Politechnika Opolska

Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki

Instytut Układów Elektromechanicznych i Elektroniki Przemysłowej

Projekt Elektronika i energoelektronika II

Studia stacjonarne pierwszego stopnia

Elektrotechnika III

Projekt zasilacza PWM do silnika prądu stałego.

Prowadzący: ----------------		Pracę wykonał: ---------- nr albumu: -------------

Opole, -------------

1. Cel projektu:

Celem projektu jest zaprojektowanie prostego zasilacza PWM do silnika prądu stałego, zapoznanie się z jego budową oraz zasadą działania.

1. Opis układu:

Zasilacz PWM pozwala na sterowanie prędkością obrotową silnika prądu stałego poprzez zmianę szerokości impulsów zasilania (Pulse Width Modulation – w skrócie PWM). W centrum projektowanego układu jest timer NE555, który pracuje jako generator astabilny, który generuje impulsy o zmiennej szerokości i stałej częstotliwości. Zasada modulacji szerokości impulsów zasilania została zobrazowana na rysunku poniżej:

Za częstotliwość pracy układu odpowiadają 2 elementy: kondensator C1 oraz potencjometr POT1. Częstotliwość projektowanego układu wynosi około 140 Hz. Jej wartość można zwiększyć odpowiednio dopasowując wartość pojemności C1 lub rezystancji POT1. Do wyznaczenia wartości parametrów elementów układu wykorzystano sieciowy kalkulator NE555, który pozwala nam na wyznaczenie wartości rezystancji R2 i POT1 oraz pojemności C1 dla żądanej częstotliwości i współczynnika wypełnienia. Potencjometr POT1 pozwala na regulację współczynnika wypełnienia w zakresie od 5% do 90%. W celu zwiększenia zakresu regulacji można zastosować diody Schottky’ego zamiast użytych diod sygnałowych. Na diodach Schottkye’go występują mniejsze spadki napięć, co pozwala nam na dokładniejszą regulację (w zakresie od 2% do 98%). Dany układ zaprojektowano na napięcie stałe o wartości od 5 do 15 voltów, gdyż jest to napięcie znamionowe timera NE555. Elementem wykonawczym w układzie jest tranzystor MOSFET IRFZ44N. Do silnika prądu stałego dołączono równolegle diodę prostowniczą podłączoną w kierunku zaporowym, której zadaniem jest ochrona tranzystora MOSFET przed przebiciem ładunkiem, który indukuje się w uzwojeniu silnika.

1. Wykaz elementów układu:

1. Timer NE555 (podstawka DIL8)

2. Tranzystor MOSFET IRFZ44N

3. Dioda D1 1N4148

4. Dioda D2 1N4148

5. Kondensator ceramiczny C1 o pojemności 100nF

6. Kondensator ceramiczny C2 o pojemności 10nF

7. Rezystor R1 o rezystancji 47 Ohm

8. Rezystor R2 o rezystancji 1 kOhm

9. Potencjometr POT1 o regulowanej rezystancji w zakresie od 0 do 50 kOhm

10. Dioda D3 1N4007

11. Płytka drukowana

12. Silnik prądu stałego na napięcie U_N = 15V

1. Schemat układu (wykonany w programie Eagle):

Sposób podłączenia silnika:

1. Projekt płytki PCB (wykonany w programie Eagle):

1. Sposób zasilenia i obciążenia układu (wykonano w programie Eagle):

1. Ważniejsze parametry elementów z Datasheet:

1. Timer NE555:

• Napięcie zasilania 4,5 – 15V

• Prąd zasilania (V_CC = +5V) 3 – 6 mA

• Prąd zasilania (V_CC = +15V) 10 – 15 mA

• Prąd wyjściowy 200 mA

• Pobór mocy 600mW

• Temperatura działania 0 – 70 °C

1. Tranzystor MOSFET IRFZ44N

• Napięcie dren –źródło 55V

• Prąd drenu 49A

• Moc 94W

• Obudowa TO220AB

• Napięcie bramka-źródło 20V

• Rezystancja w stanie przewodzenia 17,5 mΩ

1. Dioda 1N4148

• Obudowa szklana

• U_RRM 75V

• I_f 0,15A

• U_F 1V

1. Dioda 1N4007

• U_RRM 1000V

• I_F 1A

• U_F 1,2V

• Obudowa z tworzywa

1. Wnioski:

Ideą zaprojektowanego układu jest zasilenie oraz regulacja prędkości obrotowej silnika prądu stałego. Elementy układu zostały dobrane za pomocą kalkulatora NE555. Układ można zasilać napięciem stałym o wartości od 5 do 15 V. Gdyby układ zasilono większym napięciem element NE555 mógłby ulec „spaleniu”. Schemat podłączenia silnika przedstawiono na osobnym schemacie, ponieważ sam układ sterowania jest uniwersalny (można go użyć również do sterowania np. natężenia oświetlenia taśm LED). Koszt elementów układu mieści się w granicach 15 zł (z pominięciem silnika prądu stałego).