555 타이머 PWM DC 모터 속도 컨트롤러

<메인 클래스="사이트 메인" id="메인">

이 튜토리얼에서는 555 타이머 IC를 사용하여 PWM DC 모터 속도 컨트롤러를 만드는 방법을 배웁니다. 555 Timer PWM 제너레이터 회로가 어떻게 작동하는지, DC 모터의 속도를 제어하는 ​​데 어떻게 사용하는지, 그리고 이를 위한 맞춤형 PCB를 만드는 방법을 자세히 살펴보겠습니다.

다음 비디오를 보거나 아래에 작성된 튜토리얼을 읽을 수 있습니다.

개요

모터의 입력 전압을 제어하여 DC 모터의 속도를 제어할 수 있습니다. 이를 위해 PWM 또는 펄스 폭 변조를 사용할 수 있습니다.

PWM DC 모터 속도 제어

PWM은 전자기기에 가는 전원을 빠른 속도로 켜고 꺼서 가변 전압을 생성할 수 있는 방식입니다. 평균 전압은 신호의 듀티 사이클 또는 단일 기간 동안 신호가 켜져 있는 시간과 신호가 꺼져 있는 시간에 따라 다릅니다.

555 타이머 PWM 발생기 회로

555 타이머는 불안정 모드로 설정될 때 PWM 신호를 생성할 수 있습니다. 555 Timer에 익숙하지 않으신 분은 555 Timer IC의 내부와 작동 원리를 자세히 설명한 이전 튜토리얼을 확인하실 수 있습니다.

다음은 비안정 모드에서 작동하는 555 타이머의 기본 회로이며 커패시터 C1이 저항 R1 및 R2를 통해 충전될 때 출력이 HIGH임을 알 수 있습니다.

반면에 IC의 출력은 커패시터 C1이 방전 중일 때 저항 R2를 통해서만 LOW입니다. 따라서 이 세 가지 구성 요소 중 하나의 값을 변경하면 다른 ON 및 OFF 시간 또는 구형파 출력 신호의 다른 듀티 사이클이 발생한다는 것을 알 수 있습니다. 이를 수행하는 쉽고 즉각적인 방법은 R2 저항을 전위차계로 교체하고 회로에 2개의 다이오드를 추가로 추가하는 것입니다.

이 구성에서 켜짐 시간은 저항기 R1, 전위차계의 왼쪽 및 커패시터 C1에 따라 달라지는 반면 꺼짐 시간은 커패시터 C1과 전위차계의 오른쪽에 따라 달라집니다. 또한 이 구성에서 한 주기의 주기, 즉 주파수가 항상 동일하다는 것을 알 수 있습니다. 충전 및 방전 중에 총 저항이 동일하게 유지되기 때문입니다.

일반적으로 R1 저항은 전위차계의 저항보다 훨씬 작습니다(예:전위차계의 100K에 비해 1K). 그런 식으로 회로의 충전 및 방전 저항을 99% 제어할 수 있습니다. 555 Timer의 제어핀은 사용하지 않으나 100nF 캐패시터에 연결하여 해당 단자에서 발생하는 외부 노이즈를 제거합니다. 리셋, 핀 번호 4는 활성 로우이므로 출력의 원치 않는 리셋을 방지하기 위해 VCC에 연결됩니다.

555 타이머의 출력은 200mA의 전류를 부하에 싱크하거나 소싱할 수 있습니다. 따라서 제어하려는 모터가 이 정격을 초과하면 모터를 구동하기 위해 트랜지스터나 MOSFET을 사용해야 합니다. 이 예에서는 최대 5A의 전류를 처리할 수 있는 (TIP122) Darlington 트랜지스터를 사용했습니다.

IC의 출력은 저항을 통해 트랜지스터의 베이스에 연결해야 하며 제 경우에는 1k 저항을 사용했습니다. 모터에서 발생하는 전압 스파이크를 방지하려면 모터와 병렬로 연결된 플라이백 다이오드를 사용해야 합니다.

PWM DC 모터 속도 컨트롤러용 PCB 설계

이제 이 회로를 위한 맞춤형 PCB를 설계할 수 있습니다. 이를 위해 EasyEDA 무료 온라인 소프트웨어를 사용할 것입니다. 여기에서 구성 요소를 검색하고 빈 캔버스에 배치하여 시작할 수 있습니다. 라이브러리에는 수십만 개의 구성 요소가 있으므로 이 PWM DC 모터 속도 컨트롤러 회로에 필요한 모든 구성 요소를 찾는 데 문제가 없었습니다.

구성 요소를 삽입한 후 보드 개요를 만들고 구성 요소 정렬을 시작해야 합니다. 두 개의 커패시터는 가능한 한 555 타이머에 가깝게 배치해야 하며, 다른 구성요소는 원하는 곳에 배치할 수 있지만 여전히 회로도에 따라 논리적인 배열로 배치되어야 합니다.

추적 도구를 사용하여 모든 구성 요소를 연결해야 합니다. 추적 도구는 매우 직관적이고 사용하기 쉽습니다. 횡단을 피하고 트랙을 더 짧게 만들기 위해 상단과 하단 레이어를 모두 사용할 수 있습니다.

접지에 연결해야 하는 구성 요소의 패드는 패드 속성 탭을 통해 접지로 설정됩니다. 여기서 패드를 선택하면 "Net" 레이블에 GND를 입력해야 합니다.

실크 레이어를 사용하여 보드에 텍스트를 추가할 수 있습니다. 또한 이미지 파일을 삽입할 수 있으므로 게시판에 인쇄할 웹사이트 로고 이미지를 추가합니다. 구리 영역 도구를 사용하여 결국 PCB의 접지 영역을 만들어야 합니다.

여기에서 이 프로젝트의 EasyEDA 프로젝트 파일을 찾을 수 있습니다.

설계가 완료되면 "Gerber output" 버튼을 클릭하고 프로젝트를 저장하면 PCB 제조에 ​​사용되는 Gerber 파일을 다운로드할 수 있습니다. EasyEDA의 PCB 제작 서비스 업체인 JLCPCB에서 PCB를 주문할 수 있으며, 이 영상의 후원사이기도 합니다.

여기에서 다운로드한 gerber 파일의 zip 파일을 간단히 끌어다 놓을 수 있습니다. 업로드 후 Gerber 뷰어에서 PCB를 다시 한 번 검토할 수 있습니다. 모든 것이 정상이면 최대 10개의 PCB를 선택하고 단 2달러에 구입할 수 있습니다.

PWM DC 모터 속도 컨트롤러 PCB 조립

그럼에도 불구하고 일주일 후에 PCB가 도착했고 자신의 PCB 디자인을 제조하는 것이 상당히 만족스럽다는 것을 인정해야 합니다. PCB 품질이 우수하고 모든 것이 디자인과 동일합니다.

자, 이제 PCB에 부품을 삽입하는 단계로 넘어갈 수 있습니다.

아래 링크에서 이 예시에 필요한 구성요소를 얻을 수 있습니다.

• NE555P 타이머 IC ...........................................................
• R1 =  R2 =1k 옴 ...........................................
• C1 =C2 =100nF ......................................................................
• D1 =D2 =D3 =1N4004…
• 전위차계 =100k 옴 ...........
• 트랜지스터 – 달링턴 TIP122…
• 2 블록 터미널 ...........................................................

먼저 더 작은 부품인 저항, 다이오드 및 커패시터를 삽입했습니다.

나는 납땜을 위해 보드를 뒤집을 때 제자리에 유지되도록 다른 쪽에서 리드를 구부렸습니다. 더 큰 구성 요소의 경우 보드를 뒤집을 때 마스킹 테이프를 사용하여 제자리에 고정했습니다.

이제 보드의 최종 모습입니다. 이제 남은 것은 DC 모터와 그에 맞는 전원을 연결하는 것입니다.

나는 약 12V를 제공하는 직렬로 연결된 3.7V 리튬 이온 배터리를 사용하여 전원을 공급한 12V 고 토크 DC 모터를 사용했습니다. 이제 전위차계를 사용하여 DC 모터의 속도를 제어하거나 555 타이머 IC에서 생성하는 PWM 신호를 제어할 수 있습니다.

이 튜토리얼을 즐기고 새로운 것을 배웠기를 바랍니다. 아래 댓글 섹션에서 언제든지 질문하세요.