[FOC电机控制]-高速刹车机制
高速动态刹车原理详解
高速刹车中"禁用上桥，下桥50%占空比动态制动"的原理。
1. 三相逆变器桥式结构
首先，让我查看一下PWM输出的硬件配置：
Read file: USER/board.c
现在让我查看PWM控制的具体实现：
Read file: M1_CONTROL/MC_Drive.c
现在我来详细解释高速动态刹车的原理：
高速动态刹车原理详解
1. 三相逆变器桥式结构
上桥MOSFET (UH, VH, WH)┌─────────┬─────────┬─────────┐│ UH │ VH │ WH ││ ↑ │ ↑ │ ↑ │├─────────┼─────────┼─────────┤│ UL │ VL │ WL ││ ↑ │ ↑ │ ↑ │└─────────┴─────────┴─────────┘下桥MOSFET (UL, VL, WL)
2. 高速刹车时的控制策略
PWMABC_Dis; // 禁用上桥MOSFET
PWMABCN_Enb; // 使能下桥MOSFETTIM1->CCR1 = PWM_PRIOD_LOAD>>1; // A相50%占空比
TIM1->CCR2 = PWM_PRIOD_LOAD>>1; // B相50%占空比
TIM1->CCR3 = PWM_PRIOD_LOAD>>1; // C相50%占空比
3. 动态制动原理
步骤1：禁用上桥
PWMABC_Dis禁用所有上桥MOSFET（UH, VH, WH）- 上桥MOSFET完全关闭，不产生任何驱动电流
步骤2：使能下桥50%占空比
PWMABCN_Enb使能所有下桥MOSFET（UL, VL, WL）- 设置50%占空比：
PWM_PRIOD_LOAD>>1
步骤3：产生制动电流
电机旋转方向：顺时针
反电动势：E = Kω (K为反电动势常数，ω为角速度)下桥50%占空比的作用：
┌─────────────────────────────────────┐
│ 高电平期间(50%)：下桥导通 │
│ 低电平期间(50%)：下桥关闭 │
└─────────────────────────────────────┘制动电流路径：
电机绕组 → 下桥MOSFET → 地 → 电机绕组
4. 制动电流产生机制
反电动势制动原理
高速旋转的电机产生反电动势：
E = K × ω (ω为角速度)当上桥关闭，下桥50%占空比时：
- 50%时间内：下桥导通，绕组通过下桥短路
- 50%时间内：下桥关闭，绕组开路短路期间：
绕组电流 = E / R (R为绕组电阻)
制动转矩 = K × 绕组电流
能量转换过程
机械能 → 电能 → 热能
旋转动能 → 反电动势 → 绕组电阻发热
5. 为什么选择50%占空比？
占空比的影响
占空比过高(>50%)：
- 短路时间过长
- 制动电流过大
- 可能损坏电机或驱动器占空比过低(<50%)：
- 制动效果不明显
- 减速时间过长50%占空比：
- 平衡制动效果和安全性
- 提供适中的制动转矩
- 避免过大的制动电流
6. 与静态刹车的区别
高速动态刹车
PWMABC_Dis; // 禁用上桥MOSFET
PWMABCN_Enb; // 使能下桥MOSFET
TIM1->CCR1 = PWM_PRIOD_LOAD>>1; // 50%占空比
低速静态刹车
PWMABC_Enb; // 使能上桥MOSFET
PWMABCN_Enb; // 使能下桥MOSFET
// 上下桥同时导通，完全短路制动
7. 安全考虑
过流保护
- 50%占空比限制最大制动电流
- 避免瞬间大电流损坏器件
温度控制
- 制动能量转换为热能
- 通过占空比控制发热量
速度检测
if(SpeedFdk.Out >= 100) // 速度大于100时执行动态刹车
- 只在高速时使用动态刹车
- 低速时使用更安全的静态刹车
总结
高速动态刹车的核心原理是：
- 关闭上桥：停止正向驱动
- 下桥50%占空比：产生可控的制动电流
- 利用反电动势：将机械能转换为电能并消耗
- 平衡效果与安全：50%占空比提供适中制动转矩
这种方法的优势是既能快速减速，又能避免过大的制动电流对系统造成损害。
电机高速刹车机制——通俗解释
想象一下，电机就像一个会转的陀螺。它在高速旋转时，惯性很大，如果你想让它停下来，直接断电其实它还会“顺着惯性”继续转很久。这时候，我们就需要“刹车”——而且要刹得又快又安全。
1. 电机自己“发电”来刹车
电机在高速旋转时，本身就像一个小发电机，会产生“反电动势”（也就是发电的电压）。如果我们把电机的三根线直接短接起来，反电动势就会让电流在绕组里打转，这个电流遇到电阻就会发热，把电机的动能变成热能，电机就会很快停下来。
2. 为什么不是直接短路？
直接把三根线完全短路，虽然刹车效果最猛，但电流会非常大，容易把电机或者驱动器烧坏。所以我们用了一种“聪明”的办法——不是一直短路，而是让下桥MOSFET（开关管）以50%的占空比“断断续续”地接地，也就是一半时间导通、一半时间断开。
3. 具体做法
- 上桥全关：让电机的三相上桥开关全部关闭，不再给电机加速。
- 下桥50%占空比：三相下桥开关以一半时间导通的方式，把电机绕组“脉冲式”地接地。
- 反电动势流动：电机旋转时产生的反电动势推动电流在绕组和下桥之间流动，这个电流在绕组电阻上消耗掉，电机的转速就会很快降下来。
4. 能量去哪了？
其实就是把电机的“转动能量”变成了“热能”，让电机自己“发电”，然后自己把电流消耗掉，相当于“自我消耗”来刹车。
5. 为什么用50%？
- 如果占空比太高（比如一直短路），电流太大，容易烧坏器件。
- 如果占空比太低，刹车效果又不明显。
- 50%是一个折中，既能快速刹车，又不会让电流太大，比较安全。
一句话总结：
“电机高速刹车时，就是让电机自己发电，然后用下桥开关把电流‘一半一半’地短路掉，把转动的能量变成热量消耗掉，这样电机就能又快又安全地停下来。”
软件实现高速刹车的机制总结
状态机管理
软件用一个“电机状态机”来管理各种工作状态，包括：空闲、运行、刹车、故障等。
当检测到刹车键被按下（BrakeKey == 0），状态机会切换到“刹车状态”。
判断速度，选择刹车方式
如果电机速度高（SpeedFdk.Out >= 100），进入高速动态刹车。
如果速度低，则用静态刹车（全桥短路）。
高速动态刹车的软件动作
禁用上桥PWM：PWMABC_Dis，让上桥MOSFET全部关闭。
使能下桥PWM：PWMABCN_Enb，让下桥MOSFET全部打开。
设置50%占空比：TIM1->CCR1/2/3 = PWM_PRIOD_LOAD>>1，让下桥以一半时间导通，实现“脉冲式短路”。
这样，电机绕组就会周期性地被接地，反电动势产生的电流在绕组中消耗，实现快速刹车。
刹车结束，自动恢复运行
当刹车键松开，软件自动切换回“运行状态”，恢复正常控制。
安全保护
软件还会监控故障（如过流、过压等），一旦检测到异常，立即关闭所有PWM输出，保证系统安全。