本文將探索如何安全地消除此種能量。為簡化操作，我們選用直流有刷電機為例
，當然，給出的方案同樣也適用於無刷電機係統。

 

能量守恒

 

能量守恒定律，物理學基本定律——能量既不會憑空產生，也不會憑空消失。

 

物體（如質量）通過移動或旋轉而產生動能。在電機係統中，動能來自於為電機供電的電源，電機產生轉矩以加速質量運動。

 

在電機轉子的慣性和與電機相連的機械係統中都有能量儲存。簡而言之，可以將機械係統設想為與電機軸耦合的飛輪（見圖1）。

 

圖1：機械係統中的“飛輪”

 

這裏可根據公式 ½ Iω2 計算出動能，其中 I 為慣性力矩，ω 為角速度。速度越快或慣性越大
，則儲存的能量就越多。

 

henmingxian，yisishishuowutideyundongxuyaonengliang。raner，fanguolai，dangnixiangtingzhiyundongshihuifashengshenmene
？dangzhengzaiyundongdezhiliangtingzhihuojiansushi

，tasuochucundenengliangbiranyousuoquchu，name，zhexienenglianghuiqunaerne？

 

當切斷旋轉電機的電源時，運動質量中儲存的能量會消散到係統的機械損失中。由於摩擦力的影響

，大部分能量被轉化成了熱能（見圖2）。chufeimocalihenda，burandianjitingzhidesuduyehuihenman。cishi，qudongdianjiyoudiandongzhuangtaizhuanbianweifadianzhuangtai，danyouyumeiyoudianliulujing
，bianyemeiyoudiancizhuanjulaibangzhutingzhidianji。

 

圖2：電機停止轉動時的摩擦力

 

若能為電流提供電流短路輸出路徑

，則電流會產生與旋轉方向相反的轉矩（見圖3），這(zhe)樣(yang)就(jiu)可(ke)以(yi)使(shi)電(dian)機(ji)快(kuai)速(su)停(ting)止(zhi)。但(dan)此(ci)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)
，製(zhi)動(dong)產(chan)生(sheng)的(de)能(neng)量(liang)會(hui)被(bei)消(xiao)耗(hao)在(zai)被(bei)短(duan)接(jie)電(dian)機(ji)的(de)繞(rao)組(zu)電(dian)阻(zu)和(he)電(dian)流(liu)路(lu)徑(jing)中(zhong)的(de)電(dian)阻(zu)上(shang)，進(jin)而(er)會(hui)以(yi)熱(re)量(liang)的(de)形(xing)式(shi)散(san)發(fa)。

 

圖3：與旋轉方向相反的轉矩

 

此種方法有時也稱作“短路刹車”。實際上，短路通常是指通過打開H橋的下管MOSFET來提供電流路徑。

 

當(dang)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)想(xiang)要(yao)快(kuai)速(su)降(jiang)低(di)電(dian)機(ji)速(su)度(du)時(shi)，施(shi)加(jia)在(zai)電(dian)機(ji)上(shang)的(de)電(dian)流(liu)極(ji)性(xing)會(hui)被(bei)反(fan)轉(zhuan)
，以(yi)提(ti)供(gong)與(yu)之(zhi)轉(zhuan)動(dong)方(fang)向(xiang)相(xiang)反(fan)的(de)轉(zhuan)矩(ju)。然(ran)後(hou)，儲(chu)存(cun)的(de)動(dong)能(neng)可(ke)通(tong)過(guo)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)返(fan)回(hui)至(zhi)電(dian)源(yuan)。

 

如(ru)果(guo)電(dian)源(yuan)是(shi)一(yi)塊(kuai)完(wan)美(mei)的(de)電(dian)池(chi)，那(na)麼(me)能(neng)量(liang)就(jiu)會(hui)回(hui)流(liu)到(dao)電(dian)池(chi)中(zhong)並(bing)被(bei)加(jia)以(yi)回(hui)收(shou)。而(er)現(xian)實(shi)情(qing)況(kuang)並(bing)非(fei)如(ru)此(ci)，電(dian)源(yuan)通(tong)常(chang)為(wei)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)，除(chu)非(fei)該(gai)電(dian)源(yuan)經(jing)過(guo)特(te)殊(shu)設(she)計(ji)
，否(fou)則(ze)隻(zhi)能(neng)產(chan)生(sheng)電(dian)流(liu)。由(you)於(yu)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)無(wu)法(fa)吸(xi)收(shou)電(dian)流(liu)的(de)特(te)性(xing)，回(hui)流(liu)的(de)能(neng)量(liang)隻(zhi)能(neng)進(jin)入(ru)作(zuo)為(wei)電(dian)源(yuan)一(yi)部(bu)分(fen)的(de)電(dian)容(rong)中(zhong)。

 

電容器中儲存的能量可通過公式 ½cv2計算得出，其中c為電容，v為電壓。能量流入電容器後，電容器上的電壓必然會增加（見圖4）。

 

圖4：能量增加後，電容電壓也隨之增加

 

如果該能量比較小（速度慢或慣性小）
，那na麼me此ci時shi電dian壓ya的de增zeng加jia可ke以yi忽hu略lve不bu計ji。可ke有you時shi，若ruo能neng量liang太tai多duo或huo電dian容rong容rong量liang不bu夠gou

，電dian壓ya可ke能neng會hui升sheng至zhi破po壞huai性xing水shui平ping。這zhe將jiang會hui損sun壞huai電dian機ji驅qu動dong電dian路lu或huo其qi他ta接jie至zhi相xiang同tong電dian源yuan的de電dian路lu。

 

能量耗散

 

有幾種方法可以處理回流到電源中的能量：一種是在電源處放置大電容器。此種方法有時會被采用
，但大多數情況下，由於物理或成本的限製，大電容器並不實用。

 

另一種解決方法是采用半導體鉗位裝置跨接至電源，比如TVS或齊納二極管（見圖5）。當dang電dian源yuan電dian壓ya超chao過guo正zheng常chang工gong作zuo電dian壓ya時shi，使shi用yong鉗qian位wei裝zhuang置zhi擊ji穿chuan電dian壓ya。當dang再zai生sheng能neng量liang導dao致zhi電dian壓ya上shang升sheng時shi，鉗qian位wei裝zhuang置zhi可ke擊ji穿chuan電dian壓ya以yi保bao護hu係xi統tong。返fan回hui至zhi電dian源yuan的de能neng量liang在zai鉗qian位wei裝zhuang置zhi中zhong以yi熱re量liang的de形xing式shi消xiao散san。

 

若能量大小適中

，此解決方案非常受用。

 

圖5：采用半導體鉗位裝置耗散能量

 

在(zai)大(da)型(xing)係(xi)統(tong)中(zhong)
，使(shi)用(yong)簡(jian)單(dan)的(de)鉗(qian)位(wei)裝(zhuang)置(zhi)往(wang)往(wang)效(xiao)果(guo)並(bing)不(bu)樂(le)觀(guan)，因(yin)為(wei)需(xu)要(yao)耗(hao)散(san)的(de)能(neng)量(liang)過(guo)多(duo)。此(ci)時(shi)，可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)有(you)源(yuan)箝(qian)位(wei)電(dian)路(lu)將(jiang)能(neng)量(liang)耗(hao)散(san)到(dao)電(dian)阻(zu)負(fu)載(zai)中(zhong)。

 

圖6：：采用有源電路鉗位裝置耗散能量

 

鉗位電路通過使用比較器或類似電路

，監測電源電壓來工作（見圖6）。如果電壓增加至預設閾值（剛剛超過正常工作電壓值），可以在電源上跨接一個負載電阻，以耗散能量。

 

結論

 

本ben文wen針zhen對dui如ru何he將jiang能neng量liang從cong電dian機ji反fan饋kui回hui機ji械xie係xi統tong的de電dian源yuan，以yi及ji如ru何he處chu理li電dian機ji驅qu動dong電dian子zi設she備bei中zhong的de此ci類lei能neng量liang，進jin行xing了le宏hong觀guan闡chan述shu。文wen中zhong雖sui未wei給gei出chu固gu定ding係xi統tong中zhong元yuan件jian值zhi所suo需xu的de數shu學xue計ji算suan公gong式shi，但dan關guan於yu電dian容rong值zhi和he鉗qian位wei元yuan件jian的de計ji算suan等deng更geng多duo詳xiang細xi信xin息xi，您nin可ke訪fang問wenMPS官網之應用說明AN132 “輸入電容和過壓保護電路設計” 進行參考。

 

 

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