BLDC刹车制动控制

只看该作者 · 2023-7-18 10:36

BLDC（Brushless DC）电机是一种无刷直流电机，它在很多应用中被广泛使用，包括汽车、工业机械、电动工具等。BLDC电机通常由定子（固定部分）和转子（旋转部分）组成，而刹车制动是其中一种重要的操作模式。

BLDC电机的刹车制动主要通过改变电机的工作模式来实现，具体介绍如下：

电子刹车（电流刹车）：在电子刹车模式下，BLDC电机会在机械上的负载条件下，将三相绕组的电流逐渐降低至零。这样做会导致电机旋转速度减慢，并最终停止。在刹车期间，电机的动能会转化为电能并被回馈到电源中，从而减缓电机的旋转。电子刹车通常通过PWM（脉冲宽度调制）控制来实现。

逆向转矩刹车：逆向转矩刹车是通过改变BLDC电机的电流方向来实现。通常情况下，电机是通过交替激活三相绕组来旋转的，而逆向转矩刹车会使两个绕组同时激活，产生一个抵消电机旋转的反向转矩，从而使电机停止旋转。

机械刹车：除了通过改变电机的工作模式来制动，有些应用也会在BLDC电机上使用机械刹车。机械刹车是通过物理装置（如制动盘或制动片）直接对电机的转子施加阻力来制动电机。这种方法在一些高要求的应用中较为常见。

刹车制动在BLDC电机的应用中非常重要，特别是在需要快速停止、精确位置控制或对安全性有较高要求的场景中。选择适合的刹车制动方法取决于具体的应用要求和控制系统设计。同时，为了确保刹车制动的安全可靠性，系统设计师需要仔细考虑刹车过程中产生的热量和机械应力对电机和系统的影响。

只看该作者 · 2023-7-18 10:38

dynamic braking动态刹车
BLDC电机在制动过程中，相当于一台发动机，对电路进行反向供电，处理不当会对驱动电路造成损伤。电机制动过程实际是把电机本身的转动的动能转化为其它形式的能量，从而让电机停止转动。转化能量的方式有多种，可以转化为热能耗散掉（无论是电机内阻耗散掉，还是外接功率电阻耗散掉），也可以转化成电能存储到电池中（需要转化电路）。
转化成热能耗散中最常见的有两种：一种是直接通过电机自身内阻耗散掉，因为电机内阻一般很小，电机制动过程中产生的电流很大，所以很容易造成电机发热，处理不当可能会烧坏电机；另一种相对更安全，就是通过一个功率电阻，主要电流都通过这个功率电阻耗散掉，从而保护电机，不让电机过热。
如图所示就是一种通过功率电阻耗散电机制动过程中产生电能的电路。因为功率电阻在这个电路中起到的作用是让电机快速制动，所以也叫刹车电阻。电机制动过程如下：

关闭Q8MOS管，切断电源供电。此时电机失去供电，电机靠惯性继续旋转，相当于一个三相交流电机在发电；
Q1 ~ 6关闭，此时电机通过Q1 ~ 6的体二极管形成整流桥，电容起到滤波作用
Q7打开，电机产生的交流电经过整流、滤波后，经过刹车电阻。
刹车完成后，电机停止转动。关闭Q7，打开Q8，为下次电机驱动做好准备。

只看该作者 · 2023-7-18 10:38

regenerative braking: 能量回收刹车
能量回收方式最复杂，因为刹车过程时间一般很短，回收电路响应速度要快。同时刹车产生的能量也很小，需要高效的储能方式才能有效回收。因为锂电池充电需要把电能转化为化学能储存起来，而电能和化学能转化需要的时间长，同时锂电池充电对充电电压和电流都有一定的要求。所以刹车能量回收不能使用锂电池来储能。目前最常用的方式是超级电容，超级电容是把电能直接转化为电势能存储起来，响应速度与电流相同，不需要经过化学反应；同时超级电容充电对电压、电流要求低。