Làm cách nào để sử dụng pin5 để điều khiển chu kỳ làm việc của một động cơ PWM dựa trên 555?

Tôi đã xây dựng một PWM đơn giản bằng cách sử dụng IC 555 để điều khiển động cơ cho máy cắt quang và tôi muốn có thể sử dụng đầu ra của tín hiệu chopper làm phản hồi điều chỉnh tốc độ cho PWM. Tôi nghĩ rằng tôi sẽ có thể làm điều này bằng cách sử dụng pin 5 trên chip 555 nhưng tôi không biết thực sự làm thế nào để làm điều đó. Ý tưởng hiện tại là đưa tín hiệu từ máy băm qua bộ chuyển đổi F / V, vào một bộ so sánh nào đó và sau đó sử dụng đầu ra đó để tăng / giảm chu kỳ làm việc của PWM để điều chỉnh tốc độ của động cơ lên ​​hoặc xuống. Tôi nghĩ rằng tôi đang đi đúng hướng, tôi không biết làm thế nào để thực hiện nó bởi vì tôi là một nhà thiên văn học chuyên về điện tử nhưng không được đào tạo thực sự về thiết kế mạch. Xin hãy giúp đỡ nếu bạn có thế.

Giải pháp được đề xuất bởi tcrosley là một yêu thích cũ, sử dụng các bộ phận rất rẻ tiền, và nó bao gồm cả 555.

Nếu bạn muốn thử một loại chip khác, LTC6992 được thiết kế theo nghĩa đen cho loại ứng dụng này. Đó là trong một gói SMT 6 pin khá nhỏ, do đó bạn cần có một breakout hoặc bảng đánh giá để làm việc với nó trừ khi bạn tạo ra PCB.

Nó chấp nhận tín hiệu điều khiển 0-1V và bạn có thể lập trình tần số và dải tần với (nhiều nhất) ba điện trở trên các chân SET và DIV, từ dưới 4 Hz đến 1 MHz.

Tôi tìm thấy mạch sau đây , nó nói: "nó sẽ điều chỉnh chu kỳ nhiệm vụ 0-100% trong khi giữ cho tần số cơ bản ổn định".

Bạn có thể sử dụng điện áp thay đổi từ vòng phản hồi của mình thay vì nồi để cung cấp đầu vào + của bộ so sánh.

Hẹn giờ Astable 555

Hình ảnh sau đây là hệ thống dây điện của một chiếc 555 ở chế độ Astable theo wikipedia:

Điện áp của chân 6 sẽ "nảy" giữa $0.5V_\text{ctrl}$ và $V_\text{ctrl}$. Khi điện áp của chân 6 ở trên đường lên, chân 3 được giữ ở mức cao và khi điện áp ở chân 6 giảm thì chân 3 bị giữ ở mức thấp. Chu kỳ nhiệm vụ và thời gian của các xung sẽ phụ thuộc vào điện trở và điện dung bạn chọn.

Trong cách sắp xếp này, điện áp ở chân 5 được giữ $V_\text{ctrl} = 2/3 V_\text{cc}$, tuy nhiên bạn có thể ghi đè lên điều này nếu bạn giữ chân 5 ở một điện áp khác. Làm như vậy sẽ thay đổi giới hạn trên (và giới hạn dưới) của điện áp trên chân 6. Để hiểu điều này ảnh hưởng đến thời gian như thế nào, chúng ta phải đi sâu vào toán học của một tụ điện sạc. Tất nhiên, điện áp của tụ sạc có thể được mô hình hóa như sau:

$$V(t) = V_0(1-e^{\frac{-t}{\tau_c}})$$ Trong phương trình này $V(t)$ là điện áp của tụ điện tại thời điểm $t$, $V_0$ là sự khác biệt giữa điện áp ban đầu và điện áp trạng thái ổn định cho tụ điện, và $\tau_c$là thời gian sạc không đổi. Đối với 555 đáng kinh ngạc:$\tau_c = (R_1 + R_2) C$.

"Kịp thời

Giả sử rằng 555 đã nóng lên và đầu ra đang chuyển từ thấp sang cao, điều này tương ứng với thời điểm khi tụ điện có điện áp (hãy gọi đó là $V_C$) của $0.5 V_\text{ctrl}$. Sau khoảnh khắc này, tụ điện sẽ được sạc; khi nào$V_C$ đạt $V_\text{ctrl}$đầu ra sẽ chuyển từ cao xuống thấp và tụ điện sẽ bắt đầu phóng điện (nhiều hơn về điều này sau). Chúng ta hãy gọi lượng thời gian mà tụ điện dành cho việc sạc$t_\text{on}$. Lấy thời điểm mà tụ điện bắt đầu sạc$t=0$ chúng ta có thể nêu phương trình sạc cho tụ điện như sau:

$$V(t) = (V_\text{cc} - 0.5 V_\text{ctrl})(1-e^\frac{-t}{\tau_c}) + 0.5V_\text{ctrl}$$ Dựa trên định nghĩa đã nói ở trên: $V(t_\text{on}) = V_\text{ctrl}$. Kết hợp những thứ này lại với nhau, chúng ta có thể giải quyết$t_\text{on}$ (đây là một bài tập cho người đọc). $$t_\text{on} = \tau_c \ln\left(\frac{V_\text{cc} - 0.5V_\text{ctrl}}{V_\text{cc} - V_\text{ctrl}} \right)$$

Trong tiêu chuẩn astable 555, $V_\text{ctrl} = \frac{2}{3}V_\text{cc}$, bằng cách sử dụng này, chúng ta có thể đơn giản hóa phương trình trên để $t_\text{on} = \tau_c \ln(2)$. Điều này nên quen thuộc với người đọc. Tuy nhiên, khi chúng ta điều chỉnh$V_\text{ctrl}$ chúng ta sẽ thấy rằng giá trị cho $t_\text{on}$ thay đổi đáng kể như dưới đây (với hành vi tiệm cận như $V_\text{ctrl} \rightarrow V_\text{cc}$).

Thời gian "tắt"

Bây giờ chúng tôi sẽ chỉ ra rằng thời gian "tắt" không phụ thuộc vào $V_\text{ctrl}$. Chúng ta biết rằng một tụ phóng điện có thể được mô hình hóa với mối quan hệ sau đây:

$$V(t) = V_0 e^\frac{-t}{\tau_d}$$ Ở đâu $V_0$ là điện áp ban đầu (trong trường hợp này $V_0 = V_\text{ctrl}$), $V(t)$ là điện áp tại thời điểm $t$và $\tau_d$ là hằng số thời gian xả ($\tau_d = R_2C$).

Hãy nói rằng $t_\text{off}$ là khoảng thời gian cần thiết để tụ phóng điện từ $V_\text{ctrl}$ đến $0.5V_\text{ctrl}$. Cắm thông tin này vào phương trình xả chúng ta nhận được:

$$0.5V_\text{ctrl} = V_\text{ctrl}e^\frac{-t_\text{off}}{\tau_d}$$ Giải quyết để $t_\text{off}$ đưa ra một mối quan hệ quen thuộc cho bộ đếm thời gian 555 ở chế độ astable. $$t_\text{off} = \tau_d \ln(2)$$

Phần kết luận

Như chúng ta đã thấy, việc đặt một điện áp vào chân 5 sẽ thay đổi chu kỳ nhiệm vụ và thời gian bằng cách thay đổi lượng thời gian đầu ra cao trong khi lượng thời gian đầu ra thấp là không đổi. Sự biến đổi của$V_\text{ctrl}$ và $t_\text{on}$ về cơ bản là tuyến tính khi $V_\text{ctrl} < \frac{2}{3}V_\text{cc}$, vì vậy hãy cân nhắc điều đó khi bạn thiết lập phản hồi của mình.

Đối với ứng dụng của bạn, tôi không chắc chắn tín hiệu nào bạn dự định phản hồi lại cho pin 5. Nếu bạn muốn có một lời khuyên nào đó về việc bạn sẽ cần đăng sơ đồ mạch của mình!