如何使用555定时器制作直流电机PWM调速器

在本文中我们将探讨如何使用555定时器做一个直流电机的 PWM 调速器。主要涉及的内容有555定时器中PWM信号发生器电路是如何工作的?如何使用它来控制直流电机的速度和如何制作一个性化的PCB电路板。

PWM脉冲宽度调制

通俗地讲PWM就是一种通过控制输入信号宽度,实现有效信号电压的持续时间的控制方法,课本上叫脉冲宽度调制( pulse width modulation )。简单地说就是我们可以通过快速打开或关闭进入电子设备的电源来产生可变电压,平均电压取决于输入信号的占空比,即信号电压在一段时间内的打开时间与关闭时间之比。 更多信息可查阅: 什么是PWM:脉冲宽度调制

脉冲宽度调制
脉冲宽度调制

555定时器的PWM信号发生器电路

555定时器可以产生PWM信号。你可以检查我之前的文章: 555时基芯片内部框图基于LM555-简单的PWM控制电路 。下面我们通过一个555定时器工作在稳定模式下的基本电路来进一步讨论其工作原理,下图中我们可以注意到,当电容C1通过电阻R1和R2进行充电时输出是高电平状态。

PWM信号发生器电路
PWM信号发生器电路

当电容C1只通过电阻R2放电时,555 时基IC的输出很低。如果我们改变上图2、6、7脚的三个分量中的任何一个的值时,我们会得到不同的信号开和关的时间,或者在输出信号方波上得到不同的占空比。简单实现这个改变的方法就是用电位器来替换上图的R2电阻,并在电路中添加两个二极管。 如下图:

555定时器的PWM信号发生器电路
555定时器的PWM信号发生器电路

在此电路中,输出信号为高电平的时间长度取决于电阻R1、电位器靠左和电容C1,输出信号为低电平的时间取决于电容C1和电位器靠右。我们还注意到,在这个电路中,一个信号的循环周期与频率总是相同的,因为电路的总电阻在电容充电和放电时均保持不变。

555定时器的PWM信号发生器电路分压器电路
分压器电路

电路设计时,通常R1电阻值比电位器的电阻值小很多,例如,R1采用1K时,那么电位器可采用100K。这样我们就可以控制电路中99%的充放电电阻。555定时器的控制脚在电路中没有使用,可以连接一个100nF的电容到地,目的是消除外部干扰。复位引脚4,是默认低电平,因此需要把它连接到VCC,以防止不必要的复位操作。

555定时器的输出可以承载200mA的电流供负载使用,所以如果我们想控制的电机超过这个输出值,我们就需要额外使用晶体管或MOSFET来驱动电机。在这个例子中,使用了一个(TIP122)达灵顿晶体管,它可以输出高达5A的电流供负载使用。详细电路见下图:

 555定时器的PWM信号驱动电机
555定时器的PWM信号驱动电机

555电路的输出引脚需要通过一个电阻连接到晶体管TIP122的基极,在例子中,使用了1k的电阻,同时,为了防止电机产生的峰值电压对电路产生的损害,还需要使用一个二极管与电机并联。

直流电机PWM速度控制器的PCB设计

PCB的设计最简单的还是采用立创EDA,它包含了很多的官方库文件和用户库文件,对于设计这样一个简单的PCB电路板绰绰有余。本文仅做简单介绍,有兴趣的伙伴可以更深入的去了解。首先画电路原理图:

直流电机PWM速度控制器电路图
直流电机PWM速度控制器电路图

接着放着元件,并初步绘制连接电路。

直流电机PWM速度控制器电路
直流电机PWM速度控制器电路

最后给电路板覆铜。

电路板覆铜
电路板覆铜

最后,可以生成制造文件Gerber,可以找人代工出板了。下面是一些元件的数据:

R1 =  R2 = 1k ; C1 = C2 = 100nF ; D1 = D2 = D3 = 1N4004 ;电位器 = 100k ;电源12V。

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