其利天下技术·BLDC制动有哪些方法？无刷电机电机驱动方案

学会了启动电机，加减速电机，怎么制动电机？制动，又名刹车，也可称为刹车制动。制动的作用就是让高速旋转的电机停止。毫无疑问，这是做BLDC驱动必不可少的环节。通常新手同学会认为这很简单，把6个功率管关闭不就停机了？没错，关闭6个功率管后，电机最终肯定会停下来。但是，问题是对于中高速电机，这样停下来需要多长时间？看着慢慢悠悠停下来的电机，你心急不？遇到要求快速制动的产品，你怎么办？因此，仅关闭6个功率管的制动方法是不能满足产品开发需求的。那么问题来了，BLDC到底有哪些快速制动方法呢？具体怎么操作呢？本文就针对此做一梳理。

 

一、BLDC制动分为两类

机械制动：需要使用专用的电磁制动器，俗称"电磁抱闸"。一般用于要求制动非常快的场景。本文不做分析。

电气制动：则是使用逆变电路改变电磁条件，产生制动力矩，达到快速制动的目的。BLDC常见电气制动包括：回馈制动、反接制动和短接制动。 

 

回馈制动

回馈制动同样先看逆变电路图，如下图1。 

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如上图1，上管分别是Q1、Q3、Q5，下管分别是Q6、Q4、Q2。电机线圈ABC。 

回馈制动就是使用互补输出的PWM驱动电机。在制动的时候，首先降低PWM占空比，然后，等电机减速到低速的时候，再关闭PWM输出。那么，回馈制动是怎么达到制动效果的？分析如下。 

假设AB导通(A上管Q1和B下管Q4导通)，且A上下管PWM互补输出，即如A上管Q1导通，那么A下管Q6则关闭；如A上管Q1关闭，那么A下管Q6则导通。此情况下，在一个PWM周期内，逆变电路的电流流向分别如下图2和图3。 

A上管Q1导通，A下管Q6关闭，逆变电路电流方向如下图2。 

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A上管Q1关闭，A下管Q6导通，刚开始因电机线圈电感作用，电流会保持图2方向。但是，随着时间推移，因线圈反电动势的存在，所以电流会慢慢反向。最终逆变电路电流方向下如图3。

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对比图2和图3，可知线圈AB中电流反向了。电流反向，则磁场反向；磁场反向，则电磁力矩反向，此时，电动力矩变为制动力矩，电机进入制动状态。注意此时，制动的能力源于电机线圈存储的电能，即使用电机线圈存储的电能用于制动。 

综上，在回馈制动中，只要PWM不是满占空比输出，那么在每一个PWM周期中，都存在驱动和制动两个阶段。加速阶段，PWM占空比逐渐增大，制动时间越来越短；减速阶段，PWM占空比逐渐减小，制动时间越来越长。 

 

反接制动

反接制动就是根据线圈当前电流方向，突然施加反向电压，形成反向电流，使电磁转矩反向，从而达到快速制动的目的。 同样，以假设AB导通(A上管Q1和B下管Q4导通)为例说明反馈制动的原理。AB导通时电流方向如上图2。如果要让电流突然反向怎么办？毫无疑问，是让BA(B上管Q3和A下管Q6导通)导通。此情况下电流方向如下图4。 

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导通BA电流反向，电磁转矩反向，一定会起到制动效果。但是，导通BA多长时间？一方面，如果时间太长，那么电机就会反转；一方面，有资料显示，反接制动时电流会翻倍(本文不做计算)，虽然能达到快速制动，但是也存在烧毁电机（超过额定电流2.5倍）的风险。 因此，反接制动时，电机转速不能太高，且需要控制制动时间。因此，实际使用反接制动的时候，首先需要降低电机转速，然后，在某个中低转速区间，再做制动时间调整。制动时间，需要根据转速反复试验，确保不会反转。 

 

短接制动

短接制动就是将逆变电路上管(或者下管)全部导通，下管（或者上管）全部关闭，使电机三组线圈短接。因电机在惯性转动过程中，三线圈处于发电状态，所以短接三线圈，等效于电源短路。又因线圈内阻通常很小，因此，短路电流会很大。很大的短路电流，就会产生很大制动转矩，从而达到快速制动的目的。 短接制动时，逆变电路中电流方向变化较为复杂。本文就不再画图说明。 短接制动过程中，可以通过不同PWM占空比调节短路电流大小，以避免短接过程中出现太大短路电流。当电机处在中高速时，PWM占空比可以控制在30%以内；当电机转速在中低速时，可满PWM占空比短接。小PWM占空比和满占空比短接时间可根实际情况调整。 下图5是逆变电路三下管短接制动的波形。通道1、2和3是相电压波形，因短接都为0。通道4为其中一相电流波形。

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 由图5可知，短接制动过程中，短路电流是很大的。如果短路电流太大，那么一方面可能烧毁功率管；另一方面，电机线圈发热也会很严重。因此，一定要严格按照先使用小PWM使电机减速到中低转速，然后再使用满PWM占空比短接。