Контроллер с "интеллектом" для мини-дрели
Л.В. Резков. г. Киев

При изготовлении печотных плат, при сверлении отверстий под выводы родио-компонетов с помощью мини-дрели типа AD-19 автору пришлось столкнуться с некоторым неудобством. Под воздействием высоких оборотов порядка 18000 об./мин сверло начинает бить и создает трудности с точным попаданием в планируемое место сверления. Приходится постоянно выполнять простую, монотонную процедуру - перед сверлением нужно выключить дрель, поставить сверло на требуемое места и затем включить дрель Предлагается автоматизировать процесс включения и выключения дрели во время сверления множества отверстий.
Принцип действия предлагаемого устройства управления мини-дрелью состоит во включении двигателя дрели на максимальные обороты только в тот момент времени, когда она получит нагрузку. Для того чтобы контроллер мог определить нарастающую нагрузку, ротор двигателя должен вращаться с небольшой скоростью (режим ожидания), когда на дрель подается небольшое напряжение. Благодаря малым оборотом пользователь дрели может спокойна установить ее в нужно? место печатной плоты. В момент, когда сверло прижимают к плате, значительно увеличивается нагрузка и возможна полная остановка вращения сверла, возрастает потребление тока двигателем дрели и контроллер переходит во второй режим работы - но дрель подается полное напряжение питания. По окончании сверления нагрузка но двигатель значительно уменьшается, автоматически уменьшаются обороты двигателя - устройство переходит в режим ожидания.
 
Но рис.1 покозона принципиольноя схема контроллера с "интеллектом"
Устройство работает следующим образом. При включении питания конденсатор С1 постепенно заряжается через резистор R5, тем самым постепенно возрастает напряжение но базе транзистора VT2 и, соответственно, напряжение, питающее двигатель мини-дрели Напряжение в режиме ожидания определяется величиной сопротивлений резисторов R5, R6 и составляет менее 1/3 напряжения питания. При таком низком напряжении ненагруженный двигатель дрели потребляет но столько малый ток, но сколько падение напряжения на датчике тока или но резисторах R1 -R4 меньше, чем 0,5 В, в то же время транзистор VT1 находится в запертом состоянии. Стоит добавить, что изменение напряжения в диапазоне 20... 100% питающего напряжений приводит к соответствующему малому изменению тока - можно принять, что ненагруженная мини-дрель независимо от напряжения потребляет такой же ток.
Сопротивление резисторов R1-R4 нужно подбирать в зависимости от конкретного типа дрели, чтобы в режиме ожидания транзистор не открывался (тогда напряжение на двигателе дрели будет меньше 1/3 напряжения питания]. Мини-дрель AD-19 потребляет в этом режиме ток около 0,2 А Экспериментальным путем было установлено, что для данного экземпляра мини-дрели сопротивление должно быть около 2,2 Ом. Для более мощной дрели фирмы Minicraft (около 100Вт) при питании от напряжения 18 В требуется сопротивление датчика порядка 0,9 Ом.
Стоит заметить, что в режиме ожидания
протекающий ток имеет значительную величину, и на транзисторе VT2 падает напряжение больше 2/3 напряжения питания. В то же время на транзисторе VT2 выделятся значительная мощность потерь В случае мини-дрели AD-19 рассеиваемая мощность составляет около 2...2,5 Вт, а в случае более мощной мини-дрели Minicroft- около 5 Вт. Из этих соображений транзистор VT2 должен размещаться на небольшом теплоотводящем радиаторе.
Как было сказано ранее, сопротивление датчика (резисторы R1 -R4) должно быть таким, чтобы
в режиме ожидания транзистор VT1 был на грани открытия. Увеличение нагрузки даже при незначительном усилии на мини-дрель при контакте с печатной платой приводит к росту тока и, тем самым, увеличению напряжения на резисторах датчика и открытию транзистора VT1 Открытый транзистор VT1 приводит к подаче на двигатель мини-дрели практически всего напряжения питания (уменьшенного только на 0,6 ..0,8 В)
Как только отверстие будет высверлено, нагрузка и ток уменьшатся, транзистор VT1 закроется, напряжение на двигателе дрели уменьшится, и устройство перейдет в режим ожидания.
Как было сказано ранее, ненагруженный электромотор дрели не зависит от напряжения и потребляет почти такой же ток. Это очень важное свойство, позволяющее функционировать данному устройству. Если бы нагрузкой контроллера не был мотор дрели, а другой вид нагрузки, устройство не смогло бы работать по описанному способу - после включения транзистора VT1 и подаче полного напряжения на нагрузку ток значительно вырос бы, и пара транзисторов VT1 и VT2 защелкнулась бы, как тиристор. Стоит признать, что такое включение транзисторов очевидно имеет свойства тиристора. Нужна также помнить, что в другом режиме работы, когда но мини-дрель подано полное напряжение питания и ток потребления значительно превышает величину тока в режиме ожидания, большая часть этого тока протекает по цепи эмиттер-база транзистора VT1. Собственно для этого транзистор VT1 должен быть мощным транзистором с допустимым током базы большим, чем рабочий ток мотора мини-дрели.
Подавляющее большинство мощных транзисторов имеют базовый ток порядке нескольких ампер и вполне подходят для применения в качестве VT1. Транзистор VT2 в принципе мог бы быть транзистором средней мощности, так кок в худшем случае (в первом режиме) на нем выделялась бы мощность 2...5 Вт В то же время в другом режиме, когда оба транзистора открыты, на них выделяется мощность менее 1 Вт. Для этого также транзистор VT1 не нуждается в радиаторе, хотя это должен быть мощный транзистор с током базы в несколько ампер.
Следует отметить, что после тестирования оказались оптимальными значения
сопротивления 1,2 кОм и 510 Ом резистора R5. При попытках изменения номиналов R5, R6 стоит помнить, что часть протекающего тока через R5 - это ток базы VT2. Ведь можно убрать резистор R6 и подобрать номинал R5 для данной дрели и конкретного экземпляра транзистора VT2 (согласно усилению по току), чтобы в режиме ожидания напряжение на двигателе дрели не превышало 1 /3 напряжения питания.
Если будет применен резистор R6 сопротивлением 510 Ом, он должен иметь запас по мощности не менее 0,5 Вт, ведь к нему во втором режиме работы тоже будет приложено практически все напряжение питания.
На рис.2 показана печатная плата, выполненная на фольгированном текстолите.
 
 Устройство не требует настройки. Чтобы минидрель при включении источника питания сразу же работала на максимальных оборотах, нужно уменьшить величину сопротивления датчика. Эта величина не может быть очень большой, так как падение напряжения на датчике превышало бы 0,6 В, и транзистор VT1 был бы постоянно включенным. Аналогично, сопротивление датчика не может быть очень малым, так кок. устройство не будет работать при незначительной нагрузке. Подбор величины сопротивления датчика нужно начинать с большего значения сопротивления R1, когда дрель длительное время работает на полных оборотах, а затем уменьшить сопротивление, впаивая параллельно резисторы R2... R4, пока напряжение не уменьшится и устройство перейдет в режим ожидания.

---