Шим контроллер для электродвигателя 12в своими руками
Обновлено: 05.07.2024
Всем здравствуйте. В этой статье описывается простой контроллер, который можно использовать по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для управления в диапазоне от 0 до 100% скорости вращения двигателя постоянного тока при напряжении питания 12В и потреблении тока до 5А или яркости галогенных, или обычных ламп с напряжением питания 12В и потребляемой мощностью до 50 Вт и т. д. Принципиальная схема регулятора мощности приведена на рисунке.
Регулятор состоит из генератора импульсов собранный на таймере CMOS 7555 (IO1), каскада на транзисторах T1 и T2 и ключевого транзистора N-MOSFET T3. Таймер IO1 включен как стабильный одновибратор, в котором конденсатор таймера C1 периодически заряжается и разряжается через резистор (или потенциометр) R1 и диоды D3 и D4 двоичным сигналом с выхода 3 IO1. Напряжение на C1 находится в диапазоне от одной трети до двух третей напряжения питания IO1.
Когда бегунок потенциометра R1 находится в левом положении (у катода D3), C1 быстро заряжается через диод D3 при высоком логическом уровне сигнала на выходе 3 таймера IO1, а затем медленно разряжается через диод D4. Таким образом, высокий уровень присутствует на выходе 3 I01 очень короткое время, а низкий уровень почти весь период генерации. Таким образом, импульсный цикл на выходе 3 IO1 почти равен нулю (0%).
И наоборот, когда бегунок триммера R1 находится в правом положении (на аноде D4), C1 медленно заряжается через D3 и R1 при высоком уровне сигнала на выходе 3 IO1, а затем быстро разряжается через D4 при низком уровне на выходе 3 IO1. Таким образом, высокий уровень находится на выходе 3 I01 почти всю длительность периода колебаний, а низкий уровень очень короткое время. И получаем, импульсный цикл на выходе 3 IO1 почти равен единице (100%).
В среднем положении бегунка потенциометра R1 зарядка и разрядка конденсатора C1 занимают одинаковое время, так что чередование импульсов равно половине (50%). Частота импульсов составляет около 53 Гц и практически не меняется при изменении положения потенциометра R1.
Импульсы с выхода 3 IO1 могут сразу поданы на переключающий транзистор T3. Однако таймер IO1 имеет значительное выходное сопротивление (порядка сотен Ом), поэтому фронты сигнала на управляющем электроде G T3 с большой входной емкостью (порядка единиц нф) не будут крутыми, изменения состояния транзистора и он сильно разогреется. Для уменьшения выходного сопротивления источника импульсного сигнала, которым управляется транзистор T3, между выходами 3 IO1 и G T3 установлен эмиттерный повторитель на транзисторах T1 и T2.
Повторитель имеет выходное сопротивление порядка единиц ом и способен выдать достаточный ток для управления (до сотен мА) транзистора T3. R2 предотвращает спонтанные радиочастотные помехи инвертора и транзистора T3, стабилитрон D6 защищает транзистор T3 от возможного перенапряжения. T3 защищен от перегрузки по току быстродействующим предохранителем F. При резистивной нагрузке его можно рассчитать на ток до 10А в среднем стоит установить на 5А.
Чтобы предотвратить скачки напряжения на коллекторе во время индукционной нагрузки транзистора T3, между коллектором и положительным полюсом источника питания (т.е. параллельно нагрузке) подключен диод D2, через который ток течет от нагрузки обратно к источнику питания после закрытия T3. Подстроечный резистор R1 может непрерывно регулировать импульсный цикл и мощность, подаваемую на нагрузку, от 0 до 100%. Регулятор собран на односторонней печатной плате, представленной на рисунке.
Регулировать напряжение питания мощных потребителей удобно с помощью регуляторов с широтно-импульсной модуляцией. Преимущество таких регуляторов заключается в том, что выходной транзистор работает в ключевом режиме, а значить имеет два состояния - открытое или закрытое. Известно, что наибольший нагрев транзистора происходит в полуоткрытом состоянии, что приводит к необходимости устанавливать его на радиатор большой площади и спасать его от перегрева.
Предлагаю простую схему ШИМ регулятора. Питается устройство от источника постоянного напряжения 12В. При указанном экземпляре транзистора, выдерживает ток до 10А.
Рассмотрим работу устройства: На транзисторах VT1 и VT2 собран мультивибратор с регулируемой скважностью импульсов. Частота следования импульсов около 7кГц. С коллектора транзистора VT2 импульсы поступают на ключевой транзистор VT3, который управляет нагрузкой. Скважность регулируется переменным резистором R4. При крайнем левом положении движка этого резистора, см. верхнюю диаграмму, импульсы на выходе устройства узкие, что свидетельствует о минимальной выходной мощности регулятора. При крайнем правом положении, см. нижнюю диаграмму, импульсы широкие, регулятор работает на полную мощность.
Диаграмма работы ШИМ в КТ1
С помощью данного регулятора можно управлять бытовыми лампами накаливания на 12 В, двигателем постоянного тока с изолированным корпусом. В случае применения регулятора в автомобиле, где минус соединён с корпусом, подключение следует выполнять через p-n-p транзистор, как показано на рисунке.
Детали: В генераторе могут работать практически любые низкочастотные транзисторы, например КТ315, КТ3102. Ключевой транзистор IRF3205, IRF9530. Транзистор p-n-p П210 заменим на КТ825, при этом нагрузку можно подключать на ток до 20А!
Варианты включения ШИМ регулятора
И в заключении следует сказать, что данный регулятор работает в моей машине с двигателем обогрева салона уже более двух лет.
Внимание! Перед тем как создавать тему на форуме, воспользуйтесь поиском! Пользователь создавший тему, которая уже была, будет немедленно забанен! Читайте правила названия тем. Пользователи создавшие тему с непонятными заголовками, к примеру: "Помогите, Схема, Резистор, Хелп и т.п." также будут заблокированны навсегда. Пользователь создавший тему не по разделу форума будет немедленно забанен! Уважайте форум, и вас также будут уважать!
Подскажите пожалуйста схемку шим регулятора для управления коллектроным двигателем. (типа автомобильного стартера).
Как понимаю 555 и мосфеты в паралель или не прокатит?
Такой не пойдет. Только на выходе помошнее несколько транзисторов поставить если?
Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)
Спасибо.
Я тут посмотрел по схемам везде даже на 30-50А ставят по 4-8 шт транзисторов. Которые якобы и 1шт должны держать 50А.
| QUOTE (derba @ Mar 6 2014, 06:31 PM) |
| Такой слабоват, выходной ток у 555 всего 200 ма. Медленно будет закрываться транзистор, что даст много динамических потерь. Лучше поставить UC3844. |
derba Подскажите, пожалуйста, такую схему включения UC3844, чтобы можно было без обратной связи регулировать плавно скважность.
Все мозги сломал - ничего придумать не получилось, пришлось сначала идти проверенным путем на TL494, а потом и вовсе на STM32F102 запилил генератор с регулироемой скважностью, но это не очень непрактично.
Заранее благодарю.
Кстати вру, было решение несуразное какое-то слегка: дифцепочка с выхода 3844 на обратную связь, совершенно не понравилась работа, зависит от нагрузки/питания и прочего.
Ну а ТС, если все же 555 решили попробовать, то действительно драйвер не помешает между выходом таймера и затвором(рами).
150-200 ампер.. Первая схема для таких целей явно не подходит. Никаких защит по току, по переполюсовке, по проседающему напряжению, а оно обязательно просядет под такими токами, что приведёт к выгоранию ключевых транзисторов. К таким токам надо подходить серьёзнее.
999, могу порекомендовать поискать более надёжную схему на форуме "electrotransport" (не реклама).
Типа такого пойдет?
Или вот с защитой уже по току.
Мне интересно вот если взять с запасом транзисторов на 300-400а то они выдержат пусковой ток мотора который 150 потребляет?
Я про защиту по току надо ли она ?
собирал эту схему нормально работает. источник ,только здесь реализована не защита, а ограничение тока
999, защита по току предпочтительнее. Она исключит выгорание полевых транзисторов от КЗ на двигателе, например. Можно, конечно, обойтись и предохранителем, но время его срабатывания оставляет желать лучшего. Заметьте, что все схемы питаются от 24-х вольт. Вы уверены, что при стартовых токах напряжение на плате не просядет ниже 9 вольт? В противном случае работа схемы на больших токах будет не стабильна. Стоит только раз открыться полевым транзисторам не полностью под большой нагрузкой - и они выгорят.
Ещё один нюанс при покупке силовых ключей - стараться брать все максимально похожие (из одной партии) дабы свести к минимуму перекос токов. Дорожки платы, через которые будут коммутироваться большие токи, желательно дублировать медными жилами, припаяными вдоль этих дорожек.
Простейшая схема управления двигателем постоянного тока состоит из полевого транзистора, на затвор которого подается ШИМ сигнал. Транзистор в данной схеме выполняет роль электронного ключа, коммутирующего один из выводов двигателя на землю. Транзистор открывается на момент длительности импульса.
Как будет вести себя двигатель в таком включении? Если частота ШИМ сигнала будет низкой (единицы Гц), то двигатель будет поворачиваться рывками. Это будет особенно заметно при маленьком коэффициенте заполнения ШИМ сигнала.
При частоте в сотни Гц мотор будет вращаться непрерывно и его скорость вращения будет изменяться пропорционально коэффициенту заполнения. Грубо говоря, двигатель будет "воспринимать" среднее значение подводимой к нему энергии.
Существует много схем для генерации ШИМ сигнала. Одна из самых простых - это схема на основе 555-го таймера. Она требует минимум компонентов, не нуждается в настройке и собирается за один час.
Напряжение питания схемы VCC может быть в диапазоне 5 - 16 Вольт. В качестве диодов VD1 - VD3 можно взять практически любые диоды.
Если интересно разобраться, как работает эта схема, нужно обратиться к блок схеме 555-го таймера. Таймер состоит из делителя напряжения, двух компараторов, триггера, ключа с открытым коллектором и выходного буфера.
Вывод питания (VCC) и сброса (Reset) у нас заведены на плюс питания, допустим, +5 В, а земляной (GND) на минус. Открытый коллектор транзистора (вывод DISCH) подтянут к плюсу питания через резистор и с него снимается ШИМ сигнал. Вывод CONT не используется, к нему подключен конденсатор. Выводы компараторов THRES и TRIG объединены и подключены к RC цепочке, состоящей из переменного резистора, двух диодов и конденсатора. Средний вывод переменного резистора подключен к выводу OUT. Крайние выводы резистора подключены через диоды к конденсатору, который вторым выводом подключен к земле. Благодаря такому включению диодов, конденсатор заряжается через одну часть переменного резистора, а разряжается через другую.
В момент включения питания на выводе OUT низкий логический уровень, тогда на выводах THRES и TRIG, благодаря диоду VD2, тоже будет низкий уровень. Верхний компаратор переключит выход в ноль, а нижний в единицу. На выходе триггера установится нулевой уровень (потому что у него инвертор на выходе), транзисторный ключ закроется, а на выводе OUT установиться высокий уровень (потому что у него на инвертор на входе). Далее конденсатор С3 начнет заряжаться через диод VD1. Когда она зарядится до определенного уровня, нижний компаратор переключится в ноль, а затем верхний компаратор переключит выход в единицу. На выходе триггера установится единичный уровень, транзисторный ключ откроется, а на выводе OUT установится низкий уровень. Конденсатор C3 начнет разряжаться через диод VD2, до тех пор, пока полностью не разрядится и компараторы не переключат триггер в другое состояние. Далее цикл будет повторяться.
Приблизительную частоту ШИМ сигнала, формируемого этой схемой, можно рассчитать по следующей формуле:
где R1 в омах, C1 в фарадах.
При номиналах указанных на схеме выше, частота ШИМ сигнала будет равна:
F = 1.44/(50000*0.0000001) = 288 Гц.
Объединим две представленные выше схемы, и мы получим простую схему регулятора оборотов двигателя постоянного тока, которую можно применить для управления оборотами двигателя игрушки, робота, микродрели и т.д.
VT1 - полевой транзистор n-типа, способный выдерживать максимальный ток двигателя при заданном напряжении и нагрузке на валу. VCC1 от 5 до 16 В, VCC2 больше или равно VCC1.
Вместо полевого транзистора можно использовать биполярный n-p-n транзистор, транзистор дарлингтона, оптореле соответствующей мощности.
Читайте также: