555 Timer PWM DC-Motordrehzahlregler

In diesem Tutorial lernen wir, wie man einen PWM-DC-Motordrehzahlregler mit dem 555-Timer-IC herstellt. Wir werden einen detaillierten Blick darauf werfen, wie die 555 Timer PWM-Generatorschaltung funktioniert, wie man sie zur Steuerung der Drehzahl des Gleichstrommotors verwendet und wie man eine benutzerdefinierte Leiterplatte dafür herstellt.

Sie können sich das folgende Video ansehen oder das schriftliche Tutorial unten lesen.

Übersicht

Wir können die Geschwindigkeit des Gleichstrommotors steuern, indem wir die Eingangsspannung des Motors steuern. Zu diesem Zweck können wir PWM oder Pulsweitenmodulation verwenden.

PWM-DC-Motordrehzahlregelung

PWM ist eine Methode, mit der wir eine variable Spannung erzeugen können, indem wir die Stromversorgung des elektronischen Geräts schnell ein- und ausschalten. Die durchschnittliche Spannung hängt von der Einschaltdauer des Signals ab, oder von der Zeitdauer, während der das Signal eingeschaltet ist, im Vergleich zur Zeitdauer, während der das Signal ausgeschaltet ist, in einem einzelnen Zeitraum.

555 Timer-PWM-Generatorschaltung

Der 555 Timer ist in der Lage, ein PWM-Signal zu erzeugen, wenn er in einem stabilen Modus eingerichtet ist. Wenn Sie mit dem 555-Timer nicht vertraut sind, können Sie mein vorheriges Tutorial lesen, in dem ich ausführlich erklärt habe, was drin ist und wie der 555-Timer-IC funktioniert.

Hier ist eine Grundschaltung des 555-Timers, der in einem stabilen Modus arbeitet, und wir können feststellen, dass der Ausgang HIGH ist, wenn der Kondensator C1 über die Widerstände R1 und R2 aufgeladen wird.

Andererseits ist der Ausgang des IC LOW, wenn sich der Kondensator C1 entlädt, jedoch nur über den Widerstand R2. Wir können also feststellen, dass wir unterschiedliche EIN- und AUS-Zeiten oder unterschiedliche Tastverhältnisse des Rechteckwellen-Ausgangssignals erhalten, wenn wir die Werte einer dieser drei Komponenten ändern. Eine einfache und schnelle Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, den R2-Widerstand durch ein Potentiometer zu ersetzen und zusätzlich zwei Dioden in der Schaltung hinzuzufügen.

In dieser Konfiguration hängt die Einschaltzeit vom Widerstand R1, der linken Seite des Potentiometers und dem Kondensator C1 ab, während die Ausschaltzeit vom Kondensator C1 und der rechten Seite des Potentiometers abhängt. Wir können auch feststellen, dass bei dieser Konfiguration die Periode eines Zyklus, also die Frequenz, immer gleich ist, weil der Gesamtwiderstand beim Laden und Entladen gleich bleibt.

Normalerweise ist der R1-Widerstand viel kleiner als der Widerstand des Potentiometers, zum Beispiel 1K im Vergleich zu 100K des Potentiometers. Auf diese Weise haben wir 99 % Kontrolle über den Lade- und Entladewiderstand in der Schaltung. Der Steuerstift des 555-Timers wird nicht verwendet, ist aber mit einem 100-nF-Kondensator verbunden, um externes Rauschen von diesem Anschluss zu eliminieren. Der Reset, Pin Nummer 4, ist aktiv niedrig und wird daher mit VCC verbunden, um ein unerwünschtes Zurücksetzen des Ausgangs zu verhindern.

Der Ausgang des 555-Timers kann einen Strom von 200 mA zur Last aufnehmen oder liefern. Wenn also der Motor, den wir steuern möchten, diese Nennleistung überschreitet, müssen wir einen Transistor oder einen MOSFET zum Antreiben des Motors verwenden. In diesem Beispiel habe ich einen (TIP122) Darlington-Transistor verwendet, der einen Strom von bis zu 5A verarbeiten kann.

Der Ausgang des IC muss über einen Widerstand mit der Basis des Transistors verbunden werden, und in meinem Fall habe ich einen 1k-Widerstand verwendet. Um vom Motor erzeugte Spannungsspitzen zu verhindern, müssen wir eine Flyback-Diode verwenden, die parallel zum Motor geschaltet wird.

Design einer Leiterplatte für den PWM-DC-Motordrehzahlregler

Jetzt können wir weitermachen und eine benutzerdefinierte Leiterplatte für diese Schaltung entwerfen. Zu diesem Zweck verwende ich die kostenlose Online-Software EasyEDA. Hier können wir damit beginnen, die Komponenten zu suchen und auf der leeren Leinwand zu platzieren. Die Bibliothek enthält Hunderttausende von Komponenten, sodass ich keine Probleme hatte, alle erforderlichen Komponenten für diese PWM-DC-Motordrehzahlreglerschaltung zu finden.

Nach dem Einfügen der Komponenten müssen wir den Platinenumriss erstellen und mit der Anordnung der Komponenten beginnen. Die beiden Kondensatoren sollten so nah wie möglich am 555 Timer platziert werden, während die anderen Komponenten beliebig platziert werden können, aber immer noch in einer logischen Anordnung gemäß dem Schaltplan.

Mit dem Tracking-Tool müssen wir alle Komponenten verbinden. Das Tracking-Tool ist recht intuitiv und einfach zu bedienen. Wir können sowohl die obere als auch die untere Schicht verwenden, um Kreuzungen zu vermeiden und die Spuren zu verkürzen.

Die Pads der Komponenten, die mit Ground verbunden werden müssen, werden über die Registerkarte Pad Properties auf Ground gesetzt, wo wir GND in das Label „Net“ eingeben müssen, wenn das Pad ausgewählt ist.

Wir können die Silk-Ebene verwenden, um der Tafel Text hinzuzufügen. Wir können auch eine Bilddatei einfügen, also füge ich ein Bild meines Website-Logos hinzu, das auf die Tafel gedruckt werden soll. Am Ende müssen wir mit dem Kupferflächenwerkzeug die Massefläche der Leiterplatte erstellen.

Die EasyEDA-Projektdateien dieses Projekts finden Sie hier.

Sobald wir mit dem Design fertig sind, müssen wir nur noch auf die Schaltfläche „Gerber-Ausgabe“ klicken, das Projekt speichern und wir können die Gerber-Dateien herunterladen, die zur Herstellung der Leiterplatte verwendet werden. Wir können die Leiterplatte bei JLCPCB bestellen, dem Leiterplattenherstellungsservice von EasyEDA, und sie sind auch der Sponsor dieses Videos.

Hier können wir die heruntergeladene ZIP-Datei der Gerber-Dateien einfach per Drag &Drop ziehen. Nach dem Hochladen können wir unser PCB noch einmal im Gerber-Viewer begutachten. Wenn alles in Ordnung ist, können wir dann bis zu 10 Leiterplatten auswählen und sie für nur 2 Dollar bekommen.

Montage der Leiterplatte des PWM-DC-Motordrehzahlreglers

Nichtsdestotrotz sind die Leiterplatten nach einer Woche angekommen und ich muss zugeben, dass es sehr befriedigend ist, sein eigenes Leiterplattendesign herstellen zu lassen. Die Qualität der Leiterplatten ist großartig und alles ist genau so wie im Design.

Ok, jetzt können wir mit dem Einsetzen der Komponenten auf die Leiterplatte fortfahren.

Die für dieses Beispiel benötigten Komponenten erhalten Sie über die folgenden Links:

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

Zuerst habe ich die kleineren Bauteile eingefügt, die Widerstände, die Dioden und die Kondensatoren.

Ich habe ihre Leitungen auf der anderen Seite gebogen, damit sie in Position bleiben, wenn ich die Platine zum Löten umdrehe. Was die größeren Komponenten betrifft, habe ich ein Abdeckband verwendet, um sie beim Umdrehen der Platine an Ort und Stelle zu halten.

Hier ist das endgültige Aussehen der Platine und jetzt müssen nur noch ein Gleichstrommotor und eine geeignete Stromversorgung dafür angeschlossen werden.

Ich habe einen 12-V-Gleichstrommotor mit hohem Drehmoment verwendet, den ich mit in Reihe geschalteten 3,7-V-Li-Ion-Batterien betrieben habe, die etwa 12 V liefern. Mit dem Potentiometer können wir also jetzt die Geschwindigkeit des Gleichstrommotors oder das vom 555 Timer IC erzeugte PWM-Signal steuern.

Ich hoffe, Ihnen hat dieses Tutorial gefallen und Sie haben etwas Neues gelernt. Fühlen Sie sich frei, Fragen im Kommentarbereich unten zu stellen.