I den här handledningen lär vi oss hur man gör en PWM DC Motor Speed Controller med hjälp av 555 Timer IC. Vi kommer att ta en detaljerad titt på hur 555 Timer PWM-generatorkretsen fungerar, hur man använder den för att styra DC-motorns hastighet och hur man gör ett anpassat PCB för den.
Vi kan styra DC-motorns hastighet genom att styra motorns ingångsspänning. För det ändamålet kan vi använda PWM, eller pulsbreddsmodulering.
PWM DC-motorns hastighetsreglering
PWM är en metod genom vilken vi kan generera en variabel spänning genom att slå på och stänga av strömmen som går till den elektroniska enheten i en snabb takt. Den genomsnittliga spänningen beror på signalens arbetscykel, eller hur lång tid signalen är på jämfört med hur lång tid signalen är avstängd under en enda tidsperiod.
555 Timer PWM Generator Circuit
555 Timer kan generera PWM-signaler när den är inställd i ett astabilt läge. Om du inte är bekant med 555 Timer kan du kolla in min tidigare handledning där jag förklarade i detalj vad som finns inuti och hur 555 Timer IC fungerar.
Här är en grundläggande krets av 555 Timer som fungerar i ett astabilt läge och vi kan märka att utgången är HÖG när kondensatorn C1 laddas genom motstånden R1 och R2.
Å andra sidan är IC:s utgång LOW när kondensatorn C1 urladdas, men endast genom motståndet R2. Vi kan alltså konstatera att om vi ändrar värdena för någon av dessa tre komponenter kommer vi att få olika ON- och OFF-tider, eller olika duty cycle för fyrkantsvågens utsignal. Ett enkelt och omedelbart sätt att göra detta är att ersätta motståndet R2 med en potentiometer och dessutom lägga till två dioder i kretsen.
I den här konfigurationen kommer påslagstiden att bero på motståndet R1, potentiometerns vänstra sida och kondensatorn C1, medan avstängningstiden kommer att bero på kondensatorn C1 och potentiometerns högra sida. Vi kan också notera att i denna konfiguration kommer perioden för en cykel, alltså frekvensen, alltid att vara densamma, eftersom det totala motståndet, under laddning och urladdning, förblir detsamma.
Svårt är R1-motståndet mycket mindre än potentiometerns motstånd, t.ex. 1K jämfört med 100K för potentiometern. På så sätt har vi 99 % kontroll över laddnings- och urladdningsmotståndet i kretsen. Kontrollstiftet på 555 Timer används inte utan det är anslutet till en 100nF-kondensator för att eliminera allt externt brus från den terminalen. Återställningen, stift nummer 4, är aktiv låg så därför är den ansluten till VCC för att förhindra en oönskad återställning av utgången.
Utgången från 555-timern kan sänka eller ge en ström på 200 mA till belastningen. Så om den motor som vi vill styra överskrider detta värde måste vi använda en transistor eller en MOSFET för att driva motorn. I det här exemplet använde jag en (TIP122) Darlington-transistor som kan hantera en ström på upp till 5A.
Utgången från IC:n måste anslutas till basen av transistorn genom ett motstånd, och i mitt fall använde jag ett motstånd på 1k. För att förhindra eventuella spänningsspikar som produceras av motorn måste vi använda en flybackdiod som är ansluten parallellt med motorn.
Design av ett PCB för PWM DC Motor Speed Controller
Nu kan vi gå vidare och designa ett anpassat PCB för den här kretsen. För det ändamålet kommer jag att använda den kostnadsfria onlinemjukvaran EasyEDA. Här kan vi börja med att söka och placera komponenterna på den tomma duken. Biblioteket har hundratusentals komponenter så jag hade inga problem med att hitta alla nödvändiga komponenter för den här PWM DC Motor Speed Controller-kretsen.
När vi har satt in komponenterna måste vi skapa kretskortets kontur och börja arrangera komponenterna. De två kondensatorerna ska placeras så nära 555 Timer som möjligt, medan de andra komponenterna kan placeras var vi vill, men ändå i ett logiskt arrangemang enligt kretsschemat.
Med hjälp av spårningsverktyget måste vi ansluta alla komponenter. Spårningsverktyget är ganska intuitivt och lätt att arbeta med. Vi kan använda både det övre och det undre lagret för att undvika korsningar och göra spåren kortare.
Pads för de komponenter som måste anslutas till jord sätts till jord via fliken Pad Properties, där vi behöver skriva GND i etiketten ”Net” när padet är markerat.
Vi kan använda Silk-lagret för att lägga till text till kortet. Vi kan också infoga en bildfil, så jag lägger till en bild av logotypen för min webbplats som ska skrivas ut på brädan. I slutet använder vi verktyget för kopparområdet för att skapa jordområdet på kretskortet.
Du kan hitta EasyEDA-projektfilerna för det här projektet här.
När vi är färdiga med konstruktionen behöver vi bara klicka på knappen ”Gerber output” (Gerber-utgång), spara projektet och vi kommer att kunna ladda ner Gerber-filerna som används för att tillverka kretskortet. Vi kan beställa PCB:n från JLCPCB som är EasyEDA:s PCB-tillverkningstjänst, och de är också sponsor för denna video.
Här kan vi helt enkelt dra och släppa den nedladdade zip-filen med Gerber-filerna. Efter uppladdning kan vi återigen granska PCB:n i Gerbervisaren. Om allt är bra kan vi sedan välja upp till 10 kretskort och få dem för endast 2 dollar.
Montering av PWM DC Motor Speed Controller PCB
Nu har ändå kretskorten anlänt efter en vecka och jag måste erkänna att det är ganska tillfredsställande att få sin egen kretskortskonstruktion tillverkad. Kretskortens kvalitet är bra och allt är exakt likadant som i designen.
Ok , så nu kan vi gå vidare med att sätta in komponenterna på kretskortet.
Du kan skaffa de komponenter som behövs för det här exemplet från länkarna nedan:
- 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 blockterminaler …………………………. Amazon / Banggood / AliExpress
Oppenbargörande: Dessa är affilierade länkar. Som Amazon Associate tjänar jag på kvalificerade köp.
Först satte jag in de mindre komponenterna, motstånden, dioderna och kondensatorerna.
Jag böjde deras ledningar på andra sidan så att de håller sig på plats när jag vänder kortet för lödning. När det gäller de större komponenterna använde jag maskeringstejp för att hålla dem på plats när jag vänder kortet.
Här är det slutliga utseendet på kortet och det som återstår nu är att ansluta en likströmsmotor och en lämplig strömförsörjning för den.
Jag använde mig av en 12 V likströmsmotor med högt vridmoment som jag drev med hjälp av 3,7 V Li-ion-batterier som är seriekopplade och som ger ca 12 V. Med hjälp av potentiometern kan vi nu styra DC-motorns hastighet eller PWM-signalen som produceras av 555 Timer IC.
