3 가지 간단한 DC 모터 속도 컨트롤러 회로 설명

사용자가 부착 된 전위차계를 회전시켜 연결된 모터의 속도를 선형 적으로 제어 할 수있는 회로를 모터 속도 컨트롤러 회로라고합니다.

DC 모터 용으로 구축하기 쉬운 3 개의 속도 컨트롤러 회로가 여기에 나와 있습니다. 하나는 MOSFET IRF540을 사용하고, 두 번째는 IC 555를 사용하고, 세 번째는 토크 처리 기능을 갖춘 IC 556을 사용하는 개념입니다.

디자인 # 1 : Mosfet 기반 DC 모터 속도 컨트롤러

매우 시원하고 쉬운 DC 모터 속도 컨트롤러 회로는 아래와 같이 단일 MOSFET, 저항 및 포트를 사용하여 구축 할 수 있습니다.

BJT 이미 터 팔로워 사용

보시다시피 MOSFET은 소스 팔로워 또는 공통 드레인 모드로 조작됩니다.이 구성에 대해 자세히 알아 보려면 이 게시물을 참조 , BJT 버전을 논의하지만 작동 원리는 동일하게 유지됩니다.

위의 DC 모터 컨트롤러 설계에서 포트 조정은 MOSFET의 게이트에 다양한 전위차를 생성하고 MOSFET의 소스 핀은 단순히이 전위차의 값을 따르고 그에 따라 모터의 전압을 조정합니다.

이는 소스가 항상 게이트 전압보다 4V 또는 5V 지연되고이 차이로 인해 증가 / 감소하여 모터 전체에 걸쳐 2V에서 7V 사이의 다양한 전압을 제공함을 의미합니다.

게이트 전압이 약 7V 일 때 소스 핀은 모터에 최소 2V를 공급하여 모터에서 매우 느린 스핀을 일으키며, 포트 조정이 게이트에서 전체 12V를 생성하면 소스 핀에서 7V를 사용할 수 있습니다. mosfet.

여기서 우리는 mosfet 소스 핀이 게이트를 '따르는'것처럼 보이므로 소스 팔로워라는 이름을 분명히 볼 수 있습니다.

이는 MOSFET이 최적으로 작동 할 수 있도록 MOSFET의 게이트와 소스 핀 간의 차이가 항상 약 5V 여야하기 때문에 발생합니다.

어쨌든 위의 구성은 모터의 원활한 속도 제어를 강화하는 데 도움이되며 설계를 상당히 저렴하게 만들 수 있습니다.

MOSFET 대신 BJT를 사용할 수도 있으며 실제로 BJT는 모터 전체에서 약 1V ~ 12V의 더 높은 제어 범위를 생성합니다.

비디오 데모

모터 속도를 균일하고 효율적으로 제어 할 때 PWM 기반 컨트롤러가 이상적인 옵션이됩니다. 여기서는이 작업을 구현하는 간단한 회로에 대해 자세히 알아 봅니다.

디자인 # 2 : IC 555를 사용한 PWM DC 모터 제어

PWM을 사용하는 간단한 모터 속도 컨트롤러의 설계는 다음과 같이 이해 될 수 있습니다.
처음에 회로에 전원이 공급되면 커패시터 C1이 충전되지 않았기 때문에 트리거 핀은 로직 로우 위치에 있습니다.

위의 조건은 발진주기를 시작하여 출력을 로직 하이로 변경합니다.
출력이 높으면 커패시터가 D2를 통해 충전됩니다.

전원의 2/3 인 전압 레벨에 도달하면 IC의 임계 값 인 6 번 핀이 트리거됩니다.
핀 # 6이 트리거되는 순간, 핀 # 3 및 핀 # 7은 로직 로우로 되돌아갑니다.

핀 # 3이 로우 일 때 C1은 다시 D1을 통해 방전을 시작하고, C1의 전압이 공급 전압의 1/3 인 레벨 아래로 떨어지면 핀 # 3과 핀 # 7이 다시 높아져 사이클이 뒤 따릅니다. 그리고 계속 반복하십시오.

흥미로운 점은 C1에는 다이오드 D1, D2를 통한 충전 및 방전 과정과 포트에 의해 각각 설정된 저항 암을 통해 두 개의 개별적으로 설정된 경로가 있습니다.

이는 충전 및 방전 중에 C1에 의해 발생하는 저항의 합이 포트 설정에 관계없이 동일하게 유지되므로 출력 펄스의 파장이 항상 동일하게 유지됨을 의미합니다.

그러나 충전 또는 방전 기간은 경로에서 발생하는 저항 값에 따라 달라 지므로 팟은 조정에 따라 이러한 기간을 개별적으로 설정합니다.

충전 및 방전 시간 기간은 출력 듀티 사이클과 직접 연결되기 때문에 포트의 조정에 따라 달라 지므로 출력에서 ​​의도 한 다양한 PWM 펄스 형태를 제공합니다.

마크 / 스페이스 비율의 평균 결과는 모터의 DC 속도를 제어하는 ​​PWM 출력을 발생시킵니다.

PWM 펄스는 포트 설정에 응답하여 연결된 모터 전류에 반응하고 제어하는 ​​MOSFET의 게이트에 공급됩니다.

모터를 통과하는 전류 레벨이 속도를 결정하므로 포트를 통해 제어 효과를 구현합니다.

IC의 출력 주파수는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.

F = 1.44 (VR1 * C1)

MOSFET은 요구 사항 또는 부하 전류에 따라 선택할 수 있습니다.

제안 된 DC 모터 속도 컨트롤러의 회로도는 아래에서 볼 수 있습니다.

원기:

비디오 테스트 증명 :

위의 비디오 클립에서 우리는 DC 모터의 속도를 제어하기 위해 IC 555 기반 설계가 어떻게 사용되는지 볼 수 있습니다. 보시다시피 전구는 PWM에 반응하여 완벽하게 작동하고 최소 글로우에서 최대 로우까지 강도를 다양하게하지만 모터는 그렇지 않습니다.

모터는 초기에 좁은 PWM에 응답하지 않고 PWM이 훨씬 더 높은 펄스 폭으로 조정 된 후 저크로 시작됩니다.

이것은 회로에 문제가 있음을 의미하는 것이 아니라 DC 모터 전기자가 한 쌍의 자석 사이에 단단히 고정되어 있기 때문입니다. 시작을 시작하려면 아마추어가 자석의 두 극을 가로 질러 회전해야합니다. 이는 느리고 부드러운 움직임으로는 발생할 수 없습니다. 추진력으로 시작해야합니다.

이것이 바로 모터가 처음에 PWM에 대해 더 높은 조정을 필요로하는 이유이며 일단 회전이 시작되면 아마추어가 약간의 운동 에너지를 얻고 이제 더 좁은 PWM을 통해 더 느린 속도를 달성 할 수있게됩니다.

그러나 위에서 설명한 것과 같은 이유로 인해 회전을 간신히 느린 상태로 만드는 것은 불가능할 수 있습니다.

아래에 표시된대로 첫 번째 다이어그램에서 몇 가지 수정을 수행하여 응답을 개선하고 가능한 가장 느린 PWM 제어를 달성하기 위해 최선을 다했습니다.

그러나 모터가 기어 또는 풀리 시스템을 통해 부하로 연결되거나 묶여 있으면 모터가 느린 수준에서 더 나은 제어를 보여줄 수 있습니다.

이는 부하가 댐퍼 역할을하고 느린 속도 조정 중에 제어 된 움직임을 제공하는 데 도움이되기 때문에 발생할 수 있습니다.

디자인 # 3 : 향상된 속도 제어를 위해 IC 556 사용

DC 모터 속도 변경 그렇게 어렵지 않은 것처럼 보일 수 있으며 많은 회로를 찾을 수 있습니다.

그러나 이러한 회로는 낮은 모터 속도에서 일관된 토크 수준을 보장하지 않으므로 기능이 매우 비효율적입니다.

또한 토크가 부족하여 매우 낮은 속도에서는 모터가 정지하는 경향이 있습니다.

또 다른 심각한 단점은 이러한 회로에 모터 반전 기능이 포함되어 있지 않다는 것입니다.

제안 된 회로는 위의 단점에서 완전히 자유롭고 가능한 최저 속도에서도 높은 토크 수준을 생성하고 유지할 수 있습니다.

회로 작동

제안 된 PWM 모터 컨트롤러 회로를 논의하기 전에 그다지 효율적이지 않은 더 간단한 대안을 배우고 싶을 것입니다. 그럼에도 불구하고 모터의 부하가 높지 않고 속도가 최소 수준으로 감소하지 않는 한 합리적으로 좋은 것으로 간주 될 수 있습니다.

그림은 연결된 모터의 속도를 제어하기 위해 단일 556 IC를 사용할 수있는 방법을 보여줍니다. 자세한 내용은 다루지 않겠습니다.이 구성의 유일한 단점은 토크가 모터 속도에 정비례한다는 것입니다.

제안 된 고 토크 속도 컨트롤러 회로 설계로 돌아가서, 여기서는 하나의 패키지에 두 개의 555 IC를 포함하는 하나의 IC 556 대신 두 개의 555 IC를 사용했습니다.

회로도

주요 특징

간단히 제안 DC 모터 컨트롤러 다음과 같은 흥미로운 기능이 포함됩니다.

속도는 실속없이 0에서 최대까지 지속적으로 변경할 수 있습니다.

토크는 속도 수준의 영향을받지 않으며 최소 속도 수준에서도 일정하게 유지됩니다.

모터 회전은 몇 초 안에 뒤집 히거나 반전 될 수 있습니다.

속도는 모터 회전의 양방향으로 가변적입니다.

두 555 IC 두 개의 별도 기능이 할당됩니다. 한 섹션은 패키지 내부의 이전 555 섹션에 공급되는 100Hz 구형파 클록을 생성하는 불안정한 멀티 바이브레이터로 구성됩니다.

위의 주파수는 PWM의 주파수를 결정하는 역할을합니다.

트랜지스터 BC 557은 콜렉터 암에서 인접한 커패시터를 충전 상태로 유지하는 정전류 소스로 사용됩니다.

이것은 위의 커패시터에 톱니 전압을 발생 시키며, 이는 556 IC 내부에서 표시된 핀아웃을 통해 외부에서 적용된 샘플 전압과 비교됩니다.

외부에서 적용되는 샘플 전압은 간단한 0-12V 가변 전압 전원 공급 장치 회로에서 파생 될 수 있습니다.

556 IC에 적용되는이 가변 전압은 출력에서 ​​펄스의 PWM을 변경하는 데 사용되며 결국 연결된 모터의 속도 조절에 사용됩니다.

스위치 S1은 필요할 때마다 즉시 모터 방향을 바꾸는 데 사용됩니다.

부품 목록

• R1, R2, R6 = 1K,
• R3 = 150K,
• R4, R5 = 150 옴,
• R7, R8, R9, R10 = 470 옴,
• C1 = 0.1uF,
• C2, C3 = 0.01uF,
• C4 = 1uF / 25VT1,
• T2 = TIP122,
• T3, T4 = TIP127
• T5 = BC557,
• T6, T7 = BC547,
• D1 --- D4 = 1N5408,
• Z1 = 4V7 400mW
• IC1 = 556,
• S1 = SPDT 토글 스위치

위의 회로는 elecktor electronic India 매거진에 오랫동안 게재 된 다음 모터 드라이버 회로에서 영감을 받았습니다.

IC 555를 사용하여 모터 토크 제어

첫 번째 모터 제어 다이어그램은 모터 반전 작동을 위해 DPDT 스위치를 사용하고 속도 제어 구현을 위해 이미 터 팔로워 트랜지스터를 사용함으로써 훨씬 단순화 될 수 있습니다.

단일 연산 증폭기를 사용한 정밀 모터 제어

DC의 매우 정교하거나 복잡한 제어. op-amp와 tacho-generator를 사용하여 모터를 얻을 수 있습니다. 연산 증폭기는 전압에 민감한 스위치로 조작됩니다. 아래 설명 된 회로에서 타코 발생기의 출력이 미리 설정된 기준 전압보다 낮아지면 스위칭 트랜지스터가 켜지고 100 % 전력이 모터에 공급됩니다.

연산 증폭기의 스위칭 동작은 기준 전압 주변에서 불과 몇 밀리 볼트에서 발생합니다. 제너가 안정화 된 이중 전원 공급 장치가 필요합니다.

이 모터 컨트롤러는 어떤 형태의 기계적 번거 로움없이 무한 조정 가능한 범위를 가능하게합니다.

연산 증폭기 출력은 공급 레일 레벨의 +/- 10 %에 불과하므로 이중 이미 터 팔로워를 사용하면 엄청난 모터 속도를 제어 할 수 있습니다.

기준 전압은 서미스터 또는 LDR 등을 통해 고정 될 수 있습니다. 회로도에 표시된 실험 설정은 RCA 3047A 연산 증폭기와 0.25W 6V 모터를 사용하여 13000rpm에서 약 4V를 생성했습니다. 의도 된 피드백.