DIY一个模型列车控制器电路

　　火车模型是我们每个人在童年时都玩过的有趣玩具。现在市场上有许多复杂而有吸引力的模型列车，但为其构建控制器的基本原理保持不变。我构建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。还有正向反向按钮来控制方向。

　　模型列车控制器电路：

　　控制器单元：

　　

　　电源单元：

　　

　　电路图工作原理图：

　　有关此讨论，请参阅控制器单元电路。振荡器的心脏是 U1A、R1-R5 和

C2。R1和R3将V1电源电压分成两半，其组合电阻为R1*R3/（R1+R3） = 50K。由于 R2 = 100K，当 U1A 的输出从接地切换到 15 伏

（+V1） 时，U1A+ 和 R1、R2、R3 的结点从 5 伏切换到 10 伏。R5 开始为 C2 充电。当 C2 充电超过 10 伏时，U1A- 的输入高于

U1A+。这会导致 U1A 的输出切换到 0 伏。反过来，U1A+ 和 R1、R2、R3 的结点从 10 伏切换到 5 伏。R5开始放电C2。当 C2 放电低于

5 伏时，U1A- 的输入低于 U1A+。

　　U1A 的输出从 0 伏切换到 15 伏（+V1），U1A+ 的结点和 R1、R2、R3 从 5 伏切换到 10

伏。R5开始向C2充电，循环不断重复。C2在+V11/3（5V）和+V12/3（10V）之间不断上升和下降。真正酷的是，即使电源电压+V1发生变化，该电路也会以相同的频率振荡！为列车控制器选择的振荡器频率约为

50 Hz（20 mS 周期）。

　　选择低频是为了使电机电枢可以缓慢转动，一次一段地以非常慢的速度进行控制。列车电机通常具有2 mS至5

mS的时间常数，因此PWM周期必须至少是其五到十倍才能具有良好的慢速控制。

　　速度控制单元：

　　U1B 用作比较器，提供 0% 至 100% PWM 输出。R6、R7和R8构成电阻分压器。请注意，R6和R8的电阻比电位计R10低7%。计算

15*（R7+R8）/（R6+R7+R8） = 15*19.1K/（28.2K） = 10.16 伏，全顺时针（100%

ON），15R8/（R6+R7+R8） = 159.1/28.2 = 4.84 伏，完全逆时针（0% 关闭）。U1B- 输入连接到 R5 和 C2

的结点，该结点在 5 到 10 伏之间上下斜坡。U1B+ 连接到电位计 R7 上的游标。

　　当振荡器斜坡电压低于游标基准电压时，U1B的输出变为高电平，而当振荡器斜坡电压高于游标基准电压时，U1B的输出为低电平。由于游标基准电压可以设置为低于最低斜坡电压，因此可实现

100% 导通时间。此外，由于游标基准电压可以设置为高于最高斜坡电压，因此可以设定为 0% 导通时间 （100% 关断）。这不能用 555

计时器完成。所以OFF真的可以关闭，ON可以完全打开。

　　U1B 的输出连接到开关为负载供电。在图1中，输出通过R10连接到Q1的栅极，Q44是一个IRLZ3

MOSFET晶体管。D11和R1保护Q12的栅极不被电压过驱动。R1为Q4提供轻阻性负载，而D1保护Q《》免受感性负载和电压尖峰的影响。

　　S1、R9 和 C3 为列车控制器提供 ACCEL/DECEL 功能。当开关 S1（加速/减速开/关）断开时，R9 和 C3 导致 U1B+

输入端的游标参考电压随着 R7 向上或向下调整而变化非常缓慢。这为模型铁路列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到停止所需的时间。开关 S2 是 DPDT 滑动开关，接线以提供正向/反极性功能。

　　上述电路设计用于双通道、轨道或列车控制。但是，您可以扩展此电路以控制多达3个通道。为此，复制R6-R12、C3、U1B、D3-D4和Q1，请使用IC

LM324四通道运算放大器进行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。这样做，您将在项目中获得额外的频道。

　　电路板设计：

　　

　　内置控制器：

　　

　　控制器内部电路板

　　双通道列车控制器

　　注意：

　　U1A+、R5、C2 最多可连接三个总速度控制装置，以运行单独的轨道环路功能。

　　T1 可能需要更高的额定功培来适应多个轨道和列车。