selectat.
Potem folosi stratul Silk (Mătase) pentru a adăuga text pe placă. De asemenea, putem insera un fișier imagine, așa că am adăugat o imagine pe a logo-ului site-ului meu web pentru a fi imprimat pe placă. La final, folosind instrumentul zonă de cupru, trebuie să creăm zona de masă a PCB.
Puteți găsi fișierele EasyEDA ale acestui proiect aici.
După ce am terminat cu designul, trebuie doar să facem clic pe butonul „Gerber output”, să salvăm proiectul și vom putea descărca fișierele Gerber care sunt folosite pentru fabricarea PCB-ului. Putem comanda PCB-ul de la JLCPCB, care este serviciul de fabricare a PCB-urilor de la EasyEDA și, de asemenea, este sponsorul acestui videoclip.
Aici putem pur și simplu să tragem și să plasăm fișierul zip descărcat al fișierelor Gerber. După încărcare, putem examina din nou PCB-ul nostru în vizualizatorul Gerber. Dacă totul este în regulă, putem selecta până la 10 PCB-uri și să le primim pentru numai 2 dolari.
Asamblarea PCB-ului PWM DC Motor Speed Controller
Cu toate acestea, după o săptămână, PCB-urile au sosit și trebuie să recunosc că este destul de satisfăcător să ai propriul proiect de PCB fabricat. Calitatea PCB-urilor este excelentă și totul este exact la fel ca în proiect.
Ok , deci acum putem trece la inserarea componentelor pe PCB.
Puteți obține componentele necesare pentru acest exemplu din link-urile de mai jos:
- 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
- Potențiometru = 100k Ohm……………. Amazon / Banggood / AliExpress
- Transistor – Darlington TIP122………. Amazon / Banggood / AliExpress
- 2 terminale de bloc …………………………. Amazon / Banggood / AliExpress
Dezvăluiri: Acestea sunt link-uri afiliate. În calitate de asociat Amazon, câștig din achizițiile care se califică.
Prima dată am introdus componentele mai mici, rezistențele, diodele și condensatorii.
Am îndoit cablurile lor pe cealaltă parte, astfel încât să rămână în poziție atunci când întorc placa pentru lipire. În ceea ce privește componentele mai mari, am folosit o bandă adezivă pentru a le menține la locul lor atunci când întorc placa.
Iată aspectul final al plăcii și ceea ce a rămas acum este să conectez un motor de curent continuu și o sursă de alimentare adecvată pentru acesta.
Am folosit un motor de curent continuu cu cuplu mare de 12V pe care l-am alimentat folosind acolo baterii Li-ion de 3,7V conectate în serie care dau în jur de 12V. Deci, acum, folosind potențiometrul suntem capabili să controlăm viteza motorului de curent continuu, sau semnalul PWM produs de IC 555 Timer.
.