Controlador de Velocidad Motor DC PWM con Timer 555: Construcción y Diseño PCB

En este tutorial aprenderemos cómo hacer un controlador de velocidad de motor DC PWM usando el IC Timer 555. Analizaremos en detalle cómo funciona el circuito generador PWM del Timer 555, cómo usarlo para controlar la velocidad de un motor DC y cómo hacer un PCB personalizado para ello.

Puedes ver el siguiente vídeo o leer el tutorial escrito a continuación.

Visión General

Podemos controlar la velocidad del motor DC controlando el voltaje de entrada del motor. Para ese propósito podemos usar PWM, o modulación por ancho de pulso.

Control de Velocidad Motor DC PWM

PWM es un método a través del cual podemos generar voltaje variable encendiendo y apagando la energía que va al dispositivo electrónico a una tasa rápida. El voltaje promedio depende del ciclo de trabajo de la señal, o la cantidad de tiempo que la señal está ON versus la cantidad de tiempo que la señal está OFF en un solo período de tiempo.

Circuito Generador PWM Timer 555

El Timer 555 es capaz de generar señal PWM cuando se configura en modo astable. Si no estás familiarizado con el Timer 555, puedes consultar mi tutorial anterior donde expliqué en detalle qué hay dentro y cómo funciona el IC Timer 555.

Aquí está un circuito básico del Timer 555 operando en modo astable y podemos notar que la salida es HIGH cuando el capacitor C1 se está cargando a través de las resistencias R1 y R2.

Por otro lado, la salida del IC es LOW cuando el capacitor C1 se está descargando pero solo a través de la resistencia R2. Así que podemos notar que si cambiamos los valores de cualquiera de estos tres componentes obtendremos diferentes tiempos ON y OFF, o diferente ciclo de trabajo de la señal de onda cuadrada de salida. Una forma fácil e instantánea de hacer esto es reemplazar la resistencia R2 con un potenciómetro, y adicionalmente agregar dos diodos en el circuito.

En esta configuración, el tiempo ON dependerá de la resistencia R1, el lado izquierdo del potenciómetro y el capacitor C1, mientras que el tiempo OFF dependerá del capacitor C1 y el lado derecho del potenciómetro. También podemos notar que en esta configuración el período de un ciclo, por lo tanto la frecuencia, siempre será la misma, porque la resistencia total, mientras se carga y descarga, permanecerá igual.

Generalmente, la resistencia R1 es mucho menor que la resistencia del potenciómetro, por ejemplo, 1K comparado con 100K del potenciómetro. De esa manera tenemos 99% de control sobre la resistencia de carga y descarga en el circuito. El pin de control del Timer 555 no se usa pero está conectado a un capacitor de 100nF para eliminar cualquier ruido externo de ese terminal. El reset, pin número 4, es activo en bajo, por lo tanto, está conectado a VCC para evitar cualquier reinicio no deseado de la salida.

La salida del timer 555 puede absorber o suministrar una corriente de 200mA a la carga. Así que si el motor que queremos controlar supera esta capacidad, necesitamos usar un transistor o un MOSFET para impulsar el motor. En este ejemplo, usé un transistor Darlington (TIP122) que puede manejar una corriente de hasta 5A.

La salida del IC necesita conectarse a la base del transistor a través de una resistencia, y en mi caso usé una resistencia de 1k. Para prevenir picos de voltaje producidos por el motor, necesitamos usar un diodo flyback que se conecta en paralelo con el motor.

Diseño de PCB para el Controlador de Velocidad Motor DC PWM

Ahora podemos pasar a diseñar un PCB personalizado para este circuito. Para ese propósito usaré el software gratuito en línea EasyEDA. Aquí podemos empezar buscando y colocando los componentes en el lienzo en blanco. La librería tiene cientos de miles de componentes, así que no tuve ningún problema para encontrar todos los componentes requeridos para este circuito del controlador de velocidad motor DC PWM.

Después de insertar los componentes, necesitamos crear el contorno de la placa y empezar a organizar los componentes. Los dos capacitores deben colocarse lo más cerca posible del Timer 555, mientras que los otros componentes pueden colocarse donde queramos, pero aún en una disposición lógica según el esquema del circuito.

Usando la herramienta de enrutamiento, necesitamos conectar todos los componentes. La herramienta de enrutamiento es bastante intuitiva y fácil de trabajar. Podemos usar tanto la capa superior como la inferior para evitar cruces y hacer las pistas más cortas.

Los pads de los componentes que necesitan conectarse a Tierra se configuran a Tierra a través de la pestaña Propiedades del Pad, donde necesitamos escribir GND en la etiqueta "Net" cuando el pad está seleccionado.

Podemos usar la capa de seda para agregar texto a la placa. También podemos insertar un archivo de imagen, así que agregué una imagen de mi logo del sitio web para que se imprima en la placa. Al final, usando la herramienta de área de cobre, necesitamos crear el área de tierra del PCB.

Puedes encontrar los archivos del proyecto EasyEDA de este proyecto aquí.

Una vez que terminemos con el diseño, solo necesitamos hacer clic en el botón "Gerber output", guardar el proyecto y podremos descargar los archivos Gerber que se usan para fabricar el PCB. Podemos ordenar el PCB de JLCPCB que son el servicio de fabricación de PCB de EasyEDA, y también son los patrocinadores de este vídeo.

Aquí podemos simplemente arrastrar y soltar el archivo zip descargado de los archivos Gerber. Después de subir, podemos revisar una vez más nuestro PCB en el visor de Gerber. Si todo está bien, podemos seleccionar hasta 10 PCBs y conseguirlos por solo 2 dólares.

Ensamblaje del PCB Controlador de Velocidad Motor DC PWM

Sin embargo, después de una semana los PCBs han llegado y debo admitir que es bastante satisfactorio tener tu propio diseño de PCB fabricado. La calidad de los PCBs es genial y todo es exactamente igual que en el diseño.

Ok, así que ahora podemos pasar a insertar los componentes en el PCB.

Puedes conseguir los componentes necesarios para este ejemplo en los enlaces a continuación:

• IC Timer NE555P……………………………
• R1 = R2 = 1k Ohm………………………….
• C1 = C2 = 100nF……………………………..
• D1 = D2 = D3 = 1N4004………………….
• Potenciómetro = 100k Ohm…………….
• Transistor – Darlington TIP122……….
• 2 Bornes de terminal ………………………….

Primero inserté los componentes más pequeños: las resistencias, los diodos y los capacitores.

Doblé sus patillas en el otro lado para que se mantengan en posición cuando voltee la placa para soldar. En cuanto a los componentes más grandes, usé cinta de enmascarar para mantenerlos en su lugar al voltear la placa.

Aquí está la apariencia final de la placa y lo que queda ahora es conectar un motor DC y una fuente de alimentación adecuada para él.

Usé un motor DC de alto par de 12V que alimenté usando tres baterías Li-ion de 3.7V conectadas en serie que dan alrededor de 12V. Así que ahora, usando el potenciómetro, somos capaces de controlar la velocidad del motor DC, o la señal PWM producida por el IC Timer 555.

Espero que hayas disfrutado este tutorial y aprendido algo nuevo. Siéntete libre de hacer cualquier pregunta en la sección de comentarios a continuación.