基于555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)的直流電機(jī)PWM調(diào)速器設(shè)計(jì)方案

在本文中我們將探討如何使用555定時(shí)器做一個(gè)直流電機(jī)的PWM調(diào)速器。主要涉及的內(nèi)容有555定時(shí)器中PWM信號(hào)發(fā)生器電路是如何工作的？如何使用它來(lái)控制直流電機(jī)的速度和如何制作一個(gè)性化的PCB電路板。

PWM脈沖寬度調(diào)制

通俗地講PWM就是一種通過(guò)控制輸入信號(hào)寬度，實(shí)現(xiàn)有效信號(hào)電壓的持續(xù)時(shí)間的控制方法，課本上叫脈沖寬度調(diào)制（pulsewidthmodulation）。簡(jiǎn)單地說(shuō)就是我們可以通過(guò)快速打開(kāi)或關(guān)閉進(jìn)入電子設(shè)備的電源來(lái)產(chǎn)生可變電壓，平均電壓取決于輸入信號(hào)的占空比，即信號(hào)電壓在一段時(shí)間內(nèi)的打開(kāi)時(shí)間與關(guān)閉時(shí)間之比。更多信息可查閱：什么是PWM：脈沖寬度調(diào)制

脈沖寬度調(diào)制

555定時(shí)器的PWM信號(hào)發(fā)生器電路

555定時(shí)器可以產(chǎn)生PWM信號(hào)。你可以檢查我之前的文章：555時(shí)基芯片內(nèi)部框圖、基于LM555-簡(jiǎn)單的PWM控制電路。下面我們通過(guò)一個(gè)555定時(shí)器工作在穩(wěn)定模式下的基本電路來(lái)進(jìn)一步討論其工作原理，下圖中我們可以注意到，當(dāng)電容C1通過(guò)電阻R1和R2進(jìn)行充電時(shí)輸出是高電平狀態(tài)。

PWM信號(hào)發(fā)生器電路

當(dāng)電容C1只通過(guò)電阻R2放電時(shí)，555時(shí)基IC的輸出很低。如果我們改變上圖2、6、7腳的三個(gè)分量中的任何一個(gè)的值時(shí)，我們會(huì)得到不同的信號(hào)開(kāi)和關(guān)的時(shí)間，或者在輸出信號(hào)方波上得到不同的占空比。簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)這個(gè)改變的方法就是用電位器來(lái)替換上圖的R2電阻，并在電路中添加兩個(gè)二極管。如下圖：

555定時(shí)器的PWM信號(hào)發(fā)生器電路

在此電路中，輸出信號(hào)為高電平的時(shí)間長(zhǎng)度取決于電阻R1、電位器靠左和電容C1，輸出信號(hào)為低電平的時(shí)間取決于電容C1和電位器靠右。我們還注意到，在這個(gè)電路中，一個(gè)信號(hào)的循環(huán)周期與頻率總是相同的，因?yàn)殡娐返目傠娮柙陔娙莩潆姾头烹姇r(shí)均保持不變。

分壓器電路

電路設(shè)計(jì)時(shí)，通常R1電阻值比電位器的電阻值小很多，例如，R1采用1K時(shí)，那么電位器可采用100K。這樣我們就可以控制電路中99%的充放電電阻。555定時(shí)器的控制腳在電路中沒(méi)有使用，可以連接一個(gè)100nF的電容到地，目的是消除外部干擾。復(fù)位引腳4，是默認(rèn)低電平，因此需要把它連接到VCC，以防止不必要的復(fù)位操作。

555定時(shí)器的輸出可以承載200mA的電流供負(fù)載使用，所以如果我們想控制的電機(jī)超過(guò)這個(gè)輸出值，我們就需要額外使用晶體管或MOSFET來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在這個(gè)例子中，使用了一個(gè)（TIP122）達(dá)靈頓晶體管，它可以輸出高達(dá)5A的電流供負(fù)載使用。詳細(xì)電路見(jiàn)下圖：

555定時(shí)器的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)

555電路的輸出引腳需要通過(guò)一個(gè)電阻連接到晶體管TIP122的基極，在例子中，使用了1k的電阻，同時(shí)，為了防止電機(jī)產(chǎn)生的峰值電壓對(duì)電路產(chǎn)生的損害，還需要使用一個(gè)二極管與電機(jī)并聯(lián)。

直流電機(jī)PWM速度控制器的PCB設(shè)計(jì)

PCB的設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單的還是采用立創(chuàng)EDA，它包含了很多的官方庫(kù)文件和用戶庫(kù)文件，對(duì)于設(shè)計(jì)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的PCB電路板綽綽有余。本文僅做簡(jiǎn)單介紹，有興趣的伙伴可以更深入的去了解。首先畫(huà)電路原理圖：

直流電機(jī)PWM速度控制器電路圖

接著放著元件，并初步繪制連接電路。

直流電機(jī)PWM速度控制器電路

最后給電路板覆銅。

電路板覆銅

最后，可以生成制造文件Gerber，可以找人代工出板了。下面是一些元件的數(shù)據(jù)：

R1=R2=1k；C1=C2=100nF；D1=D2=D3=1N4004；電位器=100k；電源12V。