2010-12-07 03:20:26 · Author: 五帝 · Tagged with:
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下面图片中的这种小型手电钻已经用了一年了,基本就是给覆铜板打孔用。

不过想以后做的东西最好能带外壳。对于最常用的开孔操作,塑料壳应该是最方便加工的了。但这个电钻接 12V 电压时速度很快,打塑料壳时会导致塑料很快就融化了,然后钻头就给堵住了。改成接 5V 电压后速度倒是下来了,可是一打孔,负载一加重,速度就降下来了。所以开始考虑给这个电钻做一个调速器。因为没法在电钻上加测速装置,就只能从电钻的供电上下手了。
直流电机调速有专用的 IC 可用 (TDA1151, TDA7274, LA5527, KA6903, ...),一般都是基于比例电流控制的,不过个人小量买的话比较麻烦,价格也不好。考虑过基于这个原理搭一个分立的,但发现其中的恒流源比较麻烦。
后来按《直流电动机实际应用技巧》中所说的桥式伺服控制的原理,用运放和功率BJT搭了一个,但好像补偿一直不对,而且实际应用时调速需要的可变电压源比较麻烦。而后又看了《红/绿/蓝/黄版电子电路》中的一些此类电路,不是要求电流采样电阻等于电机电枢电阻,就是用四端稳压器,改都不好改。
于是干脆直接按补偿的原理,用运放根据电流算出最后要加在电机上的电压。开始时 P2 所接电位器设置的期望反向电动势是接了一级电压跟随器后加到同相放大级上的,后来由于使用的总的运放数达到了 5 个,就把电位器滑动端直接接到了同相输入级的输入上,但是把输入电阻和反馈电阻都增大到 100K,放大结果误差不大。
最终电路图如下:

电路的原理很简单明了,通过采样电阻将通过电钻电机的电流转换为电压后,进行一定倍数的放大,使放大后的电压等于电枢电阻上的电压,再加上期望的反向电动势大小,得到的就是要加在电机上的电压。
第一级差分放大的放大倍数为 10 倍,第二级同相放大为 2 倍,中间加了一个电位器使放大倍数下限可以达到 0,以适应电机的电枢电阻小于采样电阻的情况。所以这个电路适合电枢电阻为 0Ω 到 0.47 * 20 = 9.4Ω 的电机。
最终成品如下:


因为开始做这个调速器时是实验目的的,所以电路中存在一些问题:
1. LM324 电源管脚上没加退耦电容
2. 差分输入端和最后比较器的反相输入端没加低通滤波器
3. Q1 可能的最大耗散功率没计算,不清楚目前的小散热片是否够用
4. 最终提供给电机的输出没有短路保护,短路的话会直接导致 Q1, R15 烧毁
PS,这个小手钻自带的适配器应该是虚标了,标的是 12V 1A,但当输出电流达到 0.7A 时电压会掉到 5V 多,实际最大输出功率不到 4W。我把适配器换成一个以前买的 12V 3A 的接到这个调速器上用就没问题了。