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一、電路核心原理

直流電機(jī) PWM 調(diào)速器電路主要基于占空比可調(diào)的脈沖振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的精準(zhǔn)控制。電機(jī) M 通過接收該脈沖振蕩器輸出的脈沖信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。具體而言，脈沖的占空比與電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流及轉(zhuǎn)速之間存在密切關(guān)系：當(dāng)脈沖的占空比增大（即導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)），電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流也隨之增大，從而促使電機(jī)轉(zhuǎn)速加快；反之，若脈沖的占空比減小（即導(dǎo)通時(shí)間縮短），電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流減小，電機(jī)轉(zhuǎn)速則相應(yīng)降低。因此，通過調(diào)節(jié)電位器 RP 即可有效控制占空比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的多樣化需求。

二、電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)及功能元件

NE555 驅(qū)動(dòng)及功率匹配 ：若電機(jī)的工作電流低于 200mA，可直接利用 NE555 的第 3 引腳輸出脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。然而，對(duì)于需要更大驅(qū)動(dòng)電流的電機(jī)，必須增設(shè)驅(qū)動(dòng)和功率放大級(jí)，以確保電路能夠?yàn)殡姍C(jī)提供足夠的功率輸出，匹配電機(jī)的功率需求，保障電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

續(xù)流二極管 VD3 ：在功放管截止（關(guān)斷）期間，VD3 為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流提供關(guān)鍵的續(xù)流通路。這一設(shè)計(jì)不僅確保了電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的連續(xù)性，避免電流中斷對(duì)電機(jī)運(yùn)行造成不良影響，而且有效防止了電機(jī)線圈產(chǎn)生的自感反向電動(dòng)勢(shì)對(duì)功放管造成潛在的損壞，提升了電路的可靠性和功放管的使用壽命。

補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)（C2 和 R3） ：該補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的主要作用是優(yōu)化負(fù)載特性，使負(fù)載在電路中呈現(xiàn)出電阻性質(zhì)。這有助于改善電路的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能，確保 PWM 調(diào)速器在不同負(fù)載條件下均能穩(wěn)定、準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

三、脈沖頻率控制及電路工作參數(shù)

整個(gè) PWM 調(diào)速器電路的脈沖頻率被精心設(shè)計(jì)并控制在 3 - 5kHz 范圍內(nèi)。這一頻率區(qū)間的選擇至關(guān)重要，原因在于：若脈沖頻率過低，電機(jī)在運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，影響電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行和控制精度；而若脈沖頻率過高，則會(huì)導(dǎo)致占空比的可調(diào)范圍變小，進(jìn)而使得電機(jī)的調(diào)速范圍受到限制，降低了調(diào)速器的性能和靈活性。

四、有刷直流電機(jī) PWM 調(diào)速器實(shí)例及工作過程

圖中展示了基于廣泛應(yīng)用于定時(shí)和振蕩電路的 555 定時(shí)器構(gòu)建的有刷直流電機(jī) PWM 調(diào)速器實(shí)物圖。該電路具備如下工作特性：

該 PWM 調(diào)速器的工作電壓范圍為 5 - 30V，能夠輸出高達(dá) 3A 的電流，適用于多種有刷直流電機(jī)的調(diào)速需求。

其工作過程如下：

首先，當(dāng)旋鈕右旋致使開關(guān)閉合時(shí)，5V 電源經(jīng) R2、D2 以及 RP1（1-2）支路開始對(duì) C3 充電，隨著充電過程的進(jìn)行，C3 兩端電壓逐漸上升，直至達(dá)到觸發(fā)電平，觸發(fā)電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

觸發(fā)翻轉(zhuǎn)后，NE555 的第 7 腳（放電端）對(duì)地導(dǎo)通，此時(shí) C3 通過 RP1（2-3）、D3 和 R4 所構(gòu)成的放電回路對(duì)地放電，C3 電壓隨之下降，直至降至復(fù)位電平，電路再次觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。

觸發(fā)翻轉(zhuǎn)后，第 7 腳放電端對(duì)地阻斷，C3 重新經(jīng)由 R2、D2 和 RP1（1-2）支路開始充電，重復(fù)上述充電、放電過程，形成周期性的振蕩，為電機(jī)提供連續(xù)的 PWM 脈沖信號(hào)。

調(diào)節(jié)旋鈕實(shí)質(zhì)上是在改變 RP1 的阻值，進(jìn)而調(diào)節(jié) C3 的充放電時(shí)間常數(shù)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)占空比的目的。在此過程中，振蕩頻率（或振蕩周期）保持相對(duì)穩(wěn)定，不會(huì)因占空比的調(diào)節(jié)而發(fā)生明顯變化。

五、充放電時(shí)間與頻率計(jì)算公式

充電時(shí)間（ton） ：ton = 0.693 × [R2 + RP1（1-2）] × C3

放電時(shí)間（toff） ：toff = 0.693 × [R4 + RP1（2-3）] × C3

振蕩頻率（fw） ：fw = 1 / T = 1 / (ton + toff)

PWM 的占空比（即導(dǎo)通時(shí)間與周期的比值）決定了電機(jī)的有效電壓，進(jìn)而直接影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速。占空比越大，電機(jī)所獲得的有效電壓越高，轉(zhuǎn)速也就越快。