555 ШИМ-регулятор скорости двигателя постоянного тока с таймером

<основной класс="главный сайт" id="главный">

В этом уроке мы узнаем, как сделать ШИМ-регулятор скорости двигателя постоянного тока с помощью микросхемы таймера 555. Мы подробно рассмотрим, как работает схема ШИМ-генератора с таймером 555, как использовать ее для управления скоростью двигателя постоянного тока и как сделать для нее собственную печатную плату.

Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменное руководство ниже.

Обзор

Мы можем контролировать скорость двигателя постоянного тока, контролируя входное напряжение двигателя. Для этой цели мы можем использовать ШИМ или широтно-импульсную модуляцию.

ШИМ-управление скоростью двигателя постоянного тока

ШИМ — это метод, с помощью которого мы можем генерировать переменное напряжение, быстро включая и выключая питание, подаваемое на электронное устройство. Среднее напряжение зависит от рабочего цикла сигнала или количества времени, в течение которого сигнал включен, по сравнению с количеством времени, в течение которого сигнал выключен за один период времени.

Схема ШИМ-генератора таймера 555

Таймер 555 способен генерировать ШИМ-сигнал при настройке в нестабильном режиме. Если вы не знакомы с таймером 555, вы можете проверить мой предыдущий учебник, где я подробно объяснил, что внутри и как работает микросхема таймера 555.

Вот базовая схема таймера 555, работающего в нестабильном режиме, и мы можем заметить, что выход имеет ВЫСОКИЙ уровень, когда конденсатор C1 заряжается через резисторы R1 и R2.

С другой стороны, выход IC имеет НИЗКИЙ уровень, когда конденсатор C1 разряжается, но только через резистор R2. Таким образом, мы можем заметить, что если мы изменим значения любого из этих трех компонентов, мы получим разные времена включения и выключения или другой рабочий цикл прямоугольного выходного сигнала. Простой и быстрый способ сделать это — заменить резистор R2 потенциометром и дополнительно добавить в цепь два диода.

В этой конфигурации время включения будет зависеть от резистора R1, левой стороны потенциометра и конденсатора C1, а время выключения будет зависеть от конденсатора C1 и правой стороны потенциометра. Мы также можем заметить, что в этой конфигурации период одного цикла, а значит и частота, всегда будут одинаковыми, потому что общее сопротивление при зарядке и разрядке останется одним и тем же.

Обычно сопротивление R1 намного меньше сопротивления потенциометра, например, 1К по сравнению со 100К потенциометра. Таким образом, мы имеем 99% контроль над сопротивлением зарядки и разрядки в цепи. Управляющий контакт таймера 555 не используется, но он подключен к конденсатору емкостью 100 нФ, чтобы устранить любые внешние помехи от этого вывода. Сброс, контакт номер 4, имеет активный низкий уровень, поэтому он подключен к VCC, чтобы предотвратить любой нежелательный сброс выхода.

Выход таймера 555 может потреблять или подавать на нагрузку ток 200 мА. Поэтому, если двигатель, которым мы хотим управлять, превышает этот номинал, нам нужно использовать транзистор или полевой МОП-транзистор для управления двигателем. В этом примере я использовал транзистор Дарлингтона (TIP122), который может выдерживать ток до 5 А.

Выход микросхемы нужно соединить с базой транзистора через резистор, в моем случае я использовал резистор 1кОм. Для предотвращения скачков напряжения, создаваемых двигателем, необходимо использовать обратный диод, который подключается параллельно двигателю.

Разработка печатной платы для ШИМ-контроллера скорости двигателя постоянного тока

Теперь мы можем двигаться дальше и разработать собственную печатную плату для этой схемы. Для этой цели я буду использовать бесплатное онлайн-программное обеспечение EasyEDA. Здесь мы можем начать с поиска и размещения компонентов на чистом холсте. В библиотеке сотни тысяч компонентов, поэтому у меня не возникло проблем с поиском всех необходимых компонентов для этой схемы ШИМ-регулятора скорости двигателя постоянного тока.

После вставки компонентов нам нужно создать контур платы и приступить к размещению компонентов. Два конденсатора должны быть размещены как можно ближе к таймеру 555, в то время как другие компоненты могут быть размещены где угодно, но все же в логическом порядке согласно принципиальной схеме.

С помощью инструмента отслеживания нам нужно соединить все компоненты. Инструмент отслеживания довольно интуитивно понятен и с ним легко работать. Мы можем использовать как верхний, так и нижний слой, чтобы избежать пересечений и сделать пути короче.

Контактные площадки компонентов, которые должны быть подключены к заземлению, устанавливаются на заземление на вкладке Свойства контактных площадок, где нам нужно ввести GND в метку «Сеть», когда контактная площадка выбрана.

Мы можем использовать слой Шелк, чтобы добавить текст на доску. Также мы можем вставить файл изображения, поэтому я добавляю изображение логотипа моего веб-сайта для печати на доске. В конце с помощью инструмента Copper Area нам нужно создать область заземления печатной платы.

Файлы проекта EasyEDA этого проекта можно найти здесь.

Как только мы закончим с дизайном, нам просто нужно нажать кнопку «Вывод Gerber», сохранить проект, и мы сможем загрузить файлы Gerber, которые используются для изготовления печатной платы. Мы можем заказать печатную плату в компании JLCPCB, которая является службой изготовления печатных плат EasyEDA, а также является спонсором этого видео.

Здесь мы можем просто перетащить загруженный zip-файл файлов gerber. После загрузки мы можем еще раз просмотреть нашу плату в программе просмотра Gerber. Если все в порядке, мы можем выбрать до 10 печатных плат и получить их всего за 2 доллара.

Сборка платы ШИМ-контроллера скорости двигателя постоянного тока

Тем не менее, через неделю печатные платы прибыли, и я должен признать, что очень приятно иметь собственный дизайн печатной платы. Качество печатных плат отличное, все точно так же, как и в дизайне.

Итак, теперь мы можем перейти к вставке компонентов на плату.

Компоненты, необходимые для этого примера, можно получить по ссылкам ниже:

• ИС таймера NE555P……………………………
• R1 =R2 =1 кОм………………………….
• C1 =C2 =100 нФ……………………………..
• D1 =D2 =D3 =1N4004………………….
• Потенциометр =100 кОм…………….
• Транзистор – Darlington TIP122……….
• 2 блочных клемм ………………………….

Сначала я вставил меньшие компоненты, резисторы, диоды и конденсаторы.

Я согнул их выводы с другой стороны, чтобы они оставались на месте, когда я переворачиваю плату для пайки. Что касается более крупных компонентов, я использовал клейкую ленту, чтобы удерживать их на месте при переворачивании платы.

Вот окончательный вид платы и осталось подключить двигатель постоянного тока и подходящий блок питания для него.

Я использовал двигатель постоянного тока с высоким крутящим моментом 12 В, который я питал от литий-ионных аккумуляторов 3,7 В, соединенных последовательно, которые дают около 12 В. Итак, теперь с помощью потенциометра мы можем управлять скоростью двигателя постоянного тока или ШИМ-сигналом, создаваемым микросхемой таймера 555.

Надеюсь, вам понравился этот урок, и вы узнали что-то новое. Не стесняйтесь задавать любые вопросы в разделе комментариев ниже.