我已经使用 555 IC 构建了一个简单的 PWM,以驱动光学斩波器的电机,我希望能够使用斩波器信号的输出作为 PWM 的速度校正反馈。我想我应该可以使用 555 芯片上的引脚 5 来做到这一点,但我不知道该怎么做。目前的想法是通过 F/V 转换器将来自斩波器的信号输入某种比较器,然后使用该输出来增加/减少 PWM 的占空比以向上或向下调整电机的速度。我认为我走在正确的轨道上,我只是不知道如何去做,因为我是一名涉足电子领域的天文学家,但没有在电路设计方面接受过任何真正的培训。如果可以的话请帮忙。
如何使用 pin5 控制基于 555 的 PWM 的占空比?
tcrosley 建议的解决方案是一个很受欢迎的解决方案,使用非常便宜的部件,并且确实包括 555。
如果您想尝试另一种类型的芯片,LTC6992就是专为此类应用而设计的。它采用相当小的 6 针 SMT 封装,因此除非您正在制作 PCB,否则您需要一个分线板或评估板才能使用它。
它接受 0-1V 控制信号,您可以在 SET 和 DIV 引脚上使用(最多)三个电阻器对频率和频率范围进行编程,频率范围从小于 4 Hz 到 1 MHz。
我在这里找到了以下电路,上面写着:它“将调整占空比 0-100%,同时保持基频稳定”。
您可以使用来自反馈回路的可变电压而不是电位器来为比较器的 + 输入供电。
不稳定的 555 定时器
下图是根据维基百科在非稳定模式下 555 的接线:
引脚 6 的电压将在\$0.5V_\text{ctrl}\$和\$V_\text{ctrl}\$之间“反弹” 。当引脚 6 的电压上升时,引脚 3 保持高电平,而当引脚 6 上的电压下降时,引脚 3 保持低电平。脉冲的占空比和周期取决于您选择的电阻和电容。
在这种安排中,引脚 5 的电压保持在\$V_\text{ctrl} = 2/3 V_\text{cc}\$,但是如果您将引脚 5 保持在不同的电压,则可以覆盖此设置。这样做会改变引脚 6 上电压的上限(和下限)。要了解这如何影响时序,我们需要深入研究充电电容器的数学。当然,充电电容的电压可以用以下公式建模: $$V(t) = V_0(1-e^{\frac{-t}{\tau_c}})$$ 在这个等式中\$V (t)\$是电容器在时间\$t\$的电压,\$V_0\$是电容器的初始电压和稳态电压之间的差值,\$\tau_c\$是充电时间常数。对于不稳定的 555:\$\tau_c = (R_1 + R_2) C\$。
“准时
假设 555 已经预热并且输出从低电平切换到高电平,这对应于电容器的电压(我们称之为\$V_C\$)为\$0.5 V_\text{ctrl} \$。此后,电容器将充电;当\$V_C\$达到\$V_\text{ctrl}\$时,输出将从高电平切换到低电平,并且电容器将开始放电(稍后会详细介绍)。我们将电容器充电所花费的时间称为\$t_\text{on}\$。假设电容器开始充电的时刻为\$t=0\$,我们可以将电容器的充电方程表述为: $$V(t) = (V_\text{cc} - 0.5 V_\text{ctrl})(1-e^\frac{-t}{\tau_c}) + 0.5V_\text{ctrl}$$ 基于根据上述定义:\$V(t_\text{on}) = V_\text{ctrl}\$。把这些放在一起,我们可以解决\$t_\text{on}\$(这是给读者的练习)。 $$t_\text{on} = \tau_c \ln\left(\frac{V_\text{cc} - 0.5V_\text{ctrl}}{V_\text{cc} - V_\text{ctrl}} \对)$$
在标准的 astable 555 中,\$V_\text{ctrl} = \frac{2}{3}V_\text{cc}\$,使用这个我们可以将上面的等式简化为\$t_\text{on} = \tau_c \ln(2)\$。这对读者来说应该很熟悉。但是,当我们调整\$V_\text{ctrl}\$时,我们会看到\$t_\text{on}\$的值变化很大,如下所示(渐近行为为\$V_\text{ctrl} \rightarrow V_\text{cc}\$ )。
“关”时间
现在我们将证明“关闭”时间不依赖于\$V_\text{ctrl}\$。我们知道放电电容器可以用以下关系建模: $$V(t) = V_0 e^\frac{-t}{\tau_d}$$ 其中\$V_0\$是初始电压(在这种情况下\$V_0 = V_\text{ctrl}\$ ),\$V(t)\$是\$t\$时刻的电压,\ $\tau_d\$是放电时间常数(\$\tau_d = R_2C\$ )。
假设\$t_\text{off}\$是电容器从\$V_\text{ctrl}\$放电到\$0.5V_\text{ctrl}\$所需的时间长度。将此信息代入放电方程,我们得到: $$0.5V_\text{ctrl} = V_\text{ctrl}e^\frac{-t_\text{off}}{\tau_d}$$ 求解\$t_\ text{off}\$给出了 555 定时器在非稳定模式下的熟悉关系。 $$t_\text{off} = \tau_d \ln(2)$$
结论
正如我们所见,向引脚 5 施加电压将通过改变输出为高电平的时间量而改变输出为低电平的时间量来改变占空比和周期。当\$V_\text{ctrl} < \frac{2}{3}V_\text{cc时 \$V_ \text{ctrl}\$和 \$t_\text{on}\$的变化基本是线性的}\$,所以在设置反馈时要考虑到这一点。
关于您的应用,我不确定您打算将什么信号反馈到引脚 5。如果您需要一些建议,您需要发布电路原理图!
杰出的!示意图(我相信是 tcrosley 的)对与 PWM 电机控制相关的问题进行了分类。即标准的 555 非稳态是 50% 到 100% 的占空比。将其反转为 0% 到 50%。
所以:通过 R1 和 R2(两者都可以固定)和 C1 将非稳态设置为您选择的频率。官方输出是来自引脚 3 的方波。忽略它,但将来自引脚 6 的三角波(ish)带到比较器 U2a。另一个比较器输入由分压器 R4-R5-R6 设置。简单!我需要这个,我要试试