Существует немало устройств для регулировки скорости вращения электродвигателем сверлилки для печатных плат. Подборка схем таких устройств приведена в [1]. Одним из популярных было устройство [2].
Много лет назад мне достался малогабаритный электродвигатель, на торце которого было написано "+ 27В -" - и всё. Я попытался управлять им с помощью устройства [2], но стабильной работы не добился, поэтому пришлось отложить это в "долгий" ящик. Недавно решил всё-таки разобраться и сделать устройство управления, но на основе микроконтроллера (МК). В разработанном мной устройстве анализируется только ток холостого хода при пониженном напряжении (прицеливание), а сверление происходит за фиксированное время. Испытания показали, что 1 с вполне достаточно, чтобы просверлить отверстие в плате.
Рис. 1. Схема устройства
Схема устройства показана на рис. 1. Алгоритм его работы такой: при включении происходит замер напряжения на резисторе R6 и измеренное значение увеличивается и запоминается для создания порога срабатывания. Это сделано, чтобы исключить ложное срабатывание от возможных помех. Затем идёт постоянный контроль напряжения на резисторе R6 и сравнение с порогом срабатывания. Когда сверло установлено и начинается сверление, у электродвигателя увеличивается нагрузка и возрастает потребляемый ток. При достижении порога срабатывания открывается транзистор VT1 и идёт сверление на полной мощности в течение 1 с. Как видите, алгоритм простой и никаких проблем вроде бы быть не должно. Собрал устройство и поначалу не понял, почему оно работает не так, как планировалось.
Рис. 2. Осциллограмма с резистора R6
Для лучшего наблюдения перевёл программу в автоповтор включения электродвигателя, для чего заблокировал часть программы с 79 по 90 строки (контроль тока холостого хода) и поставил задержки на 7,4 с. Подключил осциллограф к резистору R6 и увидел следующую картину (рис. 2). При включении устройства в момент T1 наблюдается бросок тока "холодного" мотора и затем идёт медленный спад в результате стабилизации вращения - моментT2. При сверлении открывается транзистор VT1 и напряжение на резисторе R6 падает практически до нуля. В момент Т3 транзистор закрывается, и ток начинает медленно возвращаться к значению холостого хода. Чтобы прояснить картину, подключил последовательно с электродвигателем резистор сопротивлением 10 Ом и снял с него осциллограмму (рис. 3). В момент Т3 ток падает почти до нуля, хотя подключены резисторы R6 и R7. Видимо, это влияние противо-ЭДС электродвигателя.
Рис. 3. Осциллограмма с резистора сопротивлением 10 Ом
Исходя из анализа осциллограмм, добавил в программу временные задержки при включении на интервале Т1-Т2 (стабилизация вращения) и после сверления на интервале Т3-Т4 (успокоение вращения). Из рис. 2 видно, что переходный процесс заканчивается примерно через 3 с, а переходный процесс по окончании сверления чуть больше. Поскольку к концу периодов идёт очень плавное снижение, был выбрал интервал Т1-Т2 равным 2000 мс и интервал Т3-Т4 - 2500 мс.
Для индикации служит светодиод HL1, который кратковременно включается при подаче питающего напряжения (с МК всё в порядке) и затем начинает светить постоянно, сигнализируя о готовности устройства к работе. Резистор R1 гасит излишнее напряжение и уменьшает разогрев микросхемы DA1.
Для разных видов электромоторов возможно придётся подобрать резисторы R6 и R7, а также и время задержек. Сопротивление резистора R6 выбирал из расчёта, чтобы напряжение на нём было в интервале 2...2,5 В при холостом ходе, дабы избежать перегрузки АЦП при включении.
Рис. 4. Чертёж платы и размещение элементов на ней
Все элементы устройства смонтированы на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1...1,5 мм. Чертёж платы показан на рис. 4. Элементы R2, C3, C4 - для поверхностного монтажа типоразмера 1206, остальные детали - выводные. Резисторы - МЛТ, С2-23 или импортные, полярные конденсаторы - К50-35 или импортные, светодиод может быть любого свечения маломощный, транзистор КТ815Б можно заменить любым из серий КТ815, КТ817.
Литература
1. Ковырялочка для п/плат. - URL: https://radiokot.ru/lab/hardwork/31/(05.10.21).
2. Автоматический регулятор оборотов микродрели от Александъра Саввова. - URL: https://datagor.ru/practice/elektroprivod/ 1 245-autoregulator-oborotov-mikrodreli-by-savov.html (05.10.21).
Автор: В. Афонин, пос. Стрельна, Санкт-Петербург