2013年5月1日 星期三

直流馬達的速控 (一) : 使用555產生PWM 驅動馬達

在初步練習了晶片的應用之後,現在我們要連結這些電子電路來控制馬達了,首先第一個就是直流馬達的控制。關於直流馬達的基本原理就不在這裡贅述了,我們只在乎當我們要做速度控制時,該如何控制。

其實不只馬達的轉速,電熱器、燈的亮度等等控制都是類似的,主要有以下三種方法,其中第三種控制通電時間長短的方法,就是所謂的PWM (Pulse Width Modulation)脈衝寬度調節,該方法是最廣泛應用且效率較高的方法。接下來將以此為主題。


PWM 
我上網找到很多PWM的相關資訊,實在不太想重複整理……
直接列出來,有興趣的就可以找來看。
(1) http://www.letry.com.tw/A12.htm
     由最基本的555產生方波直接來控制馬達
(2) http://www.shs.edu.tw/works/essay/2011/03/2011033012355698.pdf
     這篇介紹了使用”比較器”來控制脈波中的duty time
(3) www.me.kuas.edu.tw/實務專題/95年PDF/95乙/黃義達%20郭士宏.pdf
     這篇更實務地說明如何先用555搭配積分器產生三角波,再用比較器控制輸出的duty time。

我自己讀完這些之後(其實不只這些,網路上有一脫拉庫資料),我把它們整理成三個層次:
1. 555 直接產生方波,加個可變電阻與二極體就可以控制PWM的duty time了。
2. 更進階地使用”比較器”來完成PWM的duty time控制。
3. 直接用電腦配合微晶片控制PWM的duty time。

這次我打算操作第一個與第三個就好了,第一個讓我們對物理現象有更直覺的反應,這也是實作的精神之一。第三個是因為現代的微控制晶片都十分方便,我們實務上會全部整合在微控制晶片中操作。 (至於第二個:用比較器…我想應該是我太simple,無法理解為什麼它要脫褲子放屁。)


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上圖就是利用555晶片在非穩態下產生脈波,其中的特點是利用二極體讓電流跳過可變電阻其中一端(R2),只通過R1對1u電容充電,如此脈波的周期會如下圖一樣,使duty time會隨著可變電阻的旋轉而有較線性的關係。

所以當脈波由555的引腳3出來,接到1815 & 1384 的電晶體上去控制電流的流過與否,來控制馬達所接收到的電能,進而調整轉速。
Duty time (%) = R1 / (R1+R2) x 100% 

實際接的線路與操作影片如下:

另外我們用NI的DAQ卡來抓訊號,如下所示,可以看出duty time的差別
duty time 較小,馬達轉速也就低。
duty time 較高,馬達轉速跟著提升。

2 則留言:

  1. 用比較器輸入可以是連續的波形,例如聲音。1做不到,3成本太高。

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