へっぽこ、ミニマル、DIY
2018-09-16 footfoot (9)

555のPWMモーター速度可変回路を電圧制御にしてみる

電圧制御のIC555PWMモーター回転可変回路をブレッドボードでテスト

DCモーターの速度を調節する回路はタイマーIC555を使ったPWM(スイッチング方式)がありますけど、それを応用して電圧制御のPWMモーター速度可変回路を作ってみました。

なぜ電圧制御にするのかというと、自作してるモジュラーシンセは基本的に電圧でコントロールするのでモーターも電圧制御にしとけば楽しいかなと。例えばLFOをCVに繋いでモーターの速度を変調できたりします。まーでも電圧制御にしなきゃいけない状況って少ない気がする。

あ、PWM(パスル幅変調)は、スイッチON/OFFの割合(デューティ比)を変える手法です。

回路

回路は秋月電子のPWM(スイッチング方式)DCモーター速度可変キットを参考にしました。このPWM回路を電圧制御にするのは簡単で、タイマーIC555の5ピンCV(Control Voltage)でパルスのデューティ比を変えられるので電圧を入力するだけ。部品数も少ないし基本回路よりシンプル。

電圧制御のPWMモーター速度可変の回路図。Schematics.comで作成。

電圧制御のPWMモーター速度可変回路をブレッドボードでテスト。

スイッチング周波数はR1R2とC1で決まって大体20kHzぐらい。5ピンを使うと周波数が多少変わるけどモーター駆動なら周波数が変わっても問題ないので無視でいいと思う。

LMC555にしたのはCMOSだしNE555より省エネでいいかなと。ちょっと高いけど。DCモーターをスイッチするNchのパワーMOSFETはエンハンストメント型。DCモーターに並列してるシリコンダイオードは逆起電力の対策用らしいです。(なんとなくしかわかってない)

電源は9Vで試したけどLMC555は1.5V~15Vと広い電源で扱えます。NE555は4.5V~18V。ただMOSFETをONにするためのゲートしきい値電圧VGS(th)があるので電源電圧が低すぎると不完全なスイッチングになるかも。

注意点

5ピンに入力するCVの抵抗値R5は1kにしてますけど、LTSpiceのシミュレーションによると抵抗値が高くなるにつれてデューティ比の変化が鈍くなるので速度変化も鈍ります。LMC555なら10k程度までにしたほうがいいかな。NE555はもっと低くしたほうがいいみたい。

それとこの回路は555の3ピンの出力に対してモーターのON/OFFは反転します。反転しないほうがよかったけどパーツが増えるぐらいならこのままでもいいかなぁ。

LTSpiceでシミュレーション

ちょっと雑ではありますがLTSpiceでシミュレーションしました。

LtSpiceで電圧制御のPWMのDCモーター速度可変回路をシミュレーション

DCモーターはコイルで代替(いいのか?)。555はTLC555だけどたぶんLMC555と大差ないはず。CV電圧は0~9V。

がCVの電圧。がモーターとMOSFET間の電圧。なぜか1~10Vになってるけどコイルの仕業かな?

CVが8Vのパルス。デューティ比20%ぐらいなのでモーターは低速。

LTSpiceの電圧制御PWMシミュレーション。8Vのデューティ比は20%ぐらい

CVが電源の半分4.5V付近のパルス。デューティ比約50%。中速。

LTSpiceの電圧制御PWMシミュレーション。4.5Vのデューティ比は約50%

CVが1Vのパルス。デューティ比80%程度で高速。

LTSpiceの電圧制御PWMシミュレーション。1V付近のデューティ比は80%近い

R1とR2の抵抗値でデューティ比の調節したので、電源電圧1/2を中心にだいたい直線的な変化になりました。(シミュレーションでは)。モーター速度の範囲を調節するときはCVの電圧かR1とR2でも調節できますね。

 


9 コメント

#1  - やま :

失礼します。

質問があり、コメントさせていただきました。
なぜ、cvに交流が使われてあるのでしょうか。

よろしくお願いします。

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#2  - footfoot :

やまさんこんにちは。
CVは分圧した可変抵抗をグリグリ回して電圧を変更するイメージだったので交流マークを使いました。わかりにくかったですかね(´ω`;)
モーターの速度はそんなに変えるもんじゃないか。あ、交流と言っても電源電圧の範囲(0~9V)なので正確には脈流かな
一応、低い周波数のオシレーター(LFO)をCVに入力すれば速度変調できるのでモジュラーシンセ等で遊べるよという意味もありましたが、シンセでモーターを使う人なんてそうそういないかな・・

返信
#3  - やま :

早速、回答していただいてありがとう御座います。

そうでしたか、理解できました。

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#4  - 名無し :

同じ回路を作成してみたのですが、デューティ比が最大でも50パーセント程度で、100パーセントになりません。

アドバイスが頂ければ幸いです。

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#5  - 名無し :

可変抵抗器は、RV16YP 15S B104を使用しています。

http://www.tocos-j.co.jp/jp/catalog/data/RV16_Series.pdf

よろしくお願い致します。

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#6  - footfoot :

うーん、555の5ピンの抵抗値かもしれません。555はNE555かLMC555のどちらをお使いでしょうか。
NE555の5ピンは抵抗成分があるとデューティ比があまり変わらず50%に近くなります。LMC555なら入力抵抗が高いのである程度の抵抗値があっても(50kぐらい?)ならデューティ比が変わってくれるので、可変抵抗で分圧した電圧をそのまま使えます。

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#7  - 名無し :

早速のお返事ありがとうございます。

LMC555を使用してます。
可変抵抗は40kΩの間違いでした。

5ピンの入力抵抗について、理解できませんでした。9ボルトが分圧されるのでしょうか。

コントロールボルテージを使用した場合の、デューティ比の計算の仕方も理解できていません。

よろしくお願い致します。

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#8  - footfoot :

5ピンを使ったデューティ比の計算はLtspice任せなのでぼくもよくわかりません(´ω`;)
5ピンのCVは充放電のてっぺんを決めてる感じなんですが、計算は抵抗値も絡んできて面倒くさそうです。
Ltspiceをお使いでしたらTLC555のモデルを探してみてください。LMC555とほぼ同じかと。

40kの可変抵抗なら問題なくデューティ比は変わると思います。ツマミを回して電圧を可変できているでしょうか。
通常、左の端子にGND、右に電源を繋げば真ん中の端子から分圧した電圧がとりだせるはずです。

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#9  - 名無し :

D=R1/(R1+2*R2)

上の式で計算し、37.5%になりました。

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