Регулятор скорости двигателя постоянного тока

Регулятор скорости двигателя постоянного тока изменение скорости двигателя постоянного тока является фундаментальной задачей во многих схемах приводов. В статье представлен несложный и, самое главное, «не микропроцессорный» двунаправленный регулятор скорости вращения двигателя постоянного тока с использованием метода ШИМ. Регулятор будет полезен для самостоятельных разработчиков для регулирования скорости инструментов и в устройствах, которые они собирают.

В этом устройстве потенциометр используется для регулировки скорости двигателя постоянного тока. В крайнем положениях двигатель работает на максимальной скорости в заданном направлении. Двигатель останавливается и тормозит, когда потенциометр находится в среднем положении. Изменение направления выполняется автоматически в зависимости от положения потенциометра.

В крайних положениях сигнал ШИМ имеет 100% заполнение, что обеспечивает минимальные потери при максимальной скорости. «Нулевое» положение имеет мертвую зону, что способствует остановке двигателя. Регулятор может питаться напряжением в диапазоне 8 … 30В постоянного тока, что обеспечивает взаимодействие с типовыми двигателями постоянного тока. Максимальная токовая пропускная способность регулятора составляет 2А. Принципиальная схема регулятора представлена на рисунке.

Регулятор скорости двигателя постоянного тока

Регулятор скорости двигателя постоянного тока состоит из четырех функциональных блоков:

  • ШИМ 0 … 100% генератор, управляемый напряжением на интегральной микросхеме LTC6992-1 (U1).

  • Блок обработки управляющего сигналом на микросхеме LM324 (U4)

  • Детектор направления и логическое управление драйвером двигателя 74HC00 (U2)

  • Драйвер двигателя с защитой микросхема DRV8871 (U3).

Ну и конечно источник питания схемы управления обеспечивает стабилизатор U5 LM317.Схема регулятор скорости двигателя постоянного тока основана на специализированной интегральной микросхеме DRV8871 (U3). Блок-схема привода показана на рисунке.

Блок-схема DRV8871

Он содержит все компоненты, необходимые для управления щеточным электродвигателем постоянного тока два полумоста MOSFET с низким сопротивлением и систему измерения тока двигателя, для которой не требуются внешние компоненты, логика безопасности, встроенная система защиты от перегрузки и тепловой защиты и логика управления входом.

Встроенный датчик тока двигателя не требует внешнего измерительного резистора, но все же можно изменить максимальный ток обмотки, выбрав резистор, подключенный к выводу ILim, в соответствии с формулой ILim = 64 / R8. В прототипе ток был установлен на 2А, что соответствует сопротивлению R8 около 33 к. Минимальное значение резистора было установлено на уровне 15 к. Резистор следует выбирать в зависимости от используемого двигателя. Направление вращения регулируется L / R с использованием входов IN1 / IN2.

Вид платы в сборе

Логическая схема, выполнена с использованием микросхемы U2 (74HC00), которая изменяет управление на стандарт PWM / DIR. Двухцветный светодиод указывает направление вращения и индикацию заполнения ШИМ. Компаратор на операционном усилителе U4A сравнивает напряжение от ползунка потенциометра ШИМ с опорным напряжением REF = 2,5В, генерируя внутренний сигнал DIR, определяющий направление вращения двигателя. Опорное напряжение является производным от напряжения питания 5В (стабилизированном U5) через делитель R23 / R24 и буферизуется цепь U4B. Когда заполнение сигнала ШИМ равно 0%, двигатель останавливается. ШИМ-сигнал генерируется микросхемой UC LTC6992-1, блок-схема которой показана на рисунке.

блок-схема LTC6992-1

Она содержит все блоки, необходимые для реализации генератора ШИМ с фиксированной частотой и регулируемым рабочим циклом. Опорная частота встроенного генератора устанавливается резистором, подключенным к входу SET (R1). Дополнительное деление частоты устанавливает делитель, подключенный к выводу DIV (R2 / R3). Изменение напряжения на клемме MOD в диапазоне 0 … 1В изменяет рабочий цикл в пределах 0 … 100%.

В прототипе частота генератора была установлена на уровне около 128 кГц, а степень деления на уровне 256, что дает тактовую частоту 500 Гц. Управляющий сигнал генератора ШИМ генерируется в схеме из двух дифференциальных усилителей U4C / U4D, которые отвечают за преобразование напряжения 0 … 5В от потенциометра ШИМ в управляющее напряжение MOD U1 в диапазоне 0 … 1 В.

Усилитель U4C работает для напряжения потенциометра в диапазоне 2,5 … 5В, масштабирование их до диапазона 0 … 1,7В, а U4D соответственно от 0 … 2,5В до 1,7 … 0В.  Диоды D2 и D3 добавляют напряжение к усилителям U4C / U4D и вместе с резисторами R15, R20 вводят небольшую мертвую зону в среднее положение потенциометра. Диоды D4 и D5 защищают вход MOD U1 от превышения допустимого диапазона напряжения.

Напряжение питания 5В выполнено на стабилизаторе U5 LM317 в типовом включении. Питание регулятора осуществляется через разъем PWR напряжением от 8 … 30В с мощностью, соответствующей используемому двигателю. Двигатель подключен к разъему DCM, модуль контроллера собран на двусторонней печатной плате, которая показана на рисунке.

Печатная плата регулятора

В зависимости от требуемой точности регулировки вместо обычного потенциометра (PWM) вы можете применить SIP-разъем и использовать внешний многооборотный потенциометр с сопротивлением 1 к. Микросхема U3 может быть оснащена небольшим радиатором для облегчения рассеивания тепла. Правильно собранный регулятор скорости двигателя постоянного тока, не нуждается в настройке, но стоит проверить управляющие напряжения CTRL, DIR, PWM в зависимости от положения потенциометра. Иногда стоит осознать, что даже в 21 веке не все нужно делать с помощью микроконтроллера или микропроцессора.

 

Закладка Постоянная ссылка.

Добавить комментарий