Контроллер ручной электрической дрели для сверления печатных плат дешев, прост в изготовлении и содержит немного компонентов. По сути, это ШИМ контроллер на базе Arduino Uno, работающий на относительно высокой частоте (Рисунок 1). Он обеспечивает регулировку скорости двигателя постоянного тока практически в диапазоне 0-100% при сохранении достаточно стабильной частоты широтно-импульсной модуляции. Он также оснащен OLED-дисплеем для отображения коэффициента заполнения импульсов ШИМ.
 |
|
| Рисунок 1. | Контроллер ручной электрической дрели с OLED дисплеем. |
Как вы уже догадались, ШИМ управление здесь работает за счет быстрого включения и выключения питания, подаваемого на двигатель. Управляющее напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы, чередующиеся между полным включением и полным выключением и снабжающие двигатель последовательностью питающих импульсов. Регулируя коэффициент заполнения импульсов ШИМ (модулируя ширину импульса), можно изменять среднюю мощность, а значит, и скорость вращения двигателя. Обратите внимание, что при достаточно высокой частоте коммутации двигатель вращается с постоянной скоростью.
Теперь давайте посмотрим на скетч Arduino, который можно скачать по ссылке в разделе Загрузки.
Этот код формирует на выходе ШИМ Arduino Uno (вывод D5) одноканальный широтно-модулированный сигнал управления двигателем. Коэффициент заполнения сигнала управления можно изменять с помощью пользовательского интерфейса, который представляет собой не что иное, как линейный потенциометр, подключенный к аналоговому входу A0 микроконтроллера Arduino Uno.
Частота ШИМ в свободном состоянии равна примерно 976 Гц (см. осциллограммы на Рисунке 2). Стоит отметить, что точная частота ШИМ на выводе D5 составляет 976.56 Гц (по умолчанию).
 |
|
| Рисунок 2. | Осциллограммы сигналов ШИМ. |
В качестве транзистора драйвера двигателя я использовал MOSFET IRL520N. Его легко купить, он не дорог и имеет сопротивление канала всего 0.27 Ом при напряжении затвор-исток 5 В, поэтому потери мощности источника питания на полной скорости очень малы. Подойдет большинство n-канальных мощных MOSFET с логическими уровнями управления. Следует обращать внимание на низкое сопротивление открытого канала и достаточный допустимый ток. При таких умеренных нагрузках, как наша ручная электродрель для печатных плат, радиатор не нужен.
На Рисунке 3 можно увидеть, что в макете имеется обычный выпрямительный диод, включенный антипараллельно индуктивной нагрузке (двигателю постоянного тока), на которую подается питание. Обратите внимание, что это всегда необходимо при питании двигателя, так как при его выключении возникает вредное обратное напряжение, но диод направляет его обратно на двигатель, а не на чувствительную схему драйвера.
 |
|
| Рисунок 3. | Транзистор IRL520N и антипараллелньный диод. |
Сначала я опробовал свой прототип с 12-вольтовым двигателем постоянного тока RS-555 (Рисунок 4), который работал просто великолепно.
 |
|
| Рисунок 4. | Испытания прототипа. |
При тестировании для питания слаботочной платы Arduino использовалась 9-вольтовая батарея 6F22, а для «мощного» двигателя – отдельный источник питания 12 В/2 А (оба имели общую шину земли).
Однако было замечено, что при установке минимальной скорости мой тестовый двигатель вращался нормально, но не трогался с места. Кроме того, на полной мощности драйвер ШИМ будет вращать двигатель с несколько меньшей скоростью, чем эквивалентное постоянное напряжение.
Также следует учитывать, что MOSFET при переключении часто генерируют радиочастотные помехи. Поэтому, если вы обнаружите какие-либо признаки радиопомех, их можно погасить с помощью небольшой ферритового бусины, надетой на вывод затворного резистора, ближайшего к затвору MOSFET.
Более того, когда дело доходит до теории коммутации двигателя, насколько мне известно, лучшие условия – это когда частота переключения намного выше скорости вращения двигателя. Согласно различным источникам, частота должна быть как минимум в 5 раз выше скорости вращения. (Такая более высокая частота также позволяет избежать шума двигателя в звуковом диапазоне).
Я не сильно задумываюсь над этими недостатками, но в следующую версию внесу некоторые изменения.
Позже я предпринял вторую попытку, используя свою старую покупную ручную электродрель для печатных плат, питающуюся от собственного адаптера 12 В/1 А (см. Рисунок 5).Она до сих пор работает и используется в данный момент, когда я пишу этот пост.
 |
|
| Рисунок 5. | Старая ручная электродрель для сверления печатных плат. |
Наконец, на Рисунке 6 приведена схема, не требующая пояснений.
 |
|
| Рисунок 6. | Схема контроллера ручной электрической дрели. |
Таким образом, теперь у вас есть бюджетная замена устаревшему ШИМ-контроллеру на базе таймера 555 для управления скоростью вращения двигателя постоянного тока. Небольшое количество деталей, дисплей для отображения уровня возбуждения и возможность творческих улучшений за счет изменения прошивки делают его гораздо лучшей альтернативой. Конечно, регулирование скорости электродрели – не единственное применение такого драйвера, поэтому используйте его по своему усмотрению.
Купить IRL520N на РадиоЛоцман.Цены
