タイマIC「555」でドリルを低速回転させたい

質問

お世話になります。
ドリル（12V駆動）を低速で回転させるための回路を教えてください。

趣味の電子工作で基板の穴あけ用ドリル（12V駆動）の回転数をタイマIC「555」を使った簡単な回路（PWM）で制御しています。
ドリルは12Vのモーターにスイッチがついただけの単純な作りでした。
使いにくかったので回転数を制御できるように、ネットで見つけたタイマIC「555」を使ってモーターを回す回路を作りました。
回転数はボリュームで変更できるようにしています。

しかし回っている状態で回転数を落とす分には大丈夫なのですが回転数を落とした状態でスイッチを入れるとドリルが回りません。
恐らく回し始めのパワー不足のせいだと思います。
今でも実用には問題ないのですが、できればもっと低速でも使えるようにしたいと思っています。

そこで今の回路に、スイッチを入れた時、ドリルが回り始めるまでそれなりのパワーを与えるような改造をしたいのですがどのようにすれば良いのでしょうか？
今の回路はネットで探したよくある回路ですが元ネタを見つけられないのでご提示できず申し訳ありません。
簡単な回路であれば全とっかえでも構いませんので教えて頂けないでしょうか。

一番良いのはドリルが回っているのを検知してPWMに切り替えることですが、次善の策として、最初のわずかな時間（0.5秒位？）はPWM制御しないという方法でしょうか・・・
ボリュームの位置がある抵抗以下だったらこの機能を有効にするという制御ができると更に嬉しいです。
オンディレイというのがあるそうなので、これを上手く使えばできそうな気がするのですがやり方がわかりません。

よろしくお願いします。

回答No.7

xpopo

今晩は。

回答NO.6です。モータの回転数を安定に制御する方法（回路）を下記URLにアップしました。

こちら　→　http://yahoo.jp/lVeNqK　です。

簡単に回路の説明をします。

　基本は抵抗R1、R2、R3とモータでブリッジを構成します。モーターのDC抵抗をRaとします。
ブリッジの条件は　R1×R3＝R2×Ra　の関係が成り立つように設定します。
一方、モータの等価回路は図のまるで囲んだ部分のようになってます。等価回路でV_Eaで示したのがモータ内部に発生する逆起電力でモータの回転数に比例します。
　今、モーターが回転して無い場合はV_Ea＝0でブリッジが平衡状態にあるとA点とB点の間の電位差はゼロになります。また、モータが回転してある回転数ｎで回転していると逆起電圧はある電圧V_Eaxになります。
　ここで抵抗R4に抵抗R6、D1、R7R5とQ2からなる定電流回路により一定の電流（この回路では約１ｍA）を流し点A-C間に一定の電圧Vrefを発生させます。逆起電圧がV_Eax発生している時にはブリッジの点A-B間に現れる電圧差　Va-bは
　　　Va-b＝R1×（V_Eax）／（R1+Ra)
A点の電圧がB点よりこの電圧だけ高くなります。一方C点の電圧はA点よりVref分低い電圧になってます。
　このB点の電圧とC点の電圧はオペアンプLM358のそれぞれ非反転入力と反転入力に接続され、B点電圧とC点電圧の差がLM358で増幅されトランジスタQ3、Q１と増幅されブリッジに電圧を供給します。
　この回路は結局モータの逆起電圧V_Eaxを基準となる電圧Vrefと比較し、ブリッジの電圧を制御して逆起電圧V_Eaが基準電圧に等しくなるように制御します。結果としてモータの逆起電圧V_Eaが一定に保たれますので回転数が一定に保たれることになります。
　その他の回路の説明。C3、R9とD2は電源ON時の起動回路です。電源がONした瞬間にC3からD2を経由してB点に電流を強制的に流し込みオペアンプの出力をHighにして回路を起動させます。
　抵抗R2とC4およびC5は制御回路の位相補償用で発振を防止するために働きます。

お礼

ご丁寧な説明までして頂きありがとうございます。
また、回路図は今度はハッキリと読み取ることができました。
サクッと動作確認してお礼をと思っていたのですがそんなに甘くなかったです。（泣）
手持ちの部品でブレッドボードに組んだのですが未だにまともに動かせません。

これを書きながらあれも試してみれば良かったなということも書きますので、よろしければ添削をお願いします。

【状況】
常に全開でドリルが回ります。
D2からモーターにつなぐ線を外しても状況は変わりません。

【変更した点】
１．モーターの抵抗値を測り直したら５Ωだったので抵抗値を変えました。
R1：3-->0.5 (1Ωを2本並列で接続）
R2：300-->47
R3：2.7K-->470
最初、指定の値で組んだのですが常にフルパワーで回ってしまうのでモーターの抵抗値を測り直しました。

２．持ってない部品を置き換えました
D1,D2：1S1588-->1N4148
Q1：Q2SA1358-->2SA950
※回路図にはQ2SA1358と書いてありますがデータシートを見つけることが出来なかったので記号からPNPかと思い2SA1358と解釈し手持ちの2SA950にしました。

【気になっていること】
１．R7,R5,R11,R3は直接GNDに落しました。
※プリント基板を起こすつもりなのでその時には分けようと思いますが、ブレッドボードではごちゃごちゃしてしまったので・・・（汗；）
　わざわざ別線にしているので、これがいけないのでしょうか？

２．R4の接続方法を私が間違えていないか気になっています。
最初は３番ピンをGNDに落したのですが回路には書かれていなかったので３番ピンには何も接続していません。
これで回路図通りでしょうか？

３．R6の抵抗値は何か意味があるのでしょうか？
39Kの抵抗は手持ちになかったので30K＋18K2本で39Kにしているつもりですが、47Kとか30kではだめなのでしょうか？

４．R5の抵抗値は何か意味があるのでしょうか？
R6と同様ですが300の抵抗は手持ちになかったので150＋150で300にしています。330とかでも良いでしょうか？

センスがないのか回路図をブレッドボードで配線する時に良く間違えてしまいます。
上記で致命的なミスがなければ配線ミスだと思いますので直接基板を起こそうかなと思っています。

回答No.6

xpopo

回答NO.5です。

ACアダプターの出力電圧は負荷をつながない状態で17.85Vですね。NE555の電源電圧の絶対最大定格が18VですのでぎりぎりですがOKです。

それから、ドリルの抵抗は27Ωということで、これがモータのDC抵抗という事になります。これを元に制御回路を別途回答いたします。

それからボリュームを１０kΩでどうかということですので検討してみました。
　まず、C1を0.047uFに、R1とR2を510Ωに変更します。この変更によりDutyの可変幅は9%～95.5%になります。Duty9%の時にモータ電圧は１V程度になります。モータ電圧はこれより低く出来ないことになりますが、これでも問題が無ければOKということになります。

お礼

お手数ですがよろしくお願いします。

回答No.5

xpopo

回答NO.4です。以下のご質問に回答いたします。

Q1.回路左下のR7,C3,OUT ??（読めませんでした）は何をしているのでしょうか？

回答＞
　R7,C3,OUT_filteredはモータをスイッチングでドライブしているMOSFETのドレインの電圧を平滑化してモータの端子電圧をシミュレーションで読むために使いました。シミュレーション結果の真ん中の波形です。ですから、実際の回路では不要です。すみません、削除してください。

Q2.手持ちに1Mのボリュームが無いのですが50Kまたは100Kで代用できないでしょうか？

　50kΩのボリュームで確認しました。コンデンサーC1の容量を0.01uFに変更して出力のDutyの可変幅を調べました。
　結果はDuty可変幅は４％～９８％で、PWM周波数ｆ＝2.4kHzとなりましたので50kΩのボリュームはOKです。

お礼

実測しましたのでご報告します。

ACアダプター
入力：100VAC 50/60Hz 13VA
出力：12VDC 500mA
実測値：17.85V

ドリル：27Ω

でした。

Q2の件ですが、回路が複雑になるとスペースの都合で10Kのボリュームになるかも知れません。お手数でなければ10Kのボリュームでも大丈夫か調べて頂けないでしょうか

回答No.4

xpopo

回答NO.3です。

回路図が読みづらいということですので画像のリンク先をお知らせします。下記

→　　http://yahoo.jp/oiYdZc

です。

それから、ご質問の

＞ちなみにモータを止めた状態でのモータのDC抵抗値って、ACアダプターの差し込み部分（本体側）の抵抗をテスターで測れば良いのでしょうか？

　ですが、そのとおりで、本体側の抵抗をテスターで測ってください。それから、ACアダプターの出力電圧もお願いします。

お礼

見れました。
ありがとうございます。
ACアダプターの出力電圧と本体側の抵抗は今晩お知らせします。

2点質問があります。

Q1.回路左下のR7,C3,OUT ??（読めませんでした）は何をしているのでしょうか？

Q2.手持ちに1Mのボリュームが無いのですが50Kまたは100Kで代用できないでしょうか？

回答No.3

xpopo

今日は。

回路図が掲載されてませんでしたので回路図を添付しました。

電源投入時に一定時間ｔxだけモータにフルパワーを与える回路です。一定時間経過後は１MΩのボリュームで設定したPWMのDuty比でモーターをドライブします。

時間ｔｘは図の５０ｋΩのボリュームで調整できます。

モータを低い駆動電圧で回転数を一定に保つのは結構難しいです。モータの負荷がちょっと増えただけで回転が大きく低下しやすく負荷が大きすぎれば停止してしまいます。モータの回転数を安定に制御する方法（回路）もありますが、少し回路が複雑になります。もし、希望されるなら、回路図を提供いたします。その場合、モータを止めた状態でのモータのDC抵抗値が必要になります。

お礼

回路まで作成して頂いてありがとうございます！！

ただ、残念なことに字がつぶれてしまって読めません。
せっかく作成して頂いたので画像のリンクを貼って頂けないでしょうか。

>モータの負荷がちょっと増えただけで回転が大きく低下

実はこれで悩んでます。
低速の時はドリルをちょっと強く押し付けるとすぐに止まってしまうんです。

モータの回転数を安定に制御できるなら是非組み込みたいのですがせっかく教えて頂いても無駄になってしまうかも・・・

今はドリル本体には手を付けずに、ACアダプターの接続部分しか改造していません。
なのでモーターの構造はわかりません。（モーター本体をばらせるかわからないので今晩見てみます）

もしこんな状態でも大丈夫だったら是非教えてください。

ちなみにモータを止めた状態でのモータのDC抵抗値って、ACアダプターの差し込み部分（本体側）の抵抗をテスターで測れば良いのでしょうか？

回答No.2

noname#215107

訂正です
＞最初の０．５秒だけHが出る回路

↓

最初の０．５秒だけLとなり、その後Hとなる回路です。（パワーONリセット回路のような）

お礼

ありがとうございます。

回答No.1

noname#215107

マイコン等は使わずということですね？

現在のトランジスタ（or　FET)手前回路構成は、５５５からの出力、またはコンパレータの出力となっているはずですよね？
もう一つ５５５を追加するのもなんですので、NANDゲート等を使った立ち上がりエッジ検出回路を作って、スイッチONから最初の０．５秒だけHが出る回路を追加します。
追加した回路の出力と既存のPWM出力を、さらにANDゲート（NANDゲート２つ）に入力して、その出力でドライブしてはいかがでしょうか。

お礼

ご回答ありがとうございます。
今は555からの出力をFETのゲートに入れています。
PWMの開始を何とかできないかと思っていましたが、別回路でタイマーを作ってFETに繋げれば良かったのですね。

タイマー部分はコンデンサーの充電時間を利用する方法があったような気がするのですが、立ち上がりエッジ検出回路で0.5秒を作るのは簡単でしょうか？
立ち上がりエッジ検出回路はこれから勉強するので（汗;）