直流有刷电机调试避坑：千万不能忽视它的感生电动势

最近调试直流有刷电机的过程中，踩了个大坑，在此记录一下我的经历，希望给正在做相关项目的朋友一些启发。

我使用的是 BDR6200 来控制直流电机，BDR6200 带有H桥电路，控制起来非常方便，其上半桥采用的是P管，下半桥是采用的N管，我们知道P管是高电平导通，N管低电平导通，如下：

NMOS管：G极高电平导通；PMOS管：G极低电平导通；

如上是BDR6200的典型应用电路，就是控制不同的上下半桥导通来控制电机的正反转，如下是BDR6200 的逻辑真值表，共四种状态：正转、反转、刹车、悬空，而我踩坑的地方就在于PWM脉宽调制时，占空比为低的时候电路应该处于刹车状态还是悬空状态？

开始调试很顺利，使用 MCU 输出 PWM 信号控制电机转速，动起来还算顺畅。但当 PWM 频率较低时，电机转动时会产生比较大的噪音，这种噪音会令人不适，并且影响了整个系统的工作环境，显然低频不是一个可行的选择。而当我尝试将 PWM 频率调高，噪音是消失了，但是频率越往上电机好像越没力气，用手轻轻一捏就能堵转。

为了弄清楚到底怎么回事，我拿出示波器测量电机两端的波形。这不测不知道，一测吓一跳，在高频时，波形出现了很明显的变形。经过一番深入研究和排查，我发现这是在高频（16KHz 下）PWM 高低电平切换时，电机产生的反电动势在作祟。

我们只分析电机超一个方向驱动的情况（反向驱动也一样），PWM调制时，有如下两种方式：

（1）1、4号MOS管PWM调制

2、3号MOS管截止，1、4号MOS管导通，电机开始转动（驱动态），然后1、4号MOS管截止，根据电机的电感效应，电机会产生一个同等幅度的反电动势，而此时电机为悬空状态，反电动势无法有效释放，等下一个PWM周期过来，1、4号MOS管导通，此时加到电机两端的电压是电池电压与电机产生的反电动势之和，因这两个电压极性是相反的，所以进行了抵消，实际加载到电机两端的电压远小于电池电压。

PWM（1K）调制：通过示波器测量，电机左侧（黄色），电机右侧（蓝色）

PWM（15K）调制：通过示波器测量，电机左侧（黄色），电机右侧（蓝色）

从波形可以看出，无论是低频还是高频，在1、4号MOS管在关闭的那一瞬间电机两端产生了等幅度的反电动势，低频时反电动势会慢慢消掉一些并变得稳定，而高频时反电动势来不及消掉。

（2）1、3号MOS管PWM调制

 2号MOS一直截止，4号MOS一直导通，1号MOS导通、3号MOS截止时驱动电机转动（驱动态），当切换为1号MOS截止、3号MOS导通时，此时电机也会产生一个反电动势，但是因为3、4号MOS管处于导通状态，电机自身形成了一个回路会将自身的反电动势消掉，此时的状态也为刹车态

改为这种方式后，再测电机两端波形，电机左侧（黄色）、电机右侧（蓝色）

15K PWM 调制波形如下：

此时电机能得到比较正常的PWM 方波！

不管是高频还是低频，还是不同的占空比，波形都非常完美，感觉整个世界都清静了，通过PID算法切换电机速度也变得非常丝滑！

回想整个过程，踩坑的点就是没有注意到电机的电磁感应原理，使用了P 管和 N 管同时进行开关动作。当开启时，电机顺利接通电源开始运转；但关闭时，电机绕组就处于悬空状态。由于绕组存在电感，根据电磁感应原理，会产生感生电动势，这个电动势直接把关闭时绕组一端的电压抬升到等幅度的电源电压。等到下次管子导通的时候，电源电压再叠加起来，实际加载到电机绕组上的电压就相当于抵消掉一部分，频率越高抵消的越多，这也就是为什么电机在高频下会没劲。

通过这次调试，我深刻认识到，在电机控制中，关闭时绝对不能让电机绕组悬空。正确的做法是要让其处于刹车状态，这样电机绕组就能自己形成回路，从而将反电动势释放掉，保证电机稳定、高效地运行。