PWM-регулятор скорости коллекторного двигателя на таймере 555: сборка и проектирование печатной платы

Научимся делать PWM-регулятор скорости DC-двигателя на таймере 555. Разберём схему генератора ШИМ, управление двигателем и проектирование своей печатной платы (PCB).

Обзор

Скорость DC-двигателя регулируют входным напряжением. Для этого используют ШИМ (PWM).

ШИМ-управление скоростью

ШИМ — быстрое включение/выключение питания. Среднее напряжение зависит от скважности (duty cycle) — соотношения времени ВКЛ к периоду.

Схема генератора ШИМ на таймере 555

Таймер 555 в астабильном режиме выдаёт ШИМ. Базовая схема: выход HIGH пока конденсатор C1 заряжается через R1 и R2; LOW — разряжается через R2. Меняя R1, R2, C1 — меняют скважность. Удобнее: R2 заменяют на потенциометр, добавляют два диода.

Время заряда зависит от R1 + левой части потенциометра + C1. Разряда — от правой части потенциометра + C1. Суммарное сопротивление заряда/разряда постоянно → частота фиксирована, меняется только скважность.

Обычно R1 << потенциометр (например, 1 кОм против 100 кОм) → 99% контроля. Пин Control (5) на конденсаторе 100 нФ против шумов. Reset (4) — активный низкий, подтянут к VCC. Выход 555 выдаёт до 200 мА — для мощных двигателей нужен транзистор/MOSFET. Используем Дарлингтон TIP122 (до 5 А).

Выход 555 на базу через резистор (1 кОм). Диод обратного хода (фляйбэк) параллельно двигателю против пиков напряжения.

Проектирование печатной платы

Используем бесплатный EasyEDA. Размещаем компоненты на холсте, библиотека огромная — всё нашли.

Создаём контур платы, расставляем компоненты. Конденсаторы максимально близко к 555, остальные — логично по схеме.

Трассировка инструментом Track — интуитивно, используют верхний и нижний слои для избежания пересечений.

Педали GND — через Pad Properties → Net = GND. Silk-слой — надписи, логотип. Copper Area — полигон земли.

Файлы проекта EasyEDA — по ссылке. Gerber Output → скачиваем герберы, заказываем на JLCPCB (спонсор видео).

Drag-and-drop ZIP с герберами, проверка в Gerber Viewer, заказ до 10 плат за $2.

Сборка платы

Через неделю платы пришли — качество отличное, полное соответствие дизайну.

Комплектующие:

• NE555P
• R1 = R2 = 1 кОм
• C1 = C2 = 100 нФ
• D1 = D2 = D3 = 1N4004
• Потенциометр 100 кОм
• Транзистор Дарлингтон TIP122
• 2 клеммных блока

Сначала мелкие детали (резисторы, диоды, конденсаторы) — ноги гнут для удержания. Крупные — на маскирующем скотче при перевороте.

Подключают DC-двигатель (12 В, высокий момент) и питание (3 × 3.7 В Li-ion последовательно ≈ 12 В). Потенциометром регулируют скорость / ШИМ от 555.

Вопросы — в комментариях!