使用脉冲宽度调制的直流电机速度控制

1. 引言

在本项目中，我将展示如何使用555定时器和脉冲宽度调制（PWM）来实现直流电机的速度控制。

我们在日常生活中使用的许多系统中都使用了直流电机。例如，CPU风扇、烟雾灭火器、玩具汽车等，这些直流电机都是由直流电源供电的。大多数情况下，我们需要根据需求调整电机的速度。

以CPU风扇为例，当CPU执行如游戏或视频编辑等重任务时，风扇必须高速运行。但对于像文档编辑这样的常规使用，风扇的速度可以降低。

尽管某些系统具备自动调整风扇速度的功能，但并非所有系统都具备此功能。因此，我们有时需要手动调整直流电机的速度。

有多种方法可以手动调整直流电机的速度。最简单的方法是使用可变电阻，即通过在电机与可变电阻串联的方式调整直流电机的速度。

但这种方法通常不被采用，原因有两个。第一个原因是能量浪费，即电阻会以热的形式耗散多余的能量。第二个原因是，如果我们要使用微控制器或其他数字设备来自动化直流电机的速度控制，则无法使用这种方法。

更高效的方法是使用脉冲宽度调制技术来控制直流电机的速度。

我不会解释555 IC的引脚图，并假设您已经熟悉它。继续电路设计，555的引脚1连接到地。引脚8和4连接到+12V电源。

引脚6和2短接，并在引脚2和地之间连接一个100nF电容器。电位器的滑动端连接到555的引脚3。两个肖特基二极管（1N5819）连接到电位器的另外两个引脚，如电路图所示。

两个二极管的公共端连接到引脚2。引脚7通过一个10KΩ电阻上拉。MOSFET的栅极连接到555的引脚7。电机连接在+12V电源和MOSFET的漏极之间，而MOSFET的源极连接到地。

在电机端子之间连接一个PN结二极管以防止反电动势。

注意： 我没有使用肖特基二极管，而是用普通的1N4007二极管替换了它们，因为PWM的频率较低（大约220Hz）。

在该电路中，直流电机由555集成电路驱动。电路中的555 IC工作在无稳态模式下，产生连续的高电平和低电平脉冲。

在这种模式下，555 IC可以通过对电路进行一些小调整来用作脉冲宽度调制器。电路的工作频率由连接到它的电阻和电容的参数决定。

注意：

这个电路的一个优点是，您可以使用少量硬件和低成本将其作为无稳态多谐振荡器使用，这不仅可以节省制作成本，还可以节省印刷电路板（PCB）上的空间。
如果您需要一个更精密的脉冲宽度调制器，具有更高的调整能力，则使用基于微控制器的脉冲宽度调制器比我们现在使用的更好。
然而，我们使用脉冲宽度调制器的电路或应用并不敏感，因此不需要太高的精度。在这种情况下，我们使用的仅包含555 IC的电路更好，因为它可以节省我们的资金和空间资源。
通过改变电位器的值可以改变电路的占空比。如果增加占空比，电机的速度会增加；如果减少占空比，电机的速度会降低。