Управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью Pulse-Width Modulation (PWM)

Широтоимпульсная модуляция (PWM) или методы изменения рабочего цикла обычно используются при регулировании скорости двигателей постоянного тока. Рабочий цикл определяется как процентное отношение цифрового «высокого» к цифровому «низкому» плюс цифровая «высокая» ширина импульса в течение периода PWM. На рис. 1 показаны импульсы напряжением 5 В с рабочим циклом от 0% до 50%.

Среднее значение напряжения постоянного тока для рабочего цикла 0% равно нулю; при рабочем цикле 25 % среднее значение составляет 1,25 В (25 % от 5 В). При рабочем цикле 50 % среднее значение составляет 2,5 В, а при рабочем цикле if 75 % среднее напряжение составляет 3,75 В и так далее. Максимальный рабочий цикл может составлять 100 %, что соответствует форме сигнала постоянного тока. Таким образом, изменяя ширину импульса, мы можем изменять среднее напряжение на двигателе постоянного тока и, следовательно, его скорость.

Принципиальная схема

Схема простого регулятора скорости для мини-двигателя постоянного тока, например, используемого в магнитофонах и игрушках, показана на рис. 2.

Пояснение схемы:

Здесь инвертирующий триггер Шмитта N1 сконфигурирован как нестабильный мультивибратор с постоянным периодом, но переменным рабочим циклом. Хотя общее внутрисхемное сопротивление VR1 в течение полного цикла составляет 100 кОм, часть, используемую в положительные и отрицательные периоды каждого цикла, можно изменять, изменяя положение его скользящего контакта для получения переменной ширины импульса. Вентиль Шмитта N2 просто действует как буфер/драйвер для управления транзистором Т1 во время положительных вторжений на его базу. Таким образом, средняя амплитуда импульсов привода постоянного тока или скорость двигателя М пропорциональна настройке положения дворника потенциометра VR1. Конденсатор C2 служит накопительным конденсатором для обеспечения стабильного напряжения в схеме.

Таким образом, изменяя VR1, рабочий цикл можно изменять от 0% до 100%, а скорость двигателя от «остановленного» состояния до «полной скорости» равномерно и непрерывно. Диоды эффективно обеспечивают различные значения временного резистора во время зарядки и разрядки синхронизирующего конденсатора C1.

Период пульса или покоя приблизительно определяется следующим уравнением: Период пульса или отдыха ≈ 0,4 x C1 (Фарад) x VR1 (Ом) секунд. Здесь используйте внутрисхемное значение VR1 во время импульса или периода покоя, в зависимости от обстоятельств.

Частота останется постоянной и определяется уравнением:

Частота ≈ 2,466/(VR1.C1) ≈ 250 Гц (для VR1=100 кОм и C1=0,1 мкФ)

Рекомендуемое значение сопротивления внутри цепи должно быть больше 50 кОм, но меньше 2 МОм, while номинал конденсатора должен быть больше 100 пФ, но меньше 1 мкФ.

Более интересные проекты доступны здесь.

Эта статья была впервые опубликована 28 июня 2017 г. и обновлена 23 июля 2019 г.