Contrôleur de vitesse de moteur à courant continu PWM 555 Timer

Dans ce didacticiel, nous allons apprendre à créer un contrôleur de vitesse de moteur à courant continu PWM à l'aide du 555 Timer IC. Nous examinerons en détail le fonctionnement du circuit du générateur 555 Timer PWM, comment l'utiliser pour contrôler la vitesse du moteur à courant continu et comment créer un circuit imprimé personnalisé pour celui-ci.

Vous pouvez regarder la vidéo suivante ou lire le didacticiel écrit ci-dessous.

Aperçu

Nous pouvons contrôler la vitesse du moteur à courant continu en contrôlant la tension d'entrée du moteur. À cette fin, nous pouvons utiliser PWM, ou modulation de largeur d'impulsion.

Contrôle de la vitesse du moteur CC PWM

PWM est une méthode par laquelle nous pouvons générer une tension variable en allumant et en éteignant l'alimentation qui va à l'appareil électronique à un rythme rapide. La tension moyenne dépend du rapport cyclique du signal ou de la durée pendant laquelle le signal est activé par rapport à la durée pendant laquelle le signal est désactivé sur une seule période de temps.

Circuit générateur PWM de minuterie 555

Le 555 Timer est capable de générer un signal PWM lorsqu'il est configuré en mode astable. Si vous n'êtes pas familier avec le 555 Timer, vous pouvez consulter mon tutoriel précédent où j'ai expliqué en détail ce qu'il y a à l'intérieur et comment fonctionne le 555 Timer IC.

Voici un circuit de base du 555 Timer fonctionnant en mode astable et nous pouvons remarquer que la sortie est HIGH lorsque le condensateur C1 se charge à travers les résistances R1 et R2.

D'autre part, la sortie du CI est BAS lorsque le condensateur C1 se décharge mais uniquement à travers la résistance R2. Nous pouvons donc remarquer que si nous modifions les valeurs de l'un de ces trois composants, nous obtiendrons des temps d'activation et de désactivation différents, ou un rapport cyclique différent du signal de sortie d'onde carrée. Un moyen simple et instantané de le faire est de remplacer la résistance R2 par un potentiomètre et d'ajouter en plus deux diodes dans le circuit.

Dans cette configuration, le temps On dépendra de la résistance R1, du côté gauche du potentiomètre et du condensateur C1, tandis que le temps Off dépendra du condensateur C1 et du côté droit du potentiomètre. Nous pouvons également remarquer que dans cette configuration, la période d'un cycle, donc la fréquence, sera toujours la même, car la résistance totale, en charge et en décharge, restera la même.

Habituellement, la résistance R1 est beaucoup plus petite que la résistance du potentiomètre, par exemple, 1K par rapport à 100K du potentiomètre. De cette façon, nous avons un contrôle de 99% sur la résistance de charge et de décharge dans le circuit. La broche de commande du 555 Timer n'est pas utilisée mais elle est connectée à un condensateur de 100 nF afin d'éliminer tout bruit externe de cette borne. La réinitialisation, la broche numéro 4, est active au niveau bas, elle est donc connectée à VCC afin d'éviter toute réinitialisation indésirable de la sortie.

La sortie du temporisateur 555 peut absorber ou fournir un courant de 200 mA à la charge. Donc, si le moteur que nous voulons contrôler dépasse cette cote, nous devons utiliser un transistor ou un MOSFET pour entraîner le moteur. Dans cet exemple, j'ai utilisé un transistor Darlington (TIP122) qui peut supporter un courant jusqu'à 5A.

La sortie du CI doit être connectée à la base du transistor via une résistance, et dans mon cas, j'ai utilisé une résistance de 1k. Pour éviter les pics de tension produits par le moteur, nous devons utiliser une diode flyback qui est connectée en parallèle avec le moteur.

Conception d'un circuit imprimé pour le contrôleur de vitesse de moteur à courant continu PWM

Nous pouvons maintenant passer à autre chose et concevoir un circuit imprimé personnalisé pour ce circuit. Pour cela, j'utiliserai le logiciel en ligne gratuit EasyEDA. Ici, nous pouvons commencer par rechercher et placer les composants sur la toile vierge. La bibliothèque contient des centaines de milliers de composants, je n'ai donc eu aucun problème à trouver tous les composants requis pour ce circuit de contrôleur de vitesse de moteur à courant continu PWM.

Après avoir inséré les composants, nous devons créer le contour de la carte et commencer à organiser les composants. Les deux condensateurs doivent être placés aussi près que possible de la minuterie 555, tandis que les autres composants peuvent être placés où nous voulons, mais toujours dans une disposition logique selon le schéma du circuit.

À l'aide de l'outil de suivi, nous devons connecter tous les composants. L'outil de suivi est assez intuitif et facile à utiliser. Nous pouvons utiliser à la fois la couche supérieure et la couche inférieure pour éviter les croisements et raccourcir les pistes.

Les pads des composants qui doivent être connectés à la masse sont définis sur Ground via l'onglet Pad Properties, où nous devons taper GND dans l'étiquette "Net" lorsque le pad est sélectionné.

Nous pouvons utiliser le calque Silk pour ajouter du texte au tableau. Nous pouvons également insérer un fichier image, j'ajoute donc une image du logo de mon site Web à imprimer sur le tableau. À la fin, à l'aide de l'outil de zone de cuivre, nous devons créer la zone de masse du PCB.

Vous pouvez trouver les fichiers de projet EasyEDA de ce projet ici.

Une fois que nous avons terminé la conception, il nous suffit de cliquer sur le bouton "Sortie Gerber", d'enregistrer le projet et nous pourrons télécharger les fichiers Gerber qui sont utilisés pour fabriquer le PCB. Nous pouvons commander le PCB auprès de JLCPCB qui est le service de fabrication de PCB d'EasyEDA, et ils sont également le sponsor de cette vidéo.

Ici, nous pouvons simplement faire glisser et déposer le fichier zip téléchargé des fichiers gerber. Après le téléchargement, nous pouvons à nouveau revoir le PCB dans le visualiseur Gerber. Si tout va bien, nous pouvons alors sélectionner jusqu'à 10 PCB et les obtenir pour seulement 2 dollars.

Assemblage du circuit imprimé du contrôleur de vitesse du moteur à courant continu PWM

Néanmoins, après une semaine, les PCB sont arrivés et je dois admettre que c'est assez satisfaisant de faire fabriquer votre propre conception de PCB. La qualité des PCB est excellente et tout est exactement comme dans la conception.

Ok, nous pouvons maintenant passer à l'insertion des composants sur le PCB.

Vous pouvez obtenir les composants nécessaires pour cet exemple à partir des liens ci-dessous :

• CI de minuterie NE555P……………………………
• R1 =  R2 =1k Ohm………………………….
• C1 =C2 =100nF……………………………..
• D1 =D2 =D3 =1N4004………………….
• Potentiomètre =100k Ohm…………….
• Transistor – Darlington TIP122……….
• 2 bornes de bloc ………………………….

J'ai d'abord inséré les composants plus petits, les résistances, les diodes et les condensateurs.

J'ai plié leurs fils de l'autre côté pour qu'ils restent en position lorsque je retourne la carte pour la soudure. Quant aux plus gros composants, j'ai utilisé un ruban adhésif pour les maintenir en place lors du retournement de la carte.

Voici l'apparence finale de la carte et il ne reste plus qu'à connecter un moteur à courant continu et une alimentation appropriée.

J'ai utilisé un moteur à courant continu à couple élevé de 12 V que j'ai alimenté à l'aide de batteries Li-ion de 3,7 V connectées en série qui donnent environ 12 V. Alors maintenant, en utilisant le potentiomètre, nous sommes en mesure de contrôler la vitesse du moteur à courant continu, ou le signal PWM produit par le 555 Timer IC.

J'espère que vous avez apprécié ce tutoriel et appris quelque chose de nouveau. N'hésitez pas à poser des questions dans la section des commentaires ci-dessous.