Сенсорный регулятор скорости вращения электродвигателя
Одно из неудобств при использовании сенсорных регуляторов скорости вращения для микродрели [1] - нестабильность параметров резистивного датчика-сенсора.
Если применить специализированные микросхемы серии ТТР22х, в регуляторе можно реализовать двух- или трёхступенчатую регулировку скорости вращения. Эти микросхемы предназначены для построения сенсорных датчиков (бесконтактных кнопок), с помощью которых можно формировать команды управления с логическими уровнями [2].
Принципиальная схема
Схема сенсорного ёмкостного регулятора показана на рис. 1. На микросхемах DA1 и DA2 собраны два ёмкостных датчика, каждый из которых управляет "своим" мощным полевым транзистором. Схема включения микросхем соответствует режиму "кнопка”. Напряжение питания микросхем стабилизировано параметрическим стабилизатором напряжения на элементах VD1, R1 и С1. Конденсатор С1 подавляет помехи по цепи питания.
Рис. 1. Принципиальная схема сенсорного регулятора скорости вращения электродвигателя.
Питание на электродвигатель М1 подаётся по двум цепям - напрямую через транзистор VТ1 и через гасящий резистор R2 и транзистор VТ2. Диод VD2 подавляет выбросы напряжения на электродвигателе.
Конденсатор С2 подавляет помехи по цепи питания, возникающие при работе электродвигателя. Чтобы исключить возможность подключения напряжения питания в неправильной полярности, установлен диодный мост VD3-VD6.
Регулятор работает следующим образом. После подачи питающего напряжения микросхемы DA1 и DA2 калибруются, и на их выходах Q появляется низкий логический уровень. В результате транзисторы закрыты и электродвигатель обесточен.
При приближении пальца к сенсорному элементу Е2 микросхема DA2 переключится, и на ее выходе появляется высокий уровень (5 В). В результате транзистор VТ2 открывается и на электродвигатель питающее напряжение поступает через токоограничивающий резистор R2. Скорость вращения его вала в этом случае существенно меньше максимальной.
При приближении к сенсорному элементу Е1 переключится микросхема DA1, откроется транзистор VТ 1, и на электродвигатель поступит всё питающее напряжение. При удалении пальца от сенсорных элементов всё происходит в обратном порядке. Если устройство питать от регулируемого блока питания, максимальную скорость вращения можно установить с помощью напряжения питания.
Детали и печатная плата
Все элементы размещены на двух круглых односторонних печатных платах. Их диаметр равен диаметру электродвигателя. На первой из них установлены транзисторы, диоды, конденсатор С2 и резистор R2.
Рис. 2. Печатная плата для схемы сенсорного регулятора скорости вращения электродвигателя.
Рис. 3. Размещение деталей на печатной плате.
Чертёж платы показан на рис. 2, размещение элементов - на рис. 3, а её внешний вид - на рис. 4.
Рис. 4. Готовая плата регулятора.
Рис. 5. Печатная плата стороны с сенсорами.
На второй плате установлены микросхемы, элементы параметрического стабилизатора и сформированы печатные площадки сенсорных элементов Е1 и Е2. Её чертёж показан на рис. 5.
Рабочая сторона этих элементов - противоположная показанной на этом рисунке. Размещение элементов показано на рис. 6, а внешний вид - на рис. 7.
Рис. 6. Расположение деталей на плате.
Применены элементы для поверхностного монтажа. Резисторы - типоразмера 1206, причем резистор R2 составлен из шести соединённых последовательно-параллельно резисторов мощностью 0,25 Вт и сопротивлением 22 Ом, но можно применить резисторы и другого типа.
Конденсатор С1 - типоразмера А или В, конденсатор С2 - типоразмера С или D. Транзисторы можно применить мощные с каналом п-типа, напряжением открывания 1...2 В, и в корпусе ТО-252, например IPD1303LA.
Применен электродвигатель ДМП-30Н1-09 с номинальным напряжением 12 В. Практика показала, что при сверлении в платах небольших отверстий питать этот регулятор целесообразно пониженным напряжением 9... 10 В.
Можно использовать и электродвигатели серии ДМП с номинальным напряжением 27 В. В этом случае питать регулятор целесообразно напряжением 18...20 В, сопротивление резистора R1 надо увеличить в три раза, а конденсатор С2 должен быть с номинальным напряжением 25 В.
Конструкцию регулятора поясняет рис. 8 Первая плата 8 приклеена к электродвигателю 1. В качестве корпуса регулятора применён полый диэлектрический цилиндр 2 длиной несколько сантиметров с внутренним диаметром, равным диаметру электродвигателя.
Цилиндр должен надеваться на электродвигатель с небольшим трением. Изготовить такой цилиндр можно самостоятельно, склеив его клеем ПВА из нескольких слоёв писчей бумаги [1].
Выводы 4 электродвигателя 1, выходящие сбоку через втулку 3, пропускают через первое отверстие и припаивают к соответствующим контактам первой платы 8. Аналогично через второе отверстие пропускают провода питания 5 и припаивают к плате 8.
Цилиндр 2 надевают на электродвигатель 1 сверху, для втулки 3 в цилиндре 2 вырезают паз соответствующей ширины. Вторую плату 6 соединяют с помощью тонких монтажных проводов 7 с платой 8.
Рис. 7. Готовая плата со стороны сенсоров.
Рис. 8. Конструкция регулятора.
После проверки работоспособности и налаживания устройства плату 6 приклеивают к верхней части цилиндра 2 по всему периметру.
При этом плату 6 надо расположить свободной от печатных проводников стороной вверх и сориентировать таким образом, чтобы при приближении к ней пальца ближайшим сенсорным элементом был элемент Е2. Вешний вид устройства показан на рис. 9.
Регулятор можно сделать трёхскоростным. Для этого с помощью навесного монтажа надо установить резистор R3, выделенный на рис. 1 цветом, и подобрать его так, чтобы при подаче питающего напряжения вал электродвигателя вращался очень медленно.
Рис. 9. Внешний вид устройства.
При малой скорости удобнее "прицеливаться*’ в точку сверления. Вторая скорость будет ‘'крейсерской'’, на которой сверлят отверстия. Для её установки подбирают резистор R2. И третья скорость - "форсаж”, т. е. максимальная.
Кроме подборки резистора R3, налаживание сводится к подборке резистора R2 для получения желаемой "крейсерской" скорости вращения вала электродвигателя.
Для повышения удобства микродрель можно снабдить осветительными диодами, как это сделано в [1]. Для удобства пользования регулятором с внешней стороны второй платы можно нанести метки, соответствующие скорости вращения вала электродвигателя.
Для уменьшения чувствительности сенсорных элементов Е1 и Е2 размеры их печатных площадок можно сделать меньше.
Печатная плата - Скачать.
И. Нечаев. г. Москва. Р-06-19.
Литература:
- Нечаев И. Сенсорный регулятор скорости вращения для микродрели. Р-04-2019.
- Нечаев И. Сенсорный выключатель (сенсорные кнопки) на микросхеме ТТР223. Р-05-2018.