電気モーターのスピードコントローラ。今回の動画では、DCモーター用のシンプルなPWMスピードコントローラーの設計方法を学び、回路内における電流の流れ方や各部品の役割を学びます。この動画を見れば、自分で回路を作ることもできるようになります。
【書き起こし】電気モーターのスピードコントローラの設計
(00:00) こちらは555タイマーを活用した dc モーター用のシンプルなパルス幅変調 スピードコントローラです 今回の動画ではカエルがどのように動作 するかそしてどのように設計するかプロ 仕様のプリント基板に仕上げる方法をご 紹介します私のカエル基盤をダウンロード してご自身で作ることもできます リンクは動画概要欄にあります システムの中心となるのは555 timer 集積回路部品としてライブには多数の 小さな部品が1つのパッケージにまとめ られているため設計者の作業が非常にやり やすいものとなっています実際に回路を 作ってみるとこの部品がどのように機能 するか分かります 今回のプロジェクトでは本堂がの スポンサー様である altium designer を使用します 視聴者の皆様のためにこのソフトウェアの 無料トライアルも用意されていますのでご 興味のある方は動画概要欄のリンクをぜひ チェックしてみてください
(01:04) 新しいプロジェクトを立ち上げ回路図と pcb ファイルを作成 コンポーネントを追加していきます 内蔵のツールを使うこともできますが今回 はより簡単に実行できるアドオンを使い ます私はマウサーを使っていますが皆さん のお好きなものをお使いください 555タイマーを見つけたので部品番号 ライブラリーローダーに貼り付けて検索を クリックすると部品が見つかり際に追加を クリックします 555タイマーの最大負荷は約200 ma ここでは12ボルドの電源から bc モーターを制御しますが12 v の場合 約1.4アンペアの電流を消費しこれは無 柄の状態555タイマーの処理能力を すでに超えていますスポーツそこで電子 スイッチの一種である mosfet を 使用するのです bc モーター後組については五世の動画 で詳しく解説していますので概要欄の リンクを参照してください
(02:08) ここでは電圧と電流の両方を扱うことが できドレインソース間のオン抵抗が低い i r fz 24 mosfet を使用しますその コンポーネント3月ていカイロに追加 モーターは mosfet のドレイン ピンに接続しそうスピンはグランドに接続 します通常 mosfet は戻入の流れ を遮断するためモーターが回転することは ありませんがゲート端子に小さな電圧を かけるとある程度の電流が流れるように なりますさらに電圧を高くするとより多く の電流が流れるようになりモーターの回転 がより早くなります555タイマーは3番 ピンから mosfet のゲート端子に 電圧を供給し 電圧を変化させてモーターの速度を制御 するために555タイマーはこれをパル スっ押して送信します各パルスは一定期間 継続しその間信号が on day 電圧 が印加される区間と信号がオフで電圧が 印加されない空間が存在しますそのため
(03:15) mosfet には各機関の aきんでん 奴がかかり音パルスの幅が広ければ広い ほど平均年奴は高くなりますこれがまさに パルス長編町と呼ばれるもので動画の後半 で計算方法を解説しますゲイツ端子に 流れる電流はごくわずかなものですが誤 作動してゲートから電流が流れ入って しまった場合に便利を制限して部品を保護 するため mosfet のゲート対しと555 タイマーの3番端子の間に1 k オーム の抵抗を加えます mosfet の ゲート端子には電子の電荷が蓄積される ためこれを大手んしてオフにしなければ なりませんそこでさらに1 k オームの 抵抗を聞いグランドに接続してー放電経路 を確立しますモーターと電源はカエル基板 から外部に接続したいため入力用の端子等 モーター接続用の端子を追加 さらにコントローラのオンオフを 切り替えるスイッチを雷蔵するために適切
(04:19) なスイッチも追加します次に入力端子を グランドに接続し電源をスイッチに接続 続けてスイッチの出力をモーター端子に 接続 さらにモータータン塩 mosfet の ドレイン端子に接続します 電気モーターにはコイル状のワイヤーが 組み込まれているためこれを淫楽たと 考えることができます in ラクダに 電力が供給されると次回にエネルギーが 蓄えられますが電力が遮断されると次回が 崩壊しインラクだが電子を回路に押し出し ますこれにより非常に大きく急激な エネルギーの急増が引き起こされ回路に ダメージを与える可能性がありますそこで エネルギーを安全に循環させ減少させる 経路を提供するフライバックダイオードを 追加します今回は大きなピーク電流に対応 できる1 n 4007ダイオードを嘲笑 するのでダイオード回路に追加しますイン ラクだーだ五黄土トランジスタについては 以前の動画で詳しく解説していますので 概要欄のリンクから調査委をご覧下さいで
(05:23) は555タイマーの8番ピンを電源に接続 しプラスに接続そして1番ピンをグランド に接続します タイマーの内部では一番ピンと8番ピンの 間に3つの5 k オームの抵抗があり 電圧は確定コーナーとで3分の1になり ます 8番ピンに12ボルトがあるため電圧は 最初の抵抗器の後で8ボルトに減少し2番 目の抵抗器の後で4ボルトに減少555 タイマーはこの電圧を基準として使用し ます抵抗器に接続されているのは2つの コンパレーターコンパレータにはプラスと マイナスの入力と一つの出力があり一つ目 のコンパレータはマイナスの入力を通して 抵抗器に接続され+の入力はプレーすると ピンである6番 p に接続されています 二つ目のコンパレータは+入力で抵抗器に 接続 -入力はトリガー端子である2番 p に 接続されています これでコンパレータは2つの異なる電圧に
(06:27) 接続され比較できるようになります+の 入力電圧がマイナスの入力よりも高ければ 工賃号またはプラスの電圧を出力 マイナスの入力電圧が+の入力電圧の同等 またはそれ以上であれば低信号または0 day 圧を出力します 電圧が同じになるように五番ピン登録パン ピンを接続し コンパレーターの出力はフリップフロップ と呼ばれる別の内部部品に接続され一つ目 のコンパレータはリセットと呼ばれる入力 に2つ目のコンパレータはセットと呼ば れる入力に接続します また他にも not 級という出力もあり ます flip flop は一つ目の コンパレータから高信号を受け取ると高 信号出力 二つ目のコンパレータから高信号を 受け取ると低信号を出力します 両方のコンパレータから低信号が出れば フリップフロップは変化せずに継続しこの 後与えられた信号単純に反転させる インバーターと呼ばれる別の部品を通過し
(07:33) ます ごちゃごちゃしてわかりにくいと思われる かもしれませんが回路を見ていくうちに すぐに理解できますのでご安心ください五 番ピンと6番ピンに3.9ボルトの小さな 電圧をかけると 一つ目のコンパレーターは低信号2つ目の コンパレーターは高信号を出力しますこれ によりタイミングインターバルが開始され flip flop は低信号出力 インバーターは高信号を出力します 電圧を上げ例えば6ボルトになったとする とコンパレータ1と2は低信号を出力し リップロップは変化せずタイミングは継続 しますが8ボルトになるとコンパレータ市 は高信号出力 g コンパレーターには低 信号を出力しますこれでフリップフロップ の出力は暗転し出力はこう状態になり タイミングがリセットされます flip flop の出力は電圧が約4 ボルトに低下するまで変化せず コンパレータ市は低信号 コンパレータには高信号を出力し再び
(08:37) タイマーがスタートします このように2番ピンと6番ピンの電圧が 増減すると555タイマーの出力が変化 することが分かりますでは電圧を制御して 時間間隔を変えるために2番ピンと6パン ピンをコンデンサに接続してみましょう コンデンサを電源に接続すると瞬時に バッテリー電圧に達しますが抵抗今日を 介して接続すると抵抗器が充電時間を食し てしまい抵抗器が大きければ大きい程電圧 が上がるまでの充電時間が長くなります そこでコンデンサを充電するために1 k オームの固定抵抗器と百鬼労務のぽ テンションメーターを使いますテンション メーターは角可変抵抗器であるため コンデンサの充電時間を変化させることが できタイマーを再起動するためには コンデンサを放電する必要がありますそこ で2つのダイオードを追加して充電東法田 の経路を別々に作ってみましょう抵抗書 労務の範囲にあるのでこの部分の電流は
(09:41) 非常に小さいものとなりますダイオードは 1 n 4148を2個使用し 順方向電流は約300 ma でこの用途 としては問題ありませんコンデンサーは中 7ファラッドのセラミックコンデンサを 使用しますがその理由は後ほど解説します これらの部品を変えろに追加しダイオード を固定抵抗器2台王道とテンション メーターの1番ピンと3番ピンに接続し ます 次にコンデンサーをグランドに接続し 555タイマーの2番ピンと6番ピン そしてペンションメーターのリ番ピンに 接続します 7番ピンは放電大使としてタイミング コンデンサに接続され555タイマーの 内部では flip flop の出力が ライブのトランジスタのゲート端子に接続 されています これによりコンデンサーからグランドへの 電流が制御されフリップフロップの出力が 小さい時はトランジスタがオフになって いるためコンデンサが充電され電圧が上昇
(10:46) し始めます電圧が十分に上昇してフリップ フロップの出力が高くなるとトランジスタ が on になることでコンデンサが放電 され電圧が下がります電圧が4ボルトに なるとコンデンサは再び放電をはじめ8 ballようになると放電します コンデンサの仕組みについては以前の解説 動画で学ぶことができます概要欄のリンク からご覧ください 制御電圧5番ピンを使ってコンパレータ1 をオーバーライドすることができますこの 回路ではその必要はないので0.1 マイクロファラッドのセラミック コンデンサーでこのピンをグランドに接続 しますこのピンを設置することで誤って オーバーライドしてしまう状況を回避し コンデンサがの維持や周波数を フィルタリングしてくれます4番ピンは リセット端子ですが回路のプラス側に接続 します この端子は電源を遮断してフリップ フロップをオーバーライドしたりリセッツ したりするのに使用でき今回の回路では その必要はないため+に接続しています では充電中の電流は抵抗キーダイオードぽ
(11:54) テンションメーターの左側を通って コンデンサに流れます flip flop の出力は低状態なので放電トランジスタは オフになり3番ピンは高信号を出力してい ます コンデンサーが端6まで充電されると フリップフロップの出力が好状態になり トランジスタが on になり コンデンサーはぽテンションメーターの 右側とダイオードを通って放電 3番ピンからは低信号が出力されています ランジしたは開いたままなのでコンデンサ は4v になるまで放電しフリップ フロップが再び反転してトランジスタが off になり再びケージが開始されます このサイクルが連続的に繰り返され コンデンサーの充放電によりノコギリ波が 発生し555タイマーはパルス幅変調 された渠景葉を出力するのです パフォーマンスについてはこのように計算 できます コンデンサーの充電は r 1と テンションメーターの左側を経由して行わ れ充電時間はこの式で計算できますぽ
(13:00) テンションメーターが50%だったとする と0.35ミリ秒となります 今年さはぽテンションメーターの右側を 通って放電するので放電時間はこの公式で 計算でき答えは0.34ms となります 1サイクルはオンとオフの時間を合わせた ものなので0.35+0.34で0.69 ミリ秒となります 周波数は1ぱるサイクルタイムで 1428ヘルツです 10 t 姫はこのように計算され出力は 約50%の時間で音になります 17ファラッドのコンデンサを使用したの は非常に高い周波数が得られるという側面 を見込んだものであり dc モーターは 高い周波数で最も良く機能します例えば 100マイクロファラッドのような非常に 大きな今検査を使用した場合周波数は 0.
(14:00) 14ヘルツまで下がり1サイクルに 並びをかかりますなので他のサイズの今 連鎖を使用することもできますがモーター の速度への影響は必ず考慮する必要があり ますそれではブレッドボード上にシンプル なプロトタイプをつくってすべての動作を 確認してみましょうを問題はなさそうです ね速度も調整できるのでこれから pcb 設計を完成させていきましょうまずは アノテーションを追加しますその後部品を pcb 自在にファイルにインポートし ボードの周り部品を再配置していき ましょう準備ができたら基板の アウトラインを作成しキープアウトに変換 します その後牙の形状を定義し使用する際に回路 の極性が分かるように端子に文字を追加 そしてオートルート機能を使ってすべてを 接続します 完成したらより高い電圧と電流を流すため にルートの幅を大きくします 1ミリ程度にすれば問題ないでしょう 一部のルートをより良い位置に移動させる 必要があるかもしれないので設計を チェックしましょう
(15:03) 満足できる配置になったらポリゴンを作成 し最後にガーバーファイルをエクスポート します さあこれで買える基盤をプリントする準備 が整いました今回は動画のスポンサーでも ある jlc pcb に帰る基盤を プリントしてもらいます動画スポンサーで もある jlc pcb は5つの回路 基板を絶ったによるという格安価格で提供 していますのでご興味のある方はぜひ チェックしてみているなさい私が設計した 自在ファイルをダウンロードすることも できますこちらも概要欄にリンクがあり ます ではログインしてがーファイルを アップロードします数秒後画面上にカイロ のプレビューが表示され色や素材などを 改定カスタムすることもできますが 私はデフォルトのままにしてカートに保存 します チェックアウトに通し送料の詳細を記入し 発送オプションを選択します 私はできるだけ早く手に入れたいので病気 の高い速達便を選択しましたがコストを 抑えたい方は低価格の発送方法を選択する
(16:09) ことも可能ですそうしたら注文を送信し 支払いを加入させます数字ず後変える基盤 が気に届きました基盤はとても綺麗で 仕上がりにはとても満足しています早速 部品を基板に半田付けしていきます私の スタイルは集大から初めて外に向かって 作業していきます別による部品の損傷を 防ぎ不具合があった場合に部品を簡単に 交換できるようにするため555タイマー 用のフォルダーを使用していますこのよう な厄介の部品を取り使う際はテープで固定 しながら半田付けするのがオススメです 必要に応じてテープを使用しながらすべて の部品を所定の位置に半田次すれば数分後 には完璧な回路基板が完成しているはず ですそれでは絶賛のためにベンチ前検と モーターを基板に接続します 電源をオンにしてテンション名たを調整 するとモーターの軸が回転し始めました 回転速度は簡単に上げたり下げたりでき ますこれで最もシンプルな形のパルス幅 変調方式 dc モータースピード コントローラーの完成です
(17:13) 次の回のレッスンまでに画面上の動画を チェックしてさらに電子工学について学ん でおきましょう またフェイスブックインスタグラムリング とインディエンジニアリングマインド セット. com のフォローもお忘れ なくご質問ありがとうございました ありがとうございました
