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如何DIY一个模型火车控制器?

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DIY模型火车控制器

图片来源于汇图网

模型火车是我们每个人在童年时代都喜欢玩的有趣的玩具。现在市场上有许多复杂而有吸引力的火车模型,其控制器的基本原则仍然是一样的。我建立了一个模型列车控制器,它配备了使用PWM技术的加速和减速控制。也可以通过正转按钮来控制方向。

模型火车控制器电路:

控制器单元:

DIY模型火车控制器

供电单元:

DIY模型火车控制器

电路图的工作:

请参考控制器单元电路。振荡器的核心是U1A,R1-R5和C2。R1和R3将V1电源电压分为两半,其合成电阻为R1 * R3 /(R1 + R3)= 50K。由于R2 = 100K,当U1A的输出从地切换到15伏(+ V1)时,U1A +和R1,R2,R3的连接从5V切换到10V。R5开始对C2充电。当C2充电超过10伏时,U1A-的输入高于U1A +。这导致U1A的输出切换到0伏特。反过来,U1A +和R1,R2,R3的连接点从10伏切换到5伏。R5开始释放C2。当C2放电低于5伏时,U1A-的输入低于U1A +。

U1A的输出从0伏特切换到15伏特(+ V1),U1A +和R1,R2,R3的连接点从5伏特切换到10伏特。R5开始给C2充电,循环不断重复。C2在+ V1 * 1/3(5V)和+ V1 * 2/3(10V)之间不断上升和下降。真的很酷的是,即使电源电压+ V1变化,该电路也以相同的频率振荡!为列车控制器选择的振荡器频率约为50 Hz(20 mS周期)。

选择低频使得电机电枢可以缓慢转动,一次一段地以非常低的速度进行控制。列车电动机的时间常数一般为2mS至5mS,因此PWM周期必须至少有五至十倍,以便具有良好的低速控制。

U1B充当比较器,提供0%至100%的PWM输出。R6,R7和R8构成一个电阻分压器IC。请注意,R6和R8比电位器R7低10%。在全顺时针方向(100%ON)15 *(R7 + R8)/(R6 + R7 + R8)= 15 * 19.1K /(28.2K)= 10.16伏,15 * R8 /(R6 + R7 + R8)= 15 * 9.1 / 28.2 = 4.84伏在完全逆时针(0%OFF)。U1B-输入端连接到R5和C2的连接点,在R5和C2之间上下跳变5到10伏。U1B +连接到电位器R7上的抽头。

每当振荡器斜坡电压低于电刷参考电压时,U1B的输出变高,并且每当振荡器斜坡电压高于电刷参考电压时,U1B的输出就会变低。由于电刷参考电压可以设置为低于最低斜坡电压,因此可以使用100%的开启时间。此外,由于可将跳线参考电压设置为高于最高斜坡电压,因此可以使用0%的导通时间(100%OFF)。这不能用555定时器来完成。所以关闭可以真正关闭和ON可以完全打开。ICfans

U1B的输出连接到一个开关来为负载供电。在图1中,输出通过R10连接到Q1(IRLZ44 MOSFET晶体管)的栅极。D3和R11保护Q1的栅极不受电压的过度驱动。R12为Q1提供轻负载,而D4则保护Q1免受感性负载,电压尖峰的影响。

S1,R9和C3为列车控制器提供ACCEL / DECEL功能。当开关S1加速/减速ON / OFF打开时,R7和R8调高或降低时,R9和C3引起U1B +输入处的电刷参考电压变化非常缓慢。这为模型火车提供了缓慢的加速或动量效应。由R9和C3设置的ACCEL / DECAL时间常数约为30秒。这是加速到全速或减速停止所需的时间。开关S2,一个DPDT滑动开关,连接提供正向/反向极性功能。

上述电路是为双通道,轨道或列车控制而设计的。但是,你可以扩展该电路来控制最多3个通道。为了做到这一点重复R6-R12,C3,U1B,D3-D4和Q1,使用IC LM324四运算放大器2或3通道。通道2命名= 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。这样做,你会得到额外的渠道在你的项目。

PCB设计:

DIY模型火车控制器

内置控制器:

DIY模型火车控制器

DIY模型火车控制器

注意:

  • U1A +,R5,C2最多可以连接三个速度控制器来运行单独的轨迹循环功能。

  • T1可能需要更多的额定功率来容纳多个轨道和火车。