4. 软件过流保护策略：ADC采样、数字滤波、阈值判断、故障标志位处理
过流保护这件事，说简单也简单——电流大了就跳闸。但在电机驱动这种实时系统里，怎么跳、什么时候跳、跳了之后怎么恢复，这里面的门道可不少。我做了这么多年驱动器，见过太多因为过流保护没处理好而炸管子的案例。
这一章，我们就来聊聊软件过流保护的完整链路：从ADC采样到数字滤波，再到阈值判断和故障标志位处理。每一步都有坑，我会把我在项目中踩过的坑都告诉你。
4.1 过流保护的整体架构
先看一张整体流程图，让你对软件过流保护有个全局认识。
这个流程看起来简单，但每个环节都有讲究。我们一个一个来看。
4.2 ADC采样：时机比精度更重要
ADC采样，说白了就是把模拟电流信号变成数字量。但什么时候采，比用什么分辨率采更重要。
我见过不少新手，上来就选16位ADC，觉得精度越高越好。结果呢？采样时刻不对，采到的全是开关噪声，再高的精度也白搭。
4.2.1 采样时机的选择
在SVPWM调制中，电流采样通常有两种方式：
- 单电阻采样：在PWM周期的中点采样，此时电流纹波最小
- 双电阻/三电阻采样：在PWM周期的开始和结束时刻采样
我个人习惯用三电阻采样，配合PWM中心对齐模式。采样点选在PWM计数器的峰值和谷值时刻，这时候开关管已经稳定，噪声最小。
4.2.2 ADC配置要点
| 参数 | 推荐值 | 说明 |
|---|---|---|
| 分辨率 | 12位 | 对于电机驱动，12位足够，更高分辨率反而增加转换时间 |
| 采样时间 | ≥500ns | 保证采样电容充分充电，尤其是大电流时 |
| 触发方式 | 硬件触发（PWM事件） | 避免软件触发带来的抖动 |
| 转换模式 | 连续扫描 | 三相电流同时采样，减少相位差 |
4.3 数字滤波：别让噪声骗了你
ADC采到的原始数据，直接拿去判断过流？千万别这么干。你想想看，电机运行时，电流上叠加的开关噪声、尖峰干扰，随便一个毛刺就能让阈值判断误触发。
数字滤波的作用，就是把真实电流信号从噪声中提取出来。常用的方法有几种：
4.3.1 滑动平均滤波
这是最基础的方法，把最近N次采样值取平均。N一般取4~16。
// 滑动平均滤波示例
#define FILTER_LEN 8
uint16_t filter_buffer[FILTER_LEN];
uint8_t filter_index = 0;
uint32_t filter_sum = 0;
uint16_t moving_average_filter(uint16_t adc_value)
{
filter_sum -= filter_buffer[filter_index];
filter_buffer[filter_index] = adc_value;
filter_sum += adc_value;
filter_index = (filter_index + 1) % FILTER_LEN;
return (uint16_t)(filter_sum / FILTER_LEN);
}这个方法简单，但有个问题：N越大，延迟越大。对于过流保护，延迟超过几个PWM周期就可能烧管子。
4.3.2 一阶低通滤波
我更喜欢用一阶低通滤波，计算量小，延迟可控。
// 一阶低通滤波
#define ALPHA 0.3f // 滤波系数，范围0~1
float low_pass_filter(float input, float last_output)
{
return ALPHA * input + (1.0f - ALPHA) * last_output;
}ALPHA值越大，滤波效果越弱，响应越快；ALPHA值越小，滤波效果越强，但延迟越大。我一般取0.2~0.4之间。
4.3.3 中值滤波
对于偶发的尖峰干扰，中值滤波效果最好。取连续3~5次采样的中间值，能有效剔除异常点。
// 3点中值滤波
uint16_t median_filter_3(uint16_t a, uint16_t b, uint16_t c)
{
if (a > b) { uint16_t t = a; a = b; b = t; }
if (b > c) { uint16_t t = b; b = c; c = t; }
if (a > b) { uint16_t t = a; a = b; b = t; }
return b;
}4.4 阈值判断：分级保护更可靠
阈值判断不是简单的「超过就跳」。实际项目中，我习惯用分级保护策略：
| 保护等级 | 阈值 | 动作 | 恢复方式 |
|---|---|---|---|
| 一级（警告） | 额定电流×1.2 | 记录日志，降低PWM占空比 | 自动恢复 |
| 二级（软过流） | 额定电流×1.5 | 立即封锁PWM输出 | 延时后自动尝试恢复 |
| 三级（硬过流） | 额定电流×2.0 | 立即封锁PWM，触发硬件保护 | 需手动复位 |
为什么要分级？因为有些过流是瞬时的，比如电机启动瞬间的冲击电流。如果一过流就锁死，系统根本没法正常工作。
4.4.1 阈值判断的防抖处理
即使加了滤波，阈值判断时也要做防抖。我的做法是：连续N次超过阈值，才判定为过流。
// 过流判断防抖
#define OVERCURRENT_THRESHOLD 3000 // 12位ADC值
#define DEBOUNCE_COUNT 3 // 连续3次判定
uint8_t overcurrent_debounce(uint16_t filtered_current)
{
static uint8_t count = 0;
if (filtered_current > OVERCURRENT_THRESHOLD)
{
count++;
if (count >= DEBOUNCE_COUNT)
{
count = DEBOUNCE_COUNT; // 防止溢出
return 1; // 确认过流
}
}
else
{
if (count > 0) count--;
}
return 0;
}4.5 故障标志位处理：状态机思维
故障标志位不是简单的0或1。我建议用状态机来管理故障状态，这样逻辑更清晰。
4.5.1 故障状态机
typedef enum {
FAULT_NONE = 0,
FAULT_WARNING = 1,
FAULT_SOFT_OC = 2,
FAULT_HARD_OC = 3,
FAULT_LATCHED = 4 // 锁存状态，需手动复位
} fault_state_t;
fault_state_t current_fault_state = FAULT_NONE;
void fault_state_machine(void)
{
switch (current_fault_state)
{
case FAULT_NONE:
if (check_hard_oc()) current_fault_state = FAULT_HARD_OC;
else if (check_soft_oc()) current_fault_state = FAULT_SOFT_OC;
else if (check_warning()) current_fault_state = FAULT_WARNING;
break;
case FAULT_WARNING:
// 降低功率，尝试恢复
reduce_pwm_duty();
if (!check_warning()) current_fault_state = FAULT_NONE;
break;
case FAULT_SOFT_OC:
// 封锁PWM，延时后尝试恢复
pwm_disable();
delay_ms(1000);
if (!check_soft_oc()) current_fault_state = FAULT_NONE;
break;
case FAULT_HARD_OC:
// 立即封锁，进入锁存状态
pwm_disable();
current_fault_state = FAULT_LATCHED;
break;
case FAULT_LATCHED:
// 等待手动复位
break;
}
}4.5.2 故障恢复策略
故障恢复不是简单地清除标志位就完事了。我总结了几条原则：
- 软故障自动恢复：延时1~5秒后尝试恢复，恢复前先检测故障是否消失
- 硬故障锁存：必须手动复位或断电重启，防止反复触发损坏器件
- 恢复次数限制：连续恢复失败3次后，进入永久锁存状态
- 故障记录：每次故障都要记录时间、电流值、故障类型，方便事后分析
4.6 实战中的避坑指南
最后，分享几个我在项目中踩过的坑：
- 采样和滤波的时序冲突：ADC转换完成中断里做滤波，滤波还没算完，下一次采样又来了。解决方案是用DMA，让滤波在后台完成。
- 阈值设置太紧：我曾经把过流阈值设在额定电流的1.1倍，结果电机一启动就保护。后来放宽到1.5倍，配合防抖，问题解决。
- 故障标志位被意外清除：某个中断服务程序里不小心把故障标志位清零了，导致保护失效。建议用volatile修饰，并且只允许在状态机中修改。
- 忽略ADC参考电压的稳定性：参考电压波动会导致采样值漂移，过流阈值也跟着漂。我后来加了参考电压监测，漂移超过2%就报警。