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 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.
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.
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.
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.
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.