無(wú)刷電機(jī)制動(dòng)方法有哪些呢？

學(xué)會(huì)了啟動(dòng)電機(jī)，加減速電機(jī)，怎么制動(dòng)電機(jī)？制動(dòng)，又名剎車，也可稱為剎車制動(dòng)。制動(dòng)的作用就是讓高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)停止。毫無(wú)疑問(wèn)，這是做BLDC驅(qū)動(dòng)必不可少的環(huán)節(jié)。通常新手同學(xué)會(huì)認(rèn)為這很簡(jiǎn)單，把6個(gè)功率管關(guān)閉不就停機(jī)了？沒(méi)錯(cuò)，關(guān)閉6個(gè)功率管后，電機(jī)最終肯定會(huì)停下來(lái)。

但是，問(wèn)題是對(duì)于中高速電機(jī)，這樣停下來(lái)需要多長(zhǎng)時(shí)間？看著慢慢悠悠停下來(lái)的電機(jī)，你心急不？遇到要求快速制動(dòng)的產(chǎn)品，你怎么辦？因此，僅關(guān)閉6個(gè)功率管的制動(dòng)方法是不能滿足產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求的。那么問(wèn)題來(lái)了，BLDC到底有哪些快速制動(dòng)方法呢？具體怎么操作呢？本文就針對(duì)此做一梳理。

機(jī)械制動(dòng)：需要使用專用的電磁制動(dòng)器，俗稱"電磁抱閘"。一般用于要求制動(dòng)非?？斓膱?chǎng)景。本文不做分析。

電氣制動(dòng)：則是使用逆變電路改變電磁條件，產(chǎn)生制動(dòng)力矩，達(dá)到快速制動(dòng)的目的。BLDC常見(jiàn)電氣制動(dòng)包括：回饋制動(dòng)、反接制動(dòng)和短接制動(dòng)。

回饋制動(dòng)

回饋制動(dòng)同樣先看逆變電路圖，如下圖1。

如上圖1，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(dòng)就是使用互補(bǔ)輸出的PWM驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在制動(dòng)的時(shí)候，首先降低PWM占空比，然后，等電機(jī)減速到低速的時(shí)候，再關(guān)閉PWM輸出。那么，回饋制動(dòng)是怎么達(dá)到制動(dòng)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(gè)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。

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

對(duì)比圖2和圖3，可知線圈AB中電流反向了。電流反向，則磁場(chǎng)反向；磁場(chǎng)反向，則電磁力矩反向，此時(shí)，電動(dòng)力矩變?yōu)橹苿?dòng)力矩，電機(jī)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)。注意此時(shí)，制動(dòng)的能力源于電機(jī)線圈存儲(chǔ)的電能，即使用電機(jī)線圈存儲(chǔ)的電能用于制動(dòng)。

綜上，在回饋制動(dòng)中，只要PWM不是滿占空比輸出，那么在每一個(gè)PWM周期中，都存在驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)兩個(gè)階段。加速階段，PWM占空比逐漸增大，制動(dòng)時(shí)間越來(lái)越短；減速階段，PWM占空比逐漸減小，制動(dòng)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)。

反接制動(dòng)

反接制動(dòng)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(dòng)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(shuō)明反饋制動(dòng)的原理。AB導(dǎo)通時(shí)電流方向如上圖2。如果要讓電流突然反向怎么辦？毫無(wú)疑問(wèn)，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。

導(dǎo)通BA電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩反向，一定會(huì)起到制動(dòng)效果。但是，導(dǎo)通BA多長(zhǎng)時(shí)間？一方面，如果時(shí)間太長(zhǎng)，那么電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)；一方面，有資料顯示，反接制動(dòng)時(shí)電流會(huì)翻倍(本文不做計(jì)算)，雖然能達(dá)到快速制動(dòng)，但是也存在燒毀電機(jī)（超過(guò)額定電流2.5倍）的風(fēng)險(xiǎn)。

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

短接制動(dòng)

短接制動(dòng)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(dòng)過(guò)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(huì)很大。很大的短路電流，就會(huì)產(chǎn)生很大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到快速制動(dòng)的目的。

短接制動(dòng)時(shí)，逆變電路中電流方向變化較為復(fù)雜。本文就不再畫圖說(shuō)明。

短接制動(dòng)過(guò)程中，可以通過(guò)不同PWM占空比調(diào)節(jié)短路電流大小，以避免短接過(guò)程中出現(xiàn)太大短路電流。當(dāng)電機(jī)處在中高速時(shí)，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(shí)，可滿PWM占空比短接。小PWM占空比和滿占空比短接時(shí)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(dòng)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。

由圖5可知，短接制動(dòng)過(guò)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(huì)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(dòng)最省心。PWM互補(bǔ)輸出即可。

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

（3）短接制動(dòng)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(shí)間，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

由圖5可知，短接制動(dòng)過(guò)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(huì)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。