3. 死区补偿基础方法

死区补偿，说白了就是跟死区效应对着干。你加了死区时间，它带来了电压误差和电流畸变，那我们就想办法把这部分误差补回去。我做了这么多年电机控制，死区补偿的方法见过不下十种，但最基础、最常用的，就是下面这三种。

核心思路：死区补偿的本质是“反向注入”。死区让实际输出电压偏离了指令值，我们就主动调整开关时刻或电压指令，让实际输出重新逼近理想值。

3.1 基于电流极性检测的补偿法

这是最直观的方法。你想想看，死区效应导致的电压误差，方向完全取决于电流的极性。电流流出去和流进来，死区造成的偏差正好相反。

基本原理：

当相电流 > 0（定义为流出桥臂），死区导致实际电压 < 指令电压，需要正向补偿。
当相电流 < 0（定义为流入桥臂），死区导致实际电压 > 指令电压，需要负向补偿。

补偿量的大小，就是死区时间乘以直流母线电压，再除以开关周期。公式很简单：

ΔV = (T_dead × V_dc) / T_sw

其中 T_dead 是死区时间，V_dc 是母线电压，T_sw 是开关周期。

实现步骤：

采样三相电流 i_a, i_b, i_c。
判断每相电流的极性（正或负）。
根据极性，在每相占空比指令上加上或减去补偿量 ΔV。
限幅处理，防止占空比超出 0~1 范围。

我的经验：电流极性检测最怕的就是“过零”附近。电流很小的时候，采样噪声和零点漂移会让极性判断来回跳变，补偿量也跟着乱跳。我早期一个项目就吃过这个亏，电机低速运行时嗡嗡响，查了半天才发现是过零判断不稳。

过零问题的处理：

设置滞环区间：比如电流绝对值小于某个阈值（如 0.1A）时，不进行补偿。
或者用低通滤波后的电流来判断极性，滤掉高频噪声。
更高级的做法：用电流的参考值（指令值）代替实际采样值来判断极性，因为参考值没有噪声。

注意：基于电流极性检测的方法，对电流传感器的精度和带宽要求较高。如果传感器有较大的偏置或延迟，补偿效果会大打折扣，甚至越补越差。

3.2 脉冲宽度补偿法

这个方法更直接——我不去算电压误差，我直接调整 PWM 脉冲的宽度。死区不是让脉冲变窄或变宽了吗？我就在发脉冲的时候，手动把窄的补宽，宽的补窄。

工作原理：

在 PWM 生成阶段，根据电流极性，直接修改比较寄存器的值。比如：

电流为正时，开通时刻提前 T_dead，关断时刻不变，等效于脉冲宽度增加 T_dead。
电流为负时，开通时刻不变，关断时刻延后 T_dead，等效于脉冲宽度减少 T_dead。

这样做的好处是：补偿在 PWM 层面完成，不涉及电压指令的修改，响应非常快。

// 伪代码示例：脉冲宽度补偿
if (i_a > 0) {
    // 电流为正，增加脉冲宽度
    CMPA = CMPA_original - T_dead;  // 提前开通
    CMPB = CMPB_original;           // 关断不变
} else if (i_a < 0) {
    // 电流为负，减少脉冲宽度
    CMPA = CMPA_original;           // 开通不变
    CMPB = CMPB_original + T_dead;  // 延迟关断
} else {
    // 过零区间，不补偿
    CMPA = CMPA_original;
    CMPB = CMPB_original;
}

我建议：脉冲宽度补偿法特别适合用 DSP 或 FPGA 实现。因为修改比较寄存器只需要一个指令周期，延迟极小。我在一个高速电机项目（20kHz 开关频率）上用过，效果比电压补偿法好，因为电压补偿法经过电流环计算会有延迟。

优缺点对比：

方法	优点	缺点
电流极性检测法	实现简单，计算量小	过零判断困难，受传感器噪声影响大
脉冲宽度补偿法	响应快，直接作用于 PWM 层	需要底层寄存器操作，移植性差

3.3 电压矢量补偿法

前面两种方法都是在每一相上单独补偿。电压矢量补偿法换个思路——我把死区造成的电压误差，看作一个固定的误差矢量，然后在整个电压矢量上做补偿。

核心思想：

死区效应产生的误差电压，在 αβ 坐标系下是一个与电流矢量方向相反的矢量。也就是说，误差矢量的方向始终指向电流矢量的反方向，大小基本恒定。

所以补偿方法就是：在电压指令矢量上，叠加一个与电流方向相反、大小等于死区误差电压的矢量。

V_comp = -sign(I) × ΔV

其中 sign(I) 是电流矢量的方向单位矢量，ΔV 是死区误差电压幅值。

实现流程：

采样三相电流，变换到 αβ 坐标系。
计算电流矢量的角度 θ_i = atan2(i_β, i_α)。
构造补偿矢量：V_comp_α = -ΔV × cos(θ_i)，V_comp_β = -ΔV × sin(θ_i)。
将补偿矢量加到电压指令上。

关键点：电压矢量补偿法天然解决了过零问题。因为电流矢量在过零时是连续旋转的，不会像单相极性判断那样出现跳变。补偿量是平滑变化的，不会引入额外谐波。

我个人比较喜欢这种方法。它把三相的补偿统一到一个矢量里处理，思路清晰，而且配合 SVPWM 的矢量合成非常自然。我在一个伺服驱动器项目里用过，电流波形明显比单相补偿法更干净。

曾经踩过的坑：电压矢量补偿法对电流采样精度要求高。如果电流有偏置，算出来的角度就不准，补偿方向会偏。我遇到过因为电流传感器温漂导致补偿方向偏了十几度，结果谐波不但没减少反而增加了。后来加了偏置校准才解决。

三种方法对比总结

对比项	电流极性检测法	脉冲宽度补偿法	电压矢量补偿法
实现难度	低	中	中高
过零处理	困难	困难	自然平滑
响应速度	中	快	中
谐波抑制效果	一般	较好	好
适用场景	低成本、低要求	高速、高开关频率	高性能伺服、矢量控制

这三种方法各有各的适用场景。我个人建议，如果你刚开始做死区补偿，先从电流极性检测法入手，它简单直观，能帮你理解死区补偿的本质。等吃透了，再尝试脉冲宽度补偿法或电压矢量补偿法，效果会更好。

📚 课程目录

3. 死区补偿基础方法

3.1 基于电流极性检测的补偿法

3.2 脉冲宽度补偿法

3.3 电压矢量补偿法

三种方法对比总结