火車(chē)模型是我們每個(gè)人在童年時(shí)都玩過(guò)的有趣玩具。現(xiàn)在市場(chǎng)上有許多復(fù)雜而有吸引力的模型列車(chē)，但為其構(gòu)建控制器的基本原理保持不變。我構(gòu)建了一個(gè)模型列車(chē)控制器，它配備了使用PWM技術(shù)的加速和減速控制。還有正向反向按鈕來(lái)控制方向。

模型列車(chē)控制器電路：

控制器單元：

電源單元：

電路圖工作原理圖：

有關(guān)此討論，請(qǐng)參閱控制器單元電路。振蕩器的心臟是 U1A、R1-R5 和

C2。R1和R3將V1電源電壓分成兩半，其組合電阻為R1*R3/（R1+R3） = 50K。由于 R2 = 100K，當(dāng) U1A 的輸出從接地切換到 15 伏

（+V1） 時(shí)，U1A+ 和 R1、R2、R3 的結(jié)點(diǎn)從 5 伏切換到 10 伏。R5 開(kāi)始為 C2 充電。當(dāng) C2 充電超過(guò) 10 伏時(shí)，U1A- 的輸入高于

U1A+。這會(huì)導(dǎo)致 U1A 的輸出切換到 0 伏。反過(guò)來(lái)，U1A+ 和 R1、R2、R3 的結(jié)點(diǎn)從 10 伏切換到 5 伏。R5開(kāi)始放電C2。當(dāng) C2 放電低于

5 伏時(shí)，U1A- 的輸入低于 U1A+。

U1A 的輸出從 0 伏切換到 15 伏（+V1），U1A+ 的結(jié)點(diǎn)和 R1、R2、R3 從 5 伏切換到 10

伏。R5開(kāi)始向C2充電，循環(huán)不斷重復(fù)。C2在+V11/3（5V）和+V12/3（10V）之間不斷上升和下降。真正酷的是，即使電源電壓+V1發(fā)生變化，該電路也會(huì)以相同的頻率振蕩！為列車(chē)控制器選擇的振蕩器頻率約為

50 Hz（20 mS 周期）。

選擇低頻是為了使電機(jī)電樞可以緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，一次一段地以非常慢的速度進(jìn)行控制。列車(chē)電機(jī)通常具有2 mS至5

mS的時(shí)間常數(shù)，因此PWM周期必須至少是其五到十倍才能具有良好的慢速控制。

速度控制單元：

U1B 用作比較器，提供 0% 至 100% PWM 輸出。R6、R7和R8構(gòu)成電阻分壓器。請(qǐng)注意，R6和R8的電阻比電位計(jì)R10低7%。計(jì)算

15*（R7+R8）/（R6+R7+R8） = 15*19.1K/（28.2K） = 10.16 伏，全順時(shí)針（100%

ON），15R8/（R6+R7+R8） = 159.1/28.2 = 4.84 伏，完全逆時(shí)針（0% 關(guān)閉）。U1B- 輸入連接到 R5 和 C2

的結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)在 5 到 10 伏之間上下斜坡。U1B+ 連接到電位計(jì) R7 上的游標(biāo)。

當(dāng)振蕩器斜坡電壓低于游標(biāo)基準(zhǔn)電壓時(shí)，U1B的輸出變?yōu)楦唠娖剑?dāng)振蕩器斜坡電壓高于游標(biāo)基準(zhǔn)電壓時(shí)，U1B的輸出為低電平。由于游標(biāo)基準(zhǔn)電壓可以設(shè)置為低于最低斜坡電壓，因此可實(shí)現(xiàn)

100% 導(dǎo)通時(shí)間。此外，由于游標(biāo)基準(zhǔn)電壓可以設(shè)置為高于最高斜坡電壓，因此可以設(shè)定為 0% 導(dǎo)通時(shí)間 （100% 關(guān)斷）。這不能用 555

計(jì)時(shí)器完成。所以O(shè)FF真的可以關(guān)閉，ON可以完全打開(kāi)。

U1B 的輸出連接到開(kāi)關(guān)為負(fù)載供電。在圖1中，輸出通過(guò)R10連接到Q1的柵極，Q44是一個(gè)IRLZ3

MOSFET晶體管。D11和R1保護(hù)Q12的柵極不被電壓過(guò)驅(qū)動(dòng)。R1為Q4提供輕阻性負(fù)載，而D1保護(hù)Q《》免受感性負(fù)載和電壓尖峰的影響。

S1、R9 和 C3 為列車(chē)控制器提供 ACCEL/DECEL 功能。當(dāng)開(kāi)關(guān) S1（加速/減速開(kāi)/關(guān)）斷開(kāi)時(shí)，R9 和 C3 導(dǎo)致 U1B+

輸入端的游標(biāo)參考電壓隨著 R7 向上或向下調(diào)整而變化非常緩慢。這為模型鐵路列車(chē)提供了緩慢的加速或動(dòng)量效應(yīng)。由 R9 和 C3 設(shè)置的 ACCEL/DECAL

時(shí)間常數(shù)約為 30 秒。這是加速到全速或減速到停止所需的時(shí)間。開(kāi)關(guān) S2 是 DPDT 滑動(dòng)開(kāi)關(guān)，接線以提供正向/反極性功能。

上述電路設(shè)計(jì)用于雙通道、軌道或列車(chē)控制。但是，您可以擴(kuò)展此電路以控制多達(dá)3個(gè)通道。為此，復(fù)制R6-R12、C3、U1B、D3-D4和Q1，請(qǐng)使用IC

LM324四通道運(yùn)算放大器進(jìn)行2或3通道。通道 2 指定 = 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。這樣做，您將在項(xiàng)目中獲得額外的頻道。

電路板設(shè)計(jì)：

內(nèi)置控制器：

控制器內(nèi)部電路板

雙通道列車(chē)控制器

注意：

U1A+、R5、C2 最多可連接三個(gè)總速度控制裝置，以運(yùn)行單獨(dú)的軌道環(huán)路功能。

T1 可能需要更高的額定功培來(lái)適應(yīng)多個(gè)軌道和列車(chē)。