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555のPWMモーター速度可変回路を電圧制御にしてみる

footfoot - 2017-01-07
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。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。

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

電圧制御のPWM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。

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。

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