Você sabe o que PWM – Parte 2

Na parte 1 do postVocê sabe o que PWM” publicado aqui no site em 15 de agosto e eu terminei o artigo apresentando um multivibrador astável construído com o 555.

Nesta segunda parte eu vou mostrar como um PWM pode ser usado para controlar a corrente de um motor DC.

A ideia surgiu a pedido de um amigo aficionado em slot car que precisava de “alguma coisa” eficiente para controlar a velocidade de motores de carrinhos de corrida (pelo preço que alguns custam, podem ser chamados de “carrões”).

Um pouco de teoria não faz mal a ninguém

Controlar a velocidade de um motor, eletricamente, implica em alterar a tensão a ele aplicada ou a corrente.

Como, neste caso, a tensão é constante (12V) o jeito é controlar a corrente.

A maneira mais simples de controlar a corrente em um circuito é com um resistor em série ou um “potenciômetro” ligado na configuração reostato.

Entretanto, este método é muito ruim, sem dúvida, pela quantidade de energia elétrica perdida ao ser transformar em calor.

Nestas horas é que entra a teoria e a tecnologia (e o cérebro!).

Por que não usar um transistor controlado por um PWM em série com o motor?

E qual transistor usar um BJT (transistor bipolar), um JFET ou um MOSFET?

Os BJT têm o “inconveniente” de apresentar uma queda de tensão entre coletor emissor que irá “roubar” um pouco da tensão aplicada ao motor.

Por outro, lado os JFET mais comuns são os de canal N e como operam em modo depleção precisam de tensão VGS negativa.

Sendo assim, vou preferir um MOSFET canal N que opera em modo enhancement, ou seja, com VGS positivo e alguns além de apresentarem baixíssima resistência entre dreno e supridouro (RDS), podem operar com altas correntes.

Vou experimentar o IRF 530 e IRF3250 cujos datasheets você poderá baixar CLICANDO AQUI.

Escolhida a topologia do nosso circuito cujo diagrama em blocos apresento na fig.1 antes de passarmos a execução do projeto propriamente dito.

 

Fig. 1 – Diagrama em blocos do controlador de um motor com PWM

 

Preparando o PWM com 555

Na parte 1 deste post eu apresentei uma maneira simples de se construir um multivibrador astável usando o 555 que funciona como um PWM.

Entretanto, aquele circuito embora seja útil do ponto de vista didático, tem o inconveniente de variar a frequência quando se varia o duty cycle o que pode não ser muito bom em alguns casos.

Para resolver este problema podemos fazer uma pequena alteração como mostrado na fig.2.

Fig.2 – PWM com 555 versão melhorada

Para facilitar a compreensão do que estou falando repito na fig.3 o circuito utilizado na parte 1. No bom e velho estilo joguinho dos 7 erros, que eu adoro, sugiro que você compare os dois circuitos e veja o que há de diferente entre os dois.

Fig.3 – Multivibrador astável com 555

Notou que o RB colocado entre os pinos 7 e 2/6, se “transformou” num potenciômetro com dois diodos ligados inversamente nas suas extremidades?

Essa pequena “mágica” irá fazer com que possamos variar o duty cycle através do potenciômetro mantendo a frequência calculada (junto com C1) razoavelmente estável.

Cálculo da frequência

A fórmula para o circuito da fig.3 muda um pouco como veremos ao lado, onde R é a resistência total do potenciômetro cujo cursor vai ligado aos pinos 2 e 6 do 555.

Agora vamos olhar o potenciômetro como se fossem dois resistores em série R1 e R2 a partir do curso para calcular o duty cycle.

Cálculo do duty cycle

Se você não gosta de fazer constas, o que é uma pena, eu vou lhe dar os valores que eu usei no meu projeto.

No caso em questão eu não precisaria de um PWM com frequência muito alta e, portanto, adotei algo em torno dos 100Hz e usei um potenciômetro de 50Kohms (tem que ser linear) que eu tinha por aqui. Para o capacitor usei 220nF

Fazendo as contas encontrei valores um pouco diferentes e fui ajustando no protoboard. As contas teóricas servem como referencial, ou seja, um ponto de partida para não dar um tiro no escuro (ou no claro e virar bala perdida).

A diferença entre o calculado e montado ocorre por variações dos componentes.

Se fizer o projeto no computador usando aqueles programinhas de desenvolvimento vai dar tudo certinho. É igual a inflação que aparece não TV, não bate com a conta do caixa do supermercado!

O circuito final que eu montei para o meu amigo pode ser visto na fig.4. 

Fig.4 Controle de velocidade com PWW

Para complementar o artigo eu coloco abaixo um vídeo que gravei mostrando os resultados práticos.

Aguardo os comentários. Estou pronto para o debate (da eletrônica).

E para concluir com uma pitadinha de política de alto nível, dia 28, aliene-se com moderação, para não ser parado na “blitz” futuramente.

Você sabe o que PWM – Parte 2
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Técnico em eletrônica formado em 1968 pela Escola Técnica de Ciências Eletrônicas, professor de matemática formado pela UFF/CEDERJ com especialização em física. Atualmente aposentado atuando como técnico free lance em restauração de aparelhos antigos, escrevendo e-books e artigos técnicos e dando aula particular de matemática e física.

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Paulo Brites

Técnico em eletrônica formado em 1968 pela Escola Técnica de Ciências Eletrônicas, professor de matemática formado pela UFF/CEDERJ com especialização em física. Atualmente aposentado atuando como técnico free lance em restauração de aparelhos antigos, escrevendo e-books e artigos técnicos e dando aula particular de matemática e física.

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    8 Comentários

    1. Evandro

      Creio que a maioria dos motores de furadeira são os chamados motores universais, que funcionam tanto em AC como em DC. Se essa informação procede, teríamos que alterar o circuito fazendo a retificação do AC e uma seção para abaixar a tensão para uns 12V para o 555, além de limitar o duty cycle para não ultrapassar a tensão de trabalho do motor.

      • Paulo Brites

        O que eu vejo usar nestes casos é um controle com triac, tipo um dimmer.

    2. luiz

      Paulo ola , o controlador pode usar com motor de furadeira ,ou tem que melhorar o drive do mosfet para ficar parrudo de bom .

      • Paulo Brites

        Só um detalhe este circuito trabalha com motores DC e os de furadeira geralmente são AC.
        O 555 tem que ser alimentado com DC até 18V, por isso acho que para o que você quer nõ serve.

    3. Carlos A E.

      Paulo bom artigo sobre PWM.
      Embora saiba que o seu site não é sobre política, vou comentar a sua pitadinha, se “alienar-se com moderação” tem a ver com esquecer toda a roubalheira, falcatruas e desmandos que o PT fez me desculpe mais não posso, e com relação a “blitz”, como nada devo prefiro mil vezes ser parado em uma blitz da policia ou de qualquer órgão legal, a ser parado em uma das muitas “blitz” feitas pelos bandidos no Rio de Janeiro.
      Um grande abraço, Carlos.

      • Paulo Brites

        Se voltarmos no tempo iremos prender D.Pedro I. Como diz a música “se gritar pega ladrão não fica um, meu irmão”.

        E voltando ao PWMm que neste caso de uma sigla de partido político, que bom que gostou do artigo. Pelo menos isto, não se pode ganhar todas.
        Abraços e até sempre (ou não).

    4. Evandro

      Prof. Paulo Brites,
      Entre o Vcc e o Dreno do MOSFET (ou entre os terminais de ligação do motor) tem um diodo D3. Esse é o chamado diodo roda livre? Posso usar o 1N4007?
      Outra pergunta: Haveria alguma vantagem ou desvantagem em usar uma frequência mais alta? Penso em recalcular para que ele opere em torno de 10KHz.

      • Paulo Brites

        Ou seja, o diodo fica em paralelo com o motor reversamente, de modo similar ao que se faz nos reles. Pode usar o 1N4007, neste caso.
        Quanto a frequência mais alta, em princípio, não vejo a vantagem imediatata neste caso. Só é preciso lembrar que aumentando a frequência teremos que cuidar do Mosfet. Faça experimentos e conte pra gente.

    Fico muito contente quando alguém coloca um comentário, é sinal que leu

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