4、电流极性检测：相电流采样技术、电流过零点检测难点、零电流钳位效应
各位同学，咱们今天聊的这个话题，可以说是死区补偿里最让人头疼的一环——电流极性检测。
你想想看，死区补偿的核心是什么？说白了就是根据电流方向去调整占空比。但问题来了：你怎么知道电流方向？靠采样。可采样本身就有误差，尤其是电流过零点附近，那叫一个“剪不断理还乱”。
我个人习惯把这个问题拆成三块来讲：采样技术、过零点检测、零电流钳位。咱们一个一个啃。
4.1 相电流采样技术
先说说采样。目前主流的方法就两种：
- 单电阻采样：成本低，但重构电流需要技巧
- 双电阻/三电阻采样：精度高，但硬件成本上去了
我在项目中遇到过最尴尬的事——用单电阻采样，结果低速下电流重构失败，电机抖得像筛子。后来我学乖了，低速工况下强制切换到双电阻模式。
这里给个采样时序的参考代码，我用的是STM32G4系列：
// 三相电流采样触发配置
// 使用定时器1的CH1/CH2/CH3作为触发源
void CurrentSampling_Init(void)
{
// 配置ADC注入组，由TIM1_TRGO触发
ADC_InjectedConfTypeDef sConfigInjected = {0};
sConfigInjected.InjectedChannel = ADC_CHANNEL_1; // U相
sConfigInjected.InjectedRank = ADC_INJECTED_RANK_1;
sConfigInjected.InjectedSamplingTime = ADC_SAMPLINGTIME_7CYCLES_5;
HAL_ADCEx_InjectedConfig(&hadc1, &sConfigInjected);
// 注意：采样点必须避开PWM开关边沿
// 我一般设置在PWM计数器的中间点
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_4,
(PWM_PERIOD >> 1) - 50);
}4.2 电流过零点检测难点
好，采样搞定了，接下来是重头戏——过零点检测。
为什么要检测过零点？因为死区补偿在过零点附近最容易出错。你想想，电流接近0的时候，方向判断稍微偏一点，补偿方向就反了，结果越补越乱。
难点主要有三个：
- 采样噪声：电流小的时候，信噪比极低。我见过有人用10位ADC采0.1A的电流，那结果基本是随机数。
- ADC量化误差：12位ADC在满量程3.3V下，1LSB对应约0.8mV。如果采样电阻是0.01Ω，那1LSB对应的电流就是80mA。你想想，80mA以下的电流根本测不准。
- 延时问题：从采样到计算出结果，中间有延时。电流过零点变化很快，延时可能导致方向判断滞后。
怎么解决？我个人的做法是：
- 用硬件比较器做快速过零判断，不依赖ADC
- 或者用软件滤波+滞回比较
下面是我常用的滞回比较算法：
// 电流过零点检测 - 滞回比较
// 滞回窗口：±50mA
#define HYSTERESIS_CURRENT 50 // 单位mA
typedef enum {
CURRENT_POSITIVE,
CURRENT_NEGATIVE,
CURRENT_ZERO
} CurrentPolarity_t;
CurrentPolarity_t DetectPolarity(int16_t current_mA)
{
static CurrentPolarity_t last_polarity = CURRENT_ZERO;
static int16_t last_current = 0;
// 先做一阶低通滤波，截止频率约500Hz
int16_t filtered = (last_current * 3 + current_mA) >> 2;
last_current = filtered;
// 滞回判断
if (filtered > HYSTERESIS_CURRENT) {
last_polarity = CURRENT_POSITIVE;
} else if (filtered < -HYSTERESIS_CURRENT) {
last_polarity = CURRENT_NEGATIVE;
}
// 在滞回区内保持上次状态
return last_polarity;
}4.3 零电流钳位效应
这个现象，我估计很多做驱动的朋友都遇到过，但未必知道它叫什么。
零电流钳位，说白了就是：当相电流接近0时，由于死区时间的存在，电流会被“卡”在0附近，下不去也上不来。就像钳子夹住了一样。
为什么会这样？
你想想，死区时间内上下桥臂都关断，电流只能通过续流二极管走。如果电流很小，二极管上的压降不足以维持电流继续流动，电流就会“断流”。等下一个PWM周期来了，电流又从0开始爬升。
结果就是：电流波形在过零点附近出现一段平坦的“台阶”，谐波含量暴增。
我在做伺服驱动器时遇到过这个问题，电机在低速运行时嗡嗡响，FFT一看，5次、7次谐波特别大。排查了半天，最后发现是零电流钳位搞的鬼。
解决思路有两个：
| 方法 | 原理 | 优缺点 |
|---|---|---|
| 最小脉冲注入 | 在电流过零点附近，强制插入一个最小宽度的脉冲，打破钳位 | 实现简单，但会增加开关损耗 |
| 死区时间动态调整 | 根据电流大小动态调整死区时间，电流小时减小死区 | 效果好，但需要精确的电流检测 |
我个人更倾向于第二种方法。下面是我在项目中用过的动态死区调整代码：
// 动态死区时间调整
// 根据相电流绝对值调整死区时间
uint16_t CalcDeadTime(int16_t phase_current_mA)
{
uint16_t base_deadtime = 2000; // 基础死区 2us
uint16_t min_deadtime = 500; // 最小死区 0.5us
int16_t abs_current = abs(phase_current_mA);
// 电流越小，死区越小
// 当电流大于1A时，使用基础死区
if (abs_current > 1000) {
return base_deadtime;
}
// 电流在0~1A之间，线性减小死区
uint16_t deadtime = base_deadtime -
(base_deadtime - min_deadtime) * abs_current / 1000;
// 确保不低于最小值
return (deadtime < min_deadtime) ? min_deadtime : deadtime;
}嗯，关于电流极性检测，今天就聊这么多。下一章咱们讲具体的死区补偿算法实现，到时候会用到今天讲的这些内容。记得把代码跑一跑，有问题随时交流。