答:依据能量守恒定律,能量不会无端消失,而是会从一种形式转换为另一种形式。当电流通过电阻时,电能会转化为热能并散发出去。然而,当电能转化为皖南电机线圈中的磁能时,这种能量转换过程尤为迅速。电源断开时,线圈中的磁能会转化为电能,以补充减弱的电场。这导致线圈电流逐渐减小,保持电流的连续性。若在断开电感负载时,电流不仅会减小,两端电压还会急剧上升,甚至可能击穿空气产生火花。这就是为什么在直流有刷电机换向时会出现火星飞溅,以及七八十年代断电闸时火花四溅的原因(图1)。
图1,直流电机火花与电闸火花示意图
问:面对如此危险的火花,有何应对策略?
答:电感负载在断路时仍试图维持电流的连续性,因此保持电路通路至关重要。一种简单的方法是在线圈两端加装二极管。当电路切断时,二极管会导通,为电流提供安全的释放通道(图2)。
图2,电路中能量安全释放示意图
问:集成电路驱动皖南电机线圈放电该如何处理?
答:电机线圈放电通常称为DECAY。除了使用二极管的方法外,集成电路本身也提供了放电方式。主要包括A-SYNCMODE、SYNCMODEFASTDECAY和SYNCMODESLOWDECAY三种。
图3,电机连接示意图
图4,直流电机电路连接方式
电机停转时,需要处理线圈中储存的能量。A-SYNCFASTDECAY方式利用MOS管体二极管泄流。SYNCMODEFASTDECAY方式中,停机时开启部分MOS管,使能量循环回电源。SYNCMODESLOWDECAY方式则是短路线圈两端,实现自刹车功能。但此模式不适用于大型高速电机,可能引起过流或烧毁(图7)。
图5,A-SYNCFASTDECAY方式
图6,SYNCMODEFASTDECAY方式
图7,SYNCMODESLOWDECAY方式
了解这些放电方式后,可以根据不同的特点选择合适的解决方案。