火車模型是我們每個人在童年時都玩過的有趣玩具?,F(xiàn)在市場上有許多復(fù)雜而有吸引力的模型列車,但為其構(gòu)建控制器的基本原理保持不變。我構(gòu)建了一個模型列車控制器,它配備了使用PWM技術(shù)的加速和減速控制。還有正向反向按鈕來控制方向。
模型列車控制器電路:
控制器單元:
電源單元:
電路圖工作原理圖:
有關(guān)此討論,請參閱控制器單元電路。振蕩器的心臟是 U1A、R1-R5 和
C2。R1和R3將V1電源電壓分成兩半,其組合電阻為R1*R3/(R1+R3) = 50K。由于 R2 = 100K,當(dāng) U1A 的輸出從接地切換到 15 伏
(+V1) 時,U1A+ 和 R1、R2、R3 的結(jié)點從 5 伏切換到 10 伏。R5 開始為 C2 充電。當(dāng) C2 充電超過 10 伏時,U1A- 的輸入高于
U1A+。這會導(dǎo)致 U1A 的輸出切換到 0 伏。反過來,U1A+ 和 R1、R2、R3 的結(jié)點從 10 伏切換到 5 伏。R5開始放電C2。當(dāng) C2 放電低于
5 伏時,U1A- 的輸入低于 U1A+。
U1A 的輸出從 0 伏切換到 15 伏(+V1),U1A+ 的結(jié)點和 R1、R2、R3 從 5 伏切換到 10
伏。R5開始向C2充電,循環(huán)不斷重復(fù)。C2在+V11/3(5V)和+V12/3(10V)之間不斷上升和下降。真正酷的是,即使電源電壓+V1發(fā)生變化,該電路也會以相同的頻率振蕩!為列車控制器選擇的振蕩器頻率約為
50 Hz(20 mS 周期)。
選擇低頻是為了使電機電樞可以緩慢轉(zhuǎn)動,一次一段地以非常慢的速度進行控制。列車電機通常具有2 mS至5
mS的時間常數(shù),因此PWM周期必須至少是其五到十倍才能具有良好的慢速控制。
速度控制單元:
U1B 用作比較器,提供 0% 至 100% PWM 輸出。R6、R7和R8構(gòu)成電阻分壓器。請注意,R6和R8的電阻比電位計R10低7%。計算
15*(R7+R8)/(R6+R7+R8) = 15*19.1K/(28.2K) = 10.16 伏,全順時針(100%
ON),15R8/(R6+R7+R8) = 159.1/28.2 = 4.84 伏,完全逆時針(0% 關(guān)閉)。U1B- 輸入連接到 R5 和 C2
的結(jié)點,該結(jié)點在 5 到 10 伏之間上下斜坡。U1B+ 連接到電位計 R7 上的游標(biāo)。
當(dāng)振蕩器斜坡電壓低于游標(biāo)基準(zhǔn)電壓時,U1B的輸出變?yōu)楦唠娖剑?dāng)振蕩器斜坡電壓高于游標(biāo)基準(zhǔn)電壓時,U1B的輸出為低電平。由于游標(biāo)基準(zhǔn)電壓可以設(shè)置為低于最低斜坡電壓,因此可實現(xiàn)
100% 導(dǎo)通時間。此外,由于游標(biāo)基準(zhǔn)電壓可以設(shè)置為高于最高斜坡電壓,因此可以設(shè)定為 0% 導(dǎo)通時間 (100% 關(guān)斷)。這不能用 555
計時器完成。所以O(shè)FF真的可以關(guān)閉,ON可以完全打開。
U1B 的輸出連接到開關(guān)為負載供電。在圖1中,輸出通過R10連接到Q1的柵極,Q44是一個IRLZ3
MOSFET晶體管。D11和R1保護Q12的柵極不被電壓過驅(qū)動。R1為Q4提供輕阻性負載,而D1保護Q《》免受感性負載和電壓尖峰的影響。
S1、R9 和 C3 為列車控制器提供 ACCEL/DECEL 功能。當(dāng)開關(guān) S1(加速/減速開/關(guān))斷開時,R9 和 C3 導(dǎo)致 U1B+
輸入端的游標(biāo)參考電壓隨著 R7 向上或向下調(diào)整而變化非常緩慢。這為模型鐵路列車提供了緩慢的加速或動量效應(yīng)。由 R9 和 C3 設(shè)置的 ACCEL/DECAL
時間常數(shù)約為 30 秒。這是加速到全速或減速到停止所需的時間。開關(guān) S2 是 DPDT 滑動開關(guān),接線以提供正向/反極性功能。
上述電路設(shè)計用于雙通道、軌道或列車控制。但是,您可以擴展此電路以控制多達3個通道。為此,復(fù)制R6-R12、C3、U1B、D3-D4和Q1,請使用IC
LM324四通道運算放大器進行2或3通道。通道 2 指定 = U1C, R6=R13, R7=R14, R8=15, R9=R16, C3=C4,
R10=R17, R11=R18, D3=D5, R13=R19, D4=D6,Q1=Q2,S1=S3,S2=S4。這樣做,您將在項目中獲得額外的頻道。
電路板設(shè)計:
內(nèi)置控制器:
控制器內(nèi)部電路板
雙通道列車控制器
注意:
U1A+、R5、C2 最多可連接三個總速度控制裝置,以運行單獨的軌道環(huán)路功能。
T1 可能需要更高的額定功培來適應(yīng)多個軌道和列車。
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