3 enkle DC Motor Speed ​​Controller kredsløb forklaret

Et kredsløb, der gør det muligt for en bruger at lineært styre hastigheden på en tilsluttet motor ved at dreje et tilsluttet potentiometer kaldes et motorhastighedsreguleringskredsløb.

Her præsenteres 3 let at bygge hastighedsreguleringskredsløb til jævnstrømsmotorer, den ene bruger MOSFET IRF540, den anden bruger IC 555 og den tredje koncept med IC 556 med drejningsmomentbehandling.

Design nr. 1: Mosfet-baseret DC Motor Speed ​​Controller

Et meget sejt og let DC-motorhastighedsregulator kredsløb kunne bygges ved hjælp af en enkelt mosfet, en modstand og en gryde, som vist nedenfor:

Brug af en BJT Emitter Follower

Som det kan ses, er mosfet rigget som en kilde-tilhænger eller en fælles dræningstilstand, for at lære mere om denne konfiguration kan du henvis til dette indlæg , som diskuterer en BJT-version, er arbejdsprincippet ikke desto mindre det samme.

I ovenstående DC-motor controller design skaber pottejusteringen en varierende potentialeforskel over mosfetporten, og mosfetens kildestift følger simpelthen værdien af ​​denne potentialeforskel og justerer spændingen over motoren i overensstemmelse hermed.

Det indebærer, at kilden altid vil være 4 eller 5V bagud på portens spænding og variere op / ned med denne forskel og præsentere en varierende spænding mellem 2V og 7V over motoren.

Når portens spænding er omkring 7V, vil kildestiften levere minimum 2V til motoren, hvilket forårsager en meget langsom drejning på motoren, og 7V vil være tilgængelig over kildestiften, når pottejusteringen genererer den fulde 12V over porten til mosfet.

Her kan vi tydeligt se, at mosfet-kildestiften ser ud til at 'følge' porten og dermed navnet kildefølger.

Dette sker, fordi forskellen mellem porten og mosfets kildestift altid skal være omkring 5V for at gøre det muligt for mosfet at lede sig optimalt.

Under alle omstændigheder hjælper ovenstående konfiguration med at håndhæve en jævn hastighedskontrol på motoren, og designet kunne bygges ret billigt.

En BJT kunne også bruges i stedet for mosfet, og faktisk ville en BJT producere et højere kontrolområde på ca. 1V til 12V over motoren.

Video-demo

Når det kommer til at styre motorhastigheden ensartet og effektivt, bliver en PWM-baseret controller den ideelle mulighed, her vil vi lære mere om et simpelt kredsløb til at gennemføre denne operation.

Design nr. 2: PWM DC-motorstyring med IC 555

Designet af en simpel motorhastighedsregulator, der bruger PWM, kan forstås som følger:
Oprindeligt når kredsløbet er tændt, er udløsertappen i en logisk lav position, da kondensatoren C1 ikke er opladet.

Ovennævnte betingelser initierer svingningscyklussen, hvilket gør outputændringen til en logik høj.
Et højt output tvinger nu kondensatoren til at oplade via D2.

Når du når et spændingsniveau, der er 2/3 af forsyningen, pin nr. 6, som er tærsklen for IC-udløsere.
Øjeblikket pin nr. 6 udløser, pin nr. 3 og pin nr. 7 vender tilbage til logisk lav.

Når pin nr. 3 er lav, begynder C1 igen at aflade via D1, og når spændingen over C1 falder under det niveau, der er 1/3 af forsyningsspændingen, bliver pin nr. 3 og pin nr. 7 igen høj, hvilket får cyklen til at følge og fortsæt med at gentage.

Det er interessant at bemærke, at C1 har to diskret indstillede stier til opladning og afladning via dioderne D1, D2 og gennem modstandsarmene indstillet af hhv. Potten.

Det betyder, at summen af ​​modstandene, som C1 støder på under opladning og afladning, forbliver den samme, uanset hvordan puljen er indstillet, derfor forbliver bølgelængden af ​​den udlagte puls altid den samme.

Da opladnings- eller afladningstidsperioderne imidlertid afhænger af modstandsværdien, der opstår i deres stier, indstiller potten diskret disse tidsperioder i henhold til dens justeringer.

Da opladnings- og afladningstidsperioderne er direkte forbundet med udgangsforbrugscyklussen, varierer det alt efter justeringen af ​​puljen og giver form til de tilsigtede varierende PWM-impulser ved udgangen.

Det gennemsnitlige resultat af mærke / rumforholdet giver anledning til PWM-output, som igen styrer motorens DC-hastighed.

PWM-impulser tilføres til en mosfets port, der reagerer og styrer den tilsluttede motorstrøm som reaktion på indstillingen af ​​potten.

Det aktuelle niveau gennem motoren bestemmer hastigheden og implementerer således den styrende effekt via puljen.

Frekvensen af ​​output fra IC kan beregnes med formlen:

F = 1,44 (VR1 * C1)

Mosfet kan vælges i henhold til kravet eller belastningsstrømmen.

Kredsløbsdiagrammet for den foreslåede DC-motorhastighedsregulator kan ses nedenfor:

Prototype:

Bevis for videotest:

I ovenstående videoklip kan vi se, hvordan det IC 555-baserede design bruges til at kontrollere hastigheden på en DC-motor. Som du kan være vidne til, selvom pæren fungerer perfekt som reaktion på PWM'erne og varierer dens intensitet fra minimum glød til maksimal lav, ikke.

Motoren reagerer oprindeligt ikke på de smalle PWM'er, men starter snarere med et ryk, efter at PWM'erne er justeret til betydeligt højere pulsbredder.

Dette betyder ikke, at kredsløbet har problemer, det er fordi jævnstrømsmotorankeret holdes tæt mellem et par magneter. For at starte en start skal ankeret springe sin rotation hen over magnetens to poler, hvilket ikke kan ske med en langsom og blid bevægelse. Det skal starte med et stød.

Det er præcis, hvorfor motoren oprindeligt kræver en højere justering af PWM, og når rotationen er startet, får armaturet noget kinetisk energi, og nu opnås langsommere hastighed gennem mulige PWM'er.

Det kan dog stadig være umuligt at få rotation til en knap bevægende langsom status af samme grund som forklaret ovenfor.

Jeg prøvede mit bedste for at forbedre responsen og opnå en langsomst mulig PWM-kontrol ved at foretage et par ændringer i det første diagram som vist nedenfor:

Når det er sagt, kunne motoren vise en bedre kontrol på de langsommere niveauer, hvis motoren er fastgjort eller fastspændt med en belastning gennem gear eller remskivesystem.

Dette kan ske, fordi lasten fungerer som dæmper og hjælper med at give en kontrolleret bevægelse under de langsommere hastighedsjusteringer.

Design nr. 3: Brug af IC 556 til forbedret hastighedskontrol

Varierer en jævnstrømsmotorhastighed kan synes at være ikke så vanskelige, og du kan finde masser af kredsløb til det.

Disse kredsløb garanterer dog ikke ensartede drejningsmomentniveauer ved lavere motorhastigheder, hvilket gør funktionen ganske ineffektiv.

Desuden ved meget lave hastigheder på grund af utilstrækkeligt drejningsmoment, har motoren en tendens til at gå i stå.

En anden alvorlig ulempe er, at der ikke er nogen motoromvendt funktion inkluderet i disse kredsløb.

Det foreslåede kredsløb er helt fri for ovenstående mangler og er i stand til at generere og opretholde høje momentniveauer selv ved lavest mulige hastigheder.

Kredsløb

Før vi diskuterer det foreslåede PWM-motorstyringskredsløb, vil vi også lære det enklere alternativ, som ikke er så effektivt. Ikke desto mindre kan det betragtes som rimeligt godt, så længe belastningen over motoren ikke er høj, og så længe hastigheden ikke reduceres til minimumsniveauer.

Figuren viser, hvordan en enkelt 556 IC kan bruges til at styre hastigheden på en tilsluttet motor, vi går ikke i detaljerne, den eneste bemærkelsesværdige ulempe ved denne konfiguration er, at drejningsmomentet er direkte proportionalt med motorens hastighed.

Vender tilbage til det foreslåede design med kredsløb med højt momenthastighedsregulator, her har vi brugt to 555 IC'er i stedet for en eller rettere en enkelt IC 556, der indeholder to 555 IC'er i en pakke.

Kredsløbsdiagram

Hovedtræk

Kort foreslået DC motor controller indeholder følgende interessante funktioner:

Hastigheden kan varieres kontinuerligt lige fra nul til maksimum uden at gå i stå.

Momentet påvirkes aldrig af hastighedsniveauerne og forbliver konstant selv ved minimale hastighedsniveauer.

Motorrotationen kan vendes eller vendes inden for en brøkdel af et sekund.

Hastigheden er variabel i begge retninger af motorens rotation.

De to 555 IC'er er tildelt med to separate funktioner. Et afsnit er konfigureret som en astabel multivibrator, der genererer 100 Hz firkantbølgeforhold, der føres til den foregående 555 sektion inde i pakken.

Ovenstående frekvens er ansvarlig for at bestemme frekvensen af ​​PWM.

Transistoren BC 557 bruges som en konstant strømkilde, der holder den tilstødende kondensator ved sin samlerarm opladet.

Dette udvikler en savtandspænding på tværs af ovennævnte kondensator, som sammenlignes inde i 556 IC med prøvespændingen påført eksternt over den viste pin-out.

Prøvespændingen gælder eksternt kan udledes fra et simpelt 0-12V strømforsyningskredsløb med variabel spænding.

Denne varierende spænding på 556 IC bruges til at variere PWM for impulser ved udgangen, og som til sidst bruges til hastighedsregulering af den tilsluttede motor.

Omskifteren S1 bruges til øjeblikkeligt at vende motorretningen, når det er nødvendigt.

Liste over dele

• R1, R2, R6 = 1K,
• R3 = 150K,
• R4, R5 = 150 ohm,
• R7, R8, R9, R10 = 470 ohm,
• C1 = 0,1 uF,
• C2, C3 = 0,01 uF,
• C4 = 1uF / 25VT1,
• T2 = TIP122,
• T3, T4 = TIP127
• T5 = BC557,
• T6, T7 = BC547,
• D1 --- D4 = 1N5408,
• Z1 = 4V7 400mW
• IC1 = 556,
• S1 = SPDT vippekontakt

Ovenstående kredsløb blev inspireret af det følgende motordriverkredsløb, der blev offentliggjort langt tilbage i elektronisk magasin Indien.

Styring af motormoment ved hjælp af IC 555

Det første motorstyringsdiagram kan forenkles meget ved hjælp af en DPDT-switch til motoromvendt drift og ved hjælp af en emitterfølger-transistor til implementering af hastighedskontrol, som vist nedenfor:

Precision Motor Control ved hjælp af en enkelt op forstærker

En ekstremt raffineret eller indviklet kontrol af en d.c. motor kunne opnås ved hjælp af en op-amp og en tacho-generator. Op-amp er rigget som en spændingsfølsom switch. I kredsløbet vist nedenfor, så snart udgangssignalet fra tacho-generatoren er lavere end den forudindstillede referencespænding, slås koblingstransistoren TIL, og motoren får 100% effekt.

Skiftehandling af op-forstærkeren ville ske i blot et par millivolt omkring referencespændingen. Du får brug for en dobbelt strømforsyning, som måske bare er zenerstabiliseret.

Denne motorcontroller muliggør trinløs justerbar rækkevidde uden at involvere nogen form for mekaniske besvær.

Op-amp-output er kun +/- 10% af forsyningsskinnernes niveau, hvorved der anvendes en dobbelt emitter-tilhænger, kunne enorme motorhastigheder kontrolleres.

Referencespændingen kunne fastgøres gennem termistorer eller en LDR osv. Den eksperimentelle opsætning, der er angivet i kredsløbsdiagrammet, brugte en RCA 3047A op-forstærker og en 0,25W 6V motor som tacho-generator, som genererede omkring 4V ved 13000 o / min i den tilsigtede feedback.