PWM Dimmer / Controlador de Velocidade do Motor

Introdução
Este é mais um projeto que nasceu da necessidade. É um circuito simples, mas faz exatamente o que ele é projetado para fazer - dim luzes LED ou controlar a velocidade de motores de 12V DC. O circuito usa PWM para regular a efetiva ou média corrente através da matriz de LEDs, lâmpada incandescente de 12V (como uma lâmpada de farol de carro) ou motor DC. A única diferença entre os dois modos de operação é a adição de um diodo de potência para o controle de velocidade do motor, apesar de um diodo pequeno deve ser usado para dimmers também, no caso de cabos longos são usados ​​que irá criar um back EMF indutivo quando o MOSFET desliga .


Foto de PWM Dimmer Terminado Controle de Velocidade


A foto mostra o que uma placa de concluída parece. As dimensões são 53 x 37 milímetros, por isso é possível instalá-lo em espaços muito pequenos. As peças utilizadas são prontamente disponíveis, e subsitiutions muitos estão disponíveis para ambos os MOSFET eo diodo de potência (este último só é necessária para controlar a velocidade do motor). Os amplificadores operacionais não devem ser substituídos, pois os usados ​​foram escolhidos para baixa potência e sua capacidade de balançar a saída para a grade negativa.

Observe que, se usado como um controlador de velocidade do motor, não há feedback, de modo a velocidade do motor vai mudar com a carga. Para muitas aplicações onde são utilizados motores de corrente contínua, velocidade constante, independentemente da carga não é necessário ou desejável, mas cabe a você decidir se isso vai se adequar às suas necessidades.

Descrição
Primeiro, uma descrição do PWM é garantido. Como o pote é girado no sentido horário, as mudanças de tensão de entrada linearmente com a rotação. No início, a tensão é tal que a saída do comparador é apenas picos estreitos, o que por sua vez o MOSFET por um prazo muito curto. corrente média é baixa, então LEDs conectados será bastante fraca, ou um motor de execução (relativamente) lentamente. Como a tensão de entrada provenientes da panela aumenta, o MOSFET fica ligado por mais tempo, aumentando assim a potência da carga.



Figura 1 - Geração de onda PWM


A Figura 1 mostra como funciona o princípio da PWM. O traço vermelho é o triângulo de tensão de onda de referência, eo verde de rastreamento é a tensão da panela. Quando a tensão de entrada é maior que a tensão de referência, o MOSFET liga, e os fluxos de corrente na carga. Como a freqüência é relativamente elevada (cerca de 600Hz), não vemos qualquer cintilação do diodo emissor de luz, mas o tom é audível a partir de um motor que é PWM controlado. O sinal PWM é mostrado em azul. A corrente média através da carga é determinado pela relação entre a tempo para a hora de desligar, e quando ambos são iguais, a média atual é exatamente a metade do que seria estabelecida com a DC.





Figura 2 - Dimmer Controlador de velocidade / Schematic


O circuito é mostrado na Figura 2. U1 é o oscilador, e gera uma onda triangular. R4 e R5 simplesmente definir um meio de referência de tensão, de modo que o opamps pode funcionar em torno de um centro de tensão de 6V. U2A é um amplificador, e sua saída é 10V pico a pico da onda de triângulo que é usado pela base de comparação u2b. Este circuito compara a tensão da panela com a onda de triângulo. Se a tensão de entrada é zero, a saída do comparador permanece baixa, eo MOSFET é desligado. Essa é a configuração zero.

Na realidade, a forma de onda triangular de referência é de um mínimo de cerca de 1,5 V a um máximo de 9.5V, assim há uma pequena seção em cada extremidade da rotação da panela onde nada acontece. Isso é normal e prática, pois queremos um cenário bem definido fora e máximo. Devido a esse intervalo, para aplicações de iluminação, uma indústria de sinal padrão de controle 0-10V DC pode ser usado para definir o nível de luz. C-BUS (assim como muitos outros sistemas de automação doméstica) podem fornecer módulos de 0-10V que pode controlar o dimmer.

Enquanto um diodo 1N4004 é mostrado para D2, isto só é adequada se o aparelho é usado como um redutor. Para o controle de velocidade do motor, um diodo de alta corrente de recuperação rápida é necessária, tal como um diodo HFA15TB60PBF ultra-rápida HEXFRED. Há muitas possibilidades para o diodo, portanto, você pode usar o que é prontamente disponível que tem avaliações adequadas. O diodo deve ser dimensionado para pelo menos a metade da carga atual do motor eo HFA15TB60PBF sugerido é bom para 15A contínuo, por isso é bom desenho com motores até 30A.

Construção
Embora seja certamente possível construir o redutor de Veroboard ou similar, é um pouco trabalhosa de fazer e os erros são facilmente feitos. Além disso, esteja ciente de que, devido ao circuito a corrente pode segurar, você vai precisar usar fios grossos para reforçar algumas das faixas finas. Isto é mesmo necessário para a versão do PCB. Naturalmente, eu recomendo o PCB, e isso está disponível a partir ESP. O conselho é pequeno - 53 x 37mm, e leva tudo, inclusive os parafusos dos terminais. O PCB tem duas faces, com revestimento, através de orifícios, e máscaras de solda em ambos os lados.

O MOSFET vai precisar de um dissipador de calor a menos que você estiver usando o dimmer para cargas leves apenas. É necessário isolar o MOSFET do dissipador de calor na maioria dos casos, desde que o caso do transistor é a fuga (saída PWM). Para uso em altas correntes e eventuais altas temperaturas, o dissipador de calor podem precisar de ser maior do que o esperado. Embora o MOSFET deve normalmente só dissipam cerca de 2W ou mais em 10A, ele vai dissipar muito mais se é permitido a ficar quente. Trocando MOSFETs alegremente entrar em fuga térmica e auto-destruir se eles têm heatsinking inadequada. Você também pode usar um IGBT (transistor de porta isolado bipolar) - a maioria deve ter a pinagem do mesmo, e eles não sofrem com o problema térmico mesmo fugitivo como MOSFETs.

Como mencionado acima, existem muitos MOSFETs diferente (ou IGBTs) e diodos rápidos que são utilizáveis. O MOSFET IRF540 é uma boa escolha, e sendo avaliado 27A possui uma generosa margem de segurança. Há muitos outros que são igualmente adequados - na verdade qualquer comutação MOSFET nominal em 10A ou mais, e com uma tensão máxima de mais de 20V é totalmente certo.

Teste
Ligar a uma fonte de alimentação adequada 12V. Ao ligar pela primeira vez, use um de 100 ohms "segurança" resisor em série com a fonte positiva para limitar a corrente se tiver cometido um erro na fiação. A fuga de corrente total é de cerca de 2.5mA com a panela totalmente fora, subindo para 12.5mA quando totalmente ligado. A maior parte dessa corrente está no LED, que também é alimentado a partir do fornecimento de PWM para que você possa ver que tudo está a funcionar sem ter de ligar uma carga.

Certifique-se que a panela é totalmente anti-horário (no mínimo) e aplicar o poder. Você deve medir mais de 0,25 V sobre o resistor de segurança, aumentando para 1,25 com a panela no máximo. Se satisfatória, retire o resistor de segurança e instalar uma carga. LED de alta intensidade tira luzes pode consumir até 1,5 ~ cada um, e este redutor deve ser capaz de conduzir até 10 deles, dependendo da capacidade do fornecimento de energia eo tamanho do dissipador de calor para o MOSFET.


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