555 Temporizador PWM DC Motor Controlador de Velocidade

Neste tutorial vamos aprender como fazer um Controlador de Velocidade de Motor DC PWM usando o 555 Timer IC. Vamos dar uma olhada detalhada como funciona o circuito do gerador PWM 555 Timer, como usá-lo para controlar a velocidade do motor DC e como fazer um PCB personalizado para ele.

Você pode assistir ao vídeo a seguir ou ler o tutorial escrito abaixo.

Visão geral

Podemos controlar a velocidade do motor DC controlando a tensão de entrada do motor. Para isso, podemos usar PWM, ou modulação por largura de pulso.

Controle de velocidade do motor CC PWM

PWM é um método através do qual podemos gerar tensão variável ligando e desligando a energia que está indo para o dispositivo eletrônico em uma taxa rápida. A tensão média depende do ciclo de trabalho do sinal, ou a quantidade de tempo que o sinal está LIGADO versus a quantidade de tempo que o sinal está DESLIGADO em um único período de tempo.

Circuito Gerador PWM Temporizador 555

O 555 Timer é capaz de gerar sinal PWM quando configurado em modo astável. Se você não estiver familiarizado com o 555 Timer, você pode conferir meu tutorial anterior onde expliquei em detalhes o que está dentro e como funciona o 555 Timer IC.

Aqui está um circuito básico do Timer 555 operando em modo astável e podemos notar que a saída é ALTA quando o capacitor C1 está carregando através dos resistores R1 e R2.

Por outro lado, a saída do IC é BAIXA quando o capacitor C1 está descarregando, mas apenas através do resistor R2. Assim, podemos notar que se alterarmos os valores de qualquer um desses três componentes teremos tempos diferentes de ON e OFF, ou ciclo de trabalho diferente do sinal de saída de onda quadrada. Uma maneira fácil e instantânea de fazer isso é substituir o resistor R2 por um potenciômetro e, adicionalmente, adicionar dois diodos no circuito.

Nesta configuração o tempo On dependerá do resistor R1, do lado esquerdo do potenciômetro e do capacitor C1, enquanto o tempo Off dependerá do capacitor C1 e do lado direito do potenciômetro. Também podemos notar que nesta configuração o período de um ciclo, portanto a frequência, será sempre a mesma, pois a resistência total, ao carregar e descarregar, permanecerá a mesma.

Normalmente a resistência R1 é muito menor que a resistência do potenciômetro, por exemplo, 1K em comparação com 100K do potenciômetro. Dessa forma, temos 99% de controle sobre a resistência de carga e descarga no circuito. O pino de controle do 555 Timer não é usado, mas está conectado a um capacitor de 100nF para eliminar qualquer ruído externo desse terminal. O reset, pino número 4, está ativo baixo, portanto, está conectado ao VCC para evitar qualquer reset indesejado da saída.

A saída do temporizador 555 pode afundar ou fornecer uma corrente de 200mA para a carga. Portanto, se o motor que queremos controlar exceder essa classificação, precisamos usar um transistor ou um MOSFET para acionar o motor. Neste exemplo, usei um transistor Darlington (TIP122) que pode lidar com uma corrente de até 5A.

A saída do CI precisa ser conectada na base do transistor através de um resistor, e no meu caso usei resistor de 1k. Para evitar quaisquer picos de tensão produzidos pelo motor, precisamos usar um diodo flyback que é conectado em paralelo com o motor.

Projetando um PCB para o controlador de velocidade do motor DC PWM

Agora podemos seguir em frente e projetar um PCB personalizado para este circuito. Para isso, usarei o software online gratuito EasyEDA. Aqui podemos começar pesquisando e colocando os componentes na tela em branco. A biblioteca tem centenas de milhares de componentes, então não tive nenhum problema em encontrar todos os componentes necessários para este circuito PWM DC Motor Speed Controller.

Depois de inserir os componentes, precisamos criar o contorno da placa e começar a organizar os componentes. Os dois capacitores devem ser colocados o mais próximo possível do 555 Timer, enquanto os outros componentes podem ser colocados onde quisermos, mas ainda em um arranjo lógico de acordo com o esquema do circuito.

Usando a ferramenta de rastreamento, precisamos conectar todos os componentes. A ferramenta de rastreamento é bastante intuitiva e fácil de trabalhar. Podemos usar tanto a camada superior quanto a inferior para evitar cruzamentos e encurtar as trilhas.

Os pads dos componentes que precisam ser conectados ao Ground são configurados para Ground através da guia Pad Properties, onde precisamos digitar GND na etiqueta “Net” quando o pad for selecionado.

Podemos usar a camada Silk para adicionar texto ao quadro. Também podemos inserir um arquivo de imagem, então eu adiciono uma imagem do logotipo do meu site para ser impressa no quadro. No final, usando a ferramenta de área de cobre, precisamos criar a área de aterramento da PCB.

Você pode encontrar os arquivos do projeto EasyEDA deste projeto aqui.

Uma vez feito o projeto, basta clicar no botão “Gerber output”, salvar o projeto e poderemos baixar os arquivos Gerber que são usados para fabricar o PCB. Podemos encomendar o PCB da JLCPCB que é o serviço de fabricação de PCB da EasyEDA, e também eles são os patrocinadores deste vídeo.

Aqui podemos simplesmente arrastar e soltar o arquivo zip baixado dos arquivos gerber. Após o upload, podemos mais uma vez revisar o PCB no visualizador Gerber. Se tudo estiver bem, podemos selecionar até 10 PCBs e obtê-los por apenas 2 dólares.

Montagem da PCB do controlador de velocidade do motor CC PWM

No entanto, depois de uma semana os PCBs chegaram e devo admitir que é bastante satisfatório ter seu próprio projeto de PCB fabricado. A qualidade dos PCBs é ótima e tudo é exatamente igual ao design.

Ok , agora podemos passar a inserir os componentes no PCB.

Você pode obter os componentes necessários para este exemplo nos links abaixo:

NE555P Temporizador IC……………………………
R1 = R2 =1k Ohm………………………….
C1 =C2 =100nF………………………………..
D1 =D2 =D3 =1N4004………………….
Potenciômetro =100k Ohm…………….
Transistor – Darlington TIP122……….
2 Terminais do Bloco ………………………….

Primeiro inseri os componentes menores, os resistores, os diodos e os capacitores.

Dobrei seus terminais do outro lado para que eles ficassem na posição quando eu virar a placa para soldar. Quanto aos componentes maiores, usei uma fita adesiva para mantê-los no lugar ao virar a placa.

Aqui está a aparência final da placa e o que resta agora é conectar um motor CC e uma fonte de alimentação adequada para ele.

Eu usei um motor DC de alto torque de 12V que alimentei usando baterias de íon de lítio de 3,7V conectadas em série que dão cerca de 12V. Então agora usando o potenciômetro podemos controlar a velocidade do motor DC, ou o sinal PWM produzido pelo 555 Timer IC.

Espero que tenham gostado deste tutorial e aprendido algo novo. Sinta-se à vontade para fazer qualquer pergunta na seção de comentários abaixo.

Como o motor sem escova e o ESC funcionam 555 Timer IC - Princípio de Funcionamento, Diagrama de Blocos, Esquema do Circuito