4、软件保护策略：ADC采样时序、数字滤波算法、阈值判断逻辑、故障标志管理

硬件保护再快，也扛不住误触发和死区时间不够用。真正让过流保护「聪明」起来的，是软件层。我见过不少工程师把全部希望压在硬件比较器上，结果电机一启动就跳保护，或者堵转时烧了管子才反应过来——说白了，软件策略没跟上。

这一章我们聊四个核心模块：ADC采样时序、数字滤波、阈值判断、故障标志管理。它们环环相扣，少一个都不行。

4.1 ADC采样时序：什么时候采，采多久

BLDC驱动里，相电流采样最常用的方法是三电阻或单电阻。不管哪种，ADC触发时刻都很有讲究。

我个人习惯把ADC采样放在PWM周期的中间点。为什么？因为开关管导通和关断瞬间会有严重的振铃，你如果在边沿采样，读到的全是噪声。

具体时序参数可以参考下表：

你想想看，如果ADC采样窗口太短，采样电容没充满，读出来的值就是错的。我踩过这个坑——某次调试发现电流读数偏低，查了半天，原来是采样保持时间设成了200 ns，根本不够。

4.2 数字滤波算法：别让噪声骗了你的阈值

ADC采回来的原始数据，直接拿去判断过流？那你会被噪声折磨疯。电机运行时，PWM开关噪声、电机反电动势、甚至电源纹波都会叠加到采样信号上。

常用的数字滤波方法有三种：

• 中值滤波：连续采3~5个点，取中间值。适合去除脉冲噪声，但会引入1~2个采样周期的延迟。
• 滑动平均滤波：维护一个N点窗口，每次新数据进来，去掉最老的，算平均值。平滑效果好，但N太大会让响应变慢。
• 一阶低通滤波：y[n] = α * x[n] + (1-α) * y[n-1]。计算量最小，适合资源紧张的MCU。

我曾经在一个风扇项目里只用滑动平均，窗口设了16点。结果电机堵转时，电流已经冲到40A了，滤波输出才显示25A——等它反应过来，MOSFET已经冒烟了。嗯，从那以后我再也不敢用大窗口做保护滤波。

4.3 阈值判断逻辑：分级保护，别一刀切

过流保护不能只有一个阈值。你想想看，电机启动时的冲击电流和堵转电流完全不是一个性质。如果都用同一个阈值，要么启动时频繁误触发，要么堵转时保护太慢。

我习惯把阈值分成三级：

1. 警告阈值（80%额定峰值）：只记录日志，不触发保护。用于提前发现异常趋势。
2. 软过流阈值（110%额定峰值）：触发后降低PWM占空比，尝试恢复。如果持续超过100 ms，升级为硬过流。
3. 硬过流阈值（130%额定峰值）：立即关断所有PWM输出，进入故障状态。

阈值判断的伪代码大致是这样：

// 每PWM周期执行一次
if (current_sample > HARD_OC_THRESHOLD) {
    fault_flags |= FAULT_HARD_OC;
    PWM_disable();
    return;
}

if (current_sample > SOFT_OC_THRESHOLD) {
    soft_oc_counter++;
    if (soft_oc_counter > SOFT_OC_TIMEOUT) {
        fault_flags |= FAULT_SOFT_OC;
        PWM_disable();
    } else {
        reduce_duty_cycle(10%);  // 降占空比
    }
} else {
    soft_oc_counter = 0;  // 电流恢复正常，清零计数器
}

4.4 故障标志管理：别让故障「卡死」系统

故障标志管理看似简单，但处理不好会出大问题。我见过一个项目，过流触发后故障标志一直不清除，导致电机再也启动不了——用户只能断电重启。

合理的故障标志管理应该包含：

• 故障锁存：一旦触发，标志位必须由软件主动清除，不能自动恢复。防止故障反复触发导致系统不稳定。
• 故障分级：可恢复故障（如软过流）和不可恢复故障（如硬过流）分开管理。
• 清除条件：故障清除前，必须满足「电流恢复正常 + 持续N个PWM周期无故障」的条件。

下面这张图展示了整个软件保护策略的流程：

故障标志的管理状态机，我一般这样设计：

最后说一句：软件保护策略不是写完就完事的。我每次做完一个项目，都会花至少两天做极限测试——故意短路、堵转、电源抖动，看软件能不能扛住。你想想看，如果连测试都不敢做，怎么敢把产品交到客户手里？