Kolejnym elementem, koniecznym do sterowania obrotami silnika, jest kontroler. Ogranicza on ilość energii trafiającej do silnika, by sterować jego prędkością obrotową. Niestety większość kontrolerów, dostępnych na rynku nie może pracować przy tak wysokim napięciu. Dlatego też autor konstrukcji zdecydował się na zaprojektowanie i budowę własnego kontrolera PWM, który mógłby współpracować z silnikiem o wyższym napięciu.
Do realizacji tego projektu potrzebne będą podstawowe narzędzia elektroniczne, takie jak:
* Lutownica
* Odsysacz do cyny
* Małe kombinerki
* Obcinaczki boczne.
Dokumentacja płytki drukowanej oraz lista potrzebnych elementów może zostać odnaleziona tutaj.
Krok 2: Projektowanie kontrolera
Ponieważ staramy się kontrolować prędkość obrotową silnika prądu stałego, możemy użyć dwóch technologii: konwertera (przetwornicy) typu buck, który obniży napięcie zasilające uzwojenie silnika albo sterowanie PWM (modulacja szerokości impulsu). Budowa własnej przetwornicy jest dosyć skomplikowana, więc autor zdecydował się na modulację PWM. Metoda ta jest stosunkowo prosta, wystarczy kontrolować z wysoką częstotliwością prędkość, z jaką bateria jest łączona i rozłączana z silnikiem. Aby zmienić prędkość, zmienia się czas połączenia przełącznika pomiędzy obciążeniem - silnikiem - a ogniwem.
Przełączania napięcia nie można zrealizować z wykorzystaniem przełącznika mechanicznego - żaden z nich nie mógłby być poddawany tak dużym i ciągłym obciążeniom, więc odpowiednim wyborem dla takich zastosowań jest tranzystor MOSFET z kanałem typu N. Konieczne jest dobranie odpowiedniego modelu do naszych wymagań - częstotliwości przełączania, napięcia pracy i przepływającego prądu.
Do sterowania tranzystorami w systemie potrzebny jest nam sygnał PWM. Generować będziemy go w systemie z wykorzystaniem klasycznego układu 555. Jest to prosty, uniwersalny timer, który pozwala na budowę wielu urządzeń, między innymi właśnie sterowanego potencjometrem generatora przebiegu PWM. W układzie takim częstotliwość przełączania jest stała, a zmiana pozycji potencjometru zmienia wypełnienie przebiegu.
Układ NE555 zasilany może być napięciem stałym do 15 V. Nie można zasilić go bezpośrednio z ogniw obecnych w systemie. Dlatego też autor dodał moduł zasilacza impulsowego, opartego o układ scalony LM5008. Jest to przetwornica typu buck, która obniża w systemie napięcie z 84 V do 10 V, które wykorzystywane jest do zasilania timera 555 oraz wentylatora, chłodzącego tranzystory.
Autor, z uwagi na duży prąd płynący w systemie, wykorzystał cztery tranzystory MOSFET IRFPC60LC połączone ze sobą równolegle. Każdy z elementów może pracować z napięciem Vds do 600 V i prądem drenu do 16 A (w temperaturze pokojowej). Połączone cztery takie tranzystory osiągają 64 A prądu sterownika, co przy napięciu zasilania 84 V daje ponad 5 kW - dużo więcej, niż potrzebne jest do sterowania silnikiem w tym rowerze (ok 2000 W).
Po ukończeniu schematu urządzenia, przystąpić można do projektowania jego PCB. Zaprojektowanie dedykowanej płytki drukowanej dla urządzenia pomoże nam nie tylko w estetyczny i kompaktowy sposób połączyć ze sobą wszystkie elementy, ale pozwoli także na wykorzystanie tego modułu PWM w innych projektach DIY, nie tylko takich z silnikami prądu stałego. Modulacja PWM idealnie nadaje się na przykład do sterowania grzałkami.
Pomysł zaprojektowania płytki drukowanej może wydawać się wymagającym wielu wysiłków, ale warto mieć swoje własne płytki drukowane. Mając to na uwadze, autor zaprojektował płytkę drukowaną dla modułu kontrolera prędkości.
Podczas projektowania PCB jest wiele zasad, o których musimy pamiętać (napisano o tym na Elektrodzie wiele - chętnie wskażę gdzie - przyp.red.). W przypadku tak nieskomplikowanego urządzenia, najważniejsze o czym musimy pamiętać, to zapewnienie odpowiedniej szerokości ścieżek prądowych. Wysoki prąd, jaki płynąć ma przez tranzystory, do silnika, płynąć będzie także przez laminat, dlatego też musimy zadbać, aby miał którędy.
Na PCB autor dodał również otwory montażowe, które ułatwią instalację modułu w gotowym rowerze, a także miejsce na zainstalowanie radiatora i wentylatora, które będą chłodziły pracujące tranzystory MOSFET.
Krok 4: Zamawianie PCB
Unikalna dla naszego projektu płytka, to chyba najtańszy z dedykowanych elementów, jaki można sobie wyobrazić. Nie trzeba zamawiać go w hurcie, ani ponosić wysokich kosztów oprzyrządowania. Po zakończeniu projektu wystarczy wygenerować pliki z dokumentacją (najczęściej w formacie Gerber) i wysłać je do wybranego przez nas zakładu.
Obecnie na rynku jest wiele zakładów - w Polsce i za granicą - specjalizujących się w niskoseryjnej i prototypowej produkcji płytek drukowanych dla hobbystów i profesjonalistów.
Tutaj znajdziemy zestawienie dziesięciu zakładów produkujących w Chinach płytki drukowane. Realizację naszego projektu zlecić możemy w każdej z tych firm. Jest też szereg firm w Polsce, które zajmują się takimi krótkimi seriami.
Krok 5: Montaż PCB
Po otrzymaniu płytki drukowanej z zakładu produkcyjnego możemy przystąpić do montażu. Elementy jakie znajdują się w BoMie możemy przygotować sobie zawczasu.
Aby ułatwić sobie montaż, musimy zacząć od najmniejszego elementu na PCB.W naszym przypadku jest to konwerter LM5008 oraz komponenty SMD. Po wlutowaniu drobnych elementów dyskretnych i scalonej przetwornicy LM5008, możemy wlutować większą cewkę zasilacza i zacząć lutować większe elementy. Finalnie zainstalować powinniśmy elementy przewlekane - timer 555, a potem tranzystory mocy.
Przy tak ogromnej ilości mocy, z jaką do czynienia mamy w budowanym sterowniku, wydzielać będzie się sporo ciepła. Głównie grzać będą się tranzystory MOSFET, dlatego też musimy zapewnić im odpowiednie chłodzenie. Jest to realizowane z pomocą radiatora z wentylatorem, który zamocowany jest na tranzystorach moc w układzie.
Po zainstalowaniu radiatora, układ jest gotowy do działania.
Krok 7: Testowanie kontrolera
Aby przetestować kontroler, użyjemy zestawu ogniw o napięciu nominalnym 84 V, który zbudowaliśmy dla naszego roweru elektrycznego. Sterownik jest tymczasowo podłączony do akumulatora i silnika, który jest przymocowany do roweru, tak aby napędzać tylne koło.
Kiedy przełączyłem przełącznik, sterownik dostaje zasilanie - zasilany jest wentylator nadmuchujący powietrze na radiator tranzystorów MOSFET. Obracając potencjometr zgodnie z ruchem wskazówek zegara, silnik powinien zacząć się stopniowo obracać i zwiększać prędkość proporcjonalną do obrotu pokrętła.
Krok 8: Gotowy układ
Na tym etapie sterownik prędkości silnika DC jest gotowy i spełnia wszystkie oczekiwania dotyczące działania. Kontroler działa z łatwością z baterią 84 V i płynnie kontroluje prędkość silnika.
Aby przetestować ten sterownik prędkości na realnym obciążeniu, musimy zakończyć budowę roweru i zamontować wszystko na swoim miejscu. Tak więc informację na temat wydajności przy obciążeniu dostępne będą dopiero w przyszłości, gdy powstanie cały rower.
Źródło: https://www.instructables.com/id/DIY-PWM-SPEED-CONTROLLER/
Cool? Ranking DIY
Pewnie bramki dłuuugo się przeładowują... niby to jakieś Ultra Low Gate Charge, ale takie sterowanie to błąd. Ma jeszcze 1k do masy, więc dodatkowo tworzy się dzielnik, stąd jeśli NE555 zasilane z 10V, to na bramce po dzielniku ma max 5V.. na tranzystorze, który ma Vgsthmax=4V 
kompletna beznadzieja, a kondesatory na wyjściu powinny być
