555 Timer PWM DC-motorsnelheidsregelaar

In deze tutorial zullen we leren hoe je een PWM DC Motor Speed ​​Controller kunt maken met behulp van de 555 Timer IC. We zullen gedetailleerd bekijken hoe het 555 Timer PWM-generatorcircuit werkt, hoe het te gebruiken voor het regelen van de snelheid van de DC-motor en hoe u er een aangepaste PCB voor kunt maken.

Je kunt de volgende video bekijken of de schriftelijke tutorial hieronder lezen.

Overzicht

We kunnen de snelheid van de DC-motor regelen door de ingangsspanning van de motor te regelen. Voor dat doel kunnen we PWM of pulsbreedtemodulatie gebruiken.

PWM DC-motorsnelheidsregeling

PWM is een methode waarmee we variabele spanning kunnen genereren door de stroom die naar het elektronische apparaat gaat in een hoog tempo in en uit te schakelen. De gemiddelde spanning hangt af van de duty-cycle van het signaal, of de hoeveelheid tijd dat het signaal AAN is versus de tijd dat het signaal UIT is in een enkele tijdsperiode.

555 Timer PWM-generatorcircuit

De 555 Timer is in staat om PWM-signaal te genereren wanneer deze in een astabiele modus is ingesteld. Als je niet bekend bent met de 555 Timer, kun je mijn vorige tutorial bekijken, waar ik in detail heb uitgelegd wat erin zit en hoe de 555 Timer IC werkt.

Hier is een basisschakeling van de 555 Timer die in een stabiele modus werkt en we kunnen zien dat de output HOOG is wanneer de condensator C1 wordt opgeladen via de weerstanden R1 en R2.

Aan de andere kant is de uitgang van het IC LAAG wanneer de condensator C1 ontlaadt, maar alleen via de weerstand R2. We kunnen dus opmerken dat als we de waarden van een van deze drie componenten veranderen, we verschillende AAN- en UIT-tijden krijgen, of een verschillende werkcyclus van het blokgolfuitgangssignaal. Een gemakkelijke en directe manier om dit te doen, is door de R2-weerstand te vervangen door een potentiometer en bovendien twee diodes in het circuit toe te voegen.

In deze configuratie zal de aan-tijd afhangen van de weerstand R1, de linkerkant van de potentiometer en de condensator C1, terwijl de uit-tijd zal afhangen van de condensator C1 en de rechterkant van de potentiometer. We kunnen ook zien dat in deze configuratie de periode van één cyclus, dus de frequentie, altijd hetzelfde zal zijn, omdat de totale weerstand, tijdens het laden en ontladen, hetzelfde blijft.

Meestal is de weerstand R1 veel kleiner dan de weerstand van de potentiometer, bijvoorbeeld 1K vergeleken met 100K van de potentiometer. Op die manier hebben we 99% controle over de laad- en ontlaadweerstand in het circuit. De controlepin van de 555 Timer wordt niet gebruikt, maar is verbonden met een 100nF-condensator om externe ruis van die terminal te elimineren. De reset, pin nummer 4, is laag actief en is daarom verbonden met VCC om een ​​ongewenste reset van de uitgang te voorkomen.

De uitgang van de 555-timer kan een stroom van 200 mA naar de belasting laten zinken of leveren. Dus als de motor die we willen besturen deze classificatie overschrijdt, moeten we een transistor of een MOSFET gebruiken om de motor aan te drijven. In dit voorbeeld heb ik een (TIP122) Darlington-transistor gebruikt die een stroomsterkte tot 5A aankan.

De uitgang van het IC moet via een weerstand met de basis van de transistor worden verbonden, en in mijn geval gebruikte ik een weerstand van 1k. Om spanningspieken die door de motor worden veroorzaakt te voorkomen, moeten we een flyback-diode gebruiken die parallel met de motor is geschakeld.

Een PCB ontwerpen voor de PWM DC Motor Speed ​​Controller

Nu kunnen we verder gaan en een aangepaste PCB voor dit circuit ontwerpen. Hiervoor gebruik ik de gratis online software van EasyEDA. Hier kunnen we beginnen met het zoeken en plaatsen van de componenten op het lege canvas. De bibliotheek heeft honderdduizenden componenten, dus ik had geen enkel probleem om alle vereiste componenten voor dit PWM DC Motor Speed ​​Controller-circuit te vinden.

Na het invoegen van de componenten moeten we de omtrek van het bord maken en beginnen met het rangschikken van de componenten. De twee condensatoren moeten zo dicht mogelijk bij de 555 Timer worden geplaatst, terwijl de andere componenten kunnen worden geplaatst waar we willen, maar nog steeds in een logische opstelling volgens het schakelschema.

Met behulp van de trackingtool moeten we alle componenten met elkaar verbinden. De trackingtool is vrij intuïtief en gemakkelijk om mee te werken. We kunnen zowel de bovenste als de onderste laag gebruiken om kruisingen te vermijden en de sporen korter te maken.

De pads van de componenten die op Ground moeten worden aangesloten, worden ingesteld op Ground via het tabblad Pad Properties, waar we GND moeten typen in het label "Net" wanneer de pad is geselecteerd.

We kunnen de Silk-laag gebruiken om tekst aan het bord toe te voegen. We kunnen ook een afbeeldingsbestand invoegen, dus ik voeg een afbeelding toe aan het logo van mijn website om op het bord te worden afgedrukt. Aan het einde met behulp van het koperen gebiedsgereedschap moeten we het aardoppervlak van de PCB maken.

Je vindt de EasyEDA-projectbestanden van dit project hier.

Als we klaar zijn met het ontwerp, hoeven we alleen maar op de knop "Gerber-uitvoer" te klikken, het project op te slaan en we kunnen de Gerber-bestanden downloaden die worden gebruikt om de PCB te vervaardigen. We kunnen de PCB bestellen bij JLCPCB, de PCB-fabricageservice van EasyEDA, en zij zijn ook de sponsor van deze video.

Hier kunnen we eenvoudig het gedownloade zip-bestand van de gerber-bestanden slepen en neerzetten. Na het uploaden kunnen we PCB opnieuw bekijken in de Gerber-viewer. Als alles in orde is, kunnen we tot 10 PCB's selecteren en ze krijgen voor slechts 2 dollar.

Montage van de PWM DC Motor Speed ​​Controller PCB

Toch zijn de PCB's na een week binnen en ik moet toegeven dat het best bevredigend is om je eigen PCB-ontwerp te laten maken. De kwaliteit van de PCB's is geweldig en alles is precies hetzelfde als in het ontwerp.

Oké, nu kunnen we verder gaan met het plaatsen van de componenten op de printplaat.

U kunt de benodigde componenten voor dit voorbeeld vinden via de onderstaande links:

• NE555P Timer-IC………………………………
• R1 =  R2 =1k Ohm………………………….
• C1 =C2 =100nF…………………………..
• D1 =D2 =D3 =1N4004…………………….
• Potentiometer =100k Ohm……………….
• Transistor – Darlington TIP122………….
• 2 blokklemmen ………………………….

Eerst plaatste ik de kleinere componenten, de weerstanden, de diodes en de condensatoren.

Ik heb hun draden aan de andere kant gebogen, zodat ze op hun plaats blijven als ik het bord omdraai om te solderen. Wat de grotere componenten betreft, heb ik plakband gebruikt om ze op hun plaats te houden bij het omdraaien van het bord.

Hier is het uiteindelijke uiterlijk van het bord en wat nu overblijft is om een ​​DC-motor en een geschikte voeding ervoor aan te sluiten.

Ik gebruikte een 12V DC-motor met hoog koppel die ik aandreef met behulp van in serie geschakelde 3.7V Li-ion-batterijen die ongeveer 12V geven. Dus nu we de potentiometer gebruiken, kunnen we de snelheid van de DC-motor regelen, of het PWM-signaal dat wordt geproduceerd door de 555 Timer IC.

Ik hoop dat je deze tutorial leuk vond en iets nieuws hebt geleerd. Stel gerust een vraag in de opmerkingen hieronder.