怎么制動電機(jī)？BLDC到底有哪些快速制動方法呢？具體怎么操作呢？

前言：

學(xué)會了啟動電機(jī)，加減速電機(jī)，怎么制動電機(jī)？制動，又名剎車，也可稱為剎車制動。制動的作用就是讓高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)停止。毫無疑問，這是做BLDC驅(qū)動必不可少的環(huán)節(jié)。通常新手同學(xué)會認(rèn)為這很簡單，把6個功率管關(guān)閉不就停機(jī)了？沒錯，關(guān)閉6個功率管后，電機(jī)最終肯定會停下來。但是，問題是對于中高速電機(jī)，這樣停下來需要多長時間？看著慢慢悠悠停下來的電機(jī)，你心急不？遇到要求快速制動的產(chǎn)品，你怎么辦？因此，僅關(guān)閉6個功率管的制動方法是不能滿足產(chǎn)品開發(fā)需求的。那么問題來了，BLDC到底有哪些快速制動方法呢？具體怎么操作呢？本文就針對此做一梳理。

1. BLDC制動分類 ?

BLDC制動分為兩類：機(jī)械制動和電氣制動。 ?

機(jī)械制動，需要使用專用的電磁制動器，俗稱"電磁抱閘"。一般用于要求制動非常快的場景。本文不做分析。 ? 電氣制動，則是使用逆變電路改變電磁條件，產(chǎn)生制動力矩，達(dá)到快速制動的目的。BLDC常見電氣制動包括：回饋制動、反接制動和短接制動。 ?

2.?回饋制動 ?

同樣先看逆變電路圖，如下圖1。 ?

圖1 ? 如上圖3，上管分別是Q1、Q3、Q5，下管分別是Q6、Q4、Q2。電機(jī)線圈ABC。 ? ?

回饋制動就是使用互補(bǔ)輸出的PWM驅(qū)動電機(jī)。在制動的時候，首先降低PWM占空比，然后，等電機(jī)減速到低速的時候，再關(guān)閉PWM輸出。那么，回饋制動是怎么達(dá)到制動效果的？分析如下。 ?

假設(shè)AB導(dǎo)通(A上管Q1和B下管Q4導(dǎo)通)，且A上下管PWM互補(bǔ)輸出，即如A上管Q1導(dǎo)通，那么A下管Q6則關(guān)閉；如A上管Q1關(guān)閉，那么A下管Q6則導(dǎo)通。此情況下，在一個PWM周期內(nèi)，逆變電路的電流流向分別如下圖2和圖3。 ?

A上管Q1導(dǎo)通，A下管Q6關(guān)閉，逆變電路電流方向如下圖2。 ?

圖2 ? A上管Q1關(guān)閉，A下管Q6導(dǎo)通，剛開始因電機(jī)線圈電感作用，電流會保持圖2方向。但是，隨著時間推移，因線圈反電動勢的存在，所以電流會慢慢反向。最終逆變電路電流方向下如圖3。 ?

圖3 ? 對比圖2和圖3，可知線圈AB中電流反向了。電流反向，則磁場反向；磁場反向，則電磁力矩反向，此時，電動力矩變?yōu)橹苿恿?，電機(jī)進(jìn)入制動狀態(tài)。注意此時，制動的能力源于電機(jī)線圈存儲的電能，即使用電機(jī)線圈存儲的電能用于制動。 ?

綜上，在回饋制動中，只要PWM不是滿占空比輸出，那么在每一個PWM周期中，都存在驅(qū)動和制動兩個階段。加速階段，PWM占空比逐漸增大，制動時間越來越短；減速階段，PWM占空比逐漸減小，制動時間越來越長。 ?

3. 反接制動?

反接制動就是根據(jù)線圈當(dāng)前電流方向，突然施加反向電壓，形成反向電流，使電磁轉(zhuǎn)矩反向，從而達(dá)到快速制動的目的。 ?

同樣，以假設(shè)AB導(dǎo)通(A上管Q1和B下管Q4導(dǎo)通)為例說明反饋制動的原理。AB導(dǎo)通時電流方向如上圖2。如果要讓電流突然反向怎么辦？毫無疑問，是讓BA(B上管Q3和A下管Q6導(dǎo)通)導(dǎo)通。此情況下電流方向如下圖4。 ?

圖4 ? 導(dǎo)通BA電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩反向，一定會起到制動效果。但是，導(dǎo)通BA多長時間？一方面，如果時間太長，那么電機(jī)就會反轉(zhuǎn)；一方面，有資料顯示，反接制動時電流會翻倍(本文不做計算)，雖然能達(dá)到快速制動，但是也存在燒毀電機(jī)（超過額定電流2.5倍）的風(fēng)險。 ?

因此，反接制動時，電機(jī)轉(zhuǎn)速不能太高，且需要控制制動時間。因此，實(shí)際使用反接制動的時候，首先需要降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，然后，在某個中低轉(zhuǎn)速區(qū)間，再做制動時間調(diào)整。制動時間，需要根據(jù)轉(zhuǎn)速反復(fù)試驗(yàn)，確保不會反轉(zhuǎn)。 ?

4. 短接制動 ?

短接制動就是將逆變電路上管(或者下管)全部導(dǎo)通，下管（或者上管）全部關(guān)閉，使電機(jī)三組線圈短接。因電機(jī)在慣性轉(zhuǎn)動過程中，三線圈處于發(fā)電狀態(tài)，所以短接三線圈，等效于電源短路。又因線圈內(nèi)阻通常很小，因此，短路電流會很大。很大的短路電流，就會產(chǎn)生很大制動轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到快速制動的目的。 ?

短接制動時，逆變電路中電流方向變化較為復(fù)雜。本文就不再畫圖說明。 ?

短接制動過程中，可以通過不同PWM占空比調(diào)節(jié)短路電流大小，以避免短接過程中出現(xiàn)太大短路電流。當(dāng)電機(jī)處在中高速時，PWM占空比可以控制在30%以內(nèi)；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速在中低速時，可滿PWM占空比短接。小PWM占空比和滿占空比短接時間可根實(shí)際情況調(diào)整。 ?

下圖5是逆變電路三下管短接制動的波形。通道1、2和3是相電壓波形，因短接都為0。通道4為其中一相電流波形。 ?

圖5 ? 由圖5可知，短接制動過程中，短路電流是很大的。如果短路電流太大，那么一方面可能燒毀功率管；另一方面，電機(jī)線圈發(fā)熱也會很嚴(yán)重。因此，一定要嚴(yán)格按照先使用小PWM使電機(jī)減速到中低轉(zhuǎn)速，然后再使用滿PWM占空比短接。 ?

小結(jié)： ?

（1）回饋制動最省心。PWM互補(bǔ)輸出即可。 ?

（2）反接制動需要要防止反轉(zhuǎn)。需要先減速，再反接。減速和反接時間，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。 ?

（3）短接制動要防止大電流。需要先使用小PWM占空比減速，再使用滿PWM占空比短接。減速和短接時間，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

審核編輯：劉清