前言

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交流电压的检测与直流检测不同，由于我们采集到的交流信号会出现低于0V的情况，因此需要对此情况进行特殊处理。此外，直流信号的检测也比较简单，因为直流信号基本上是不会变动的，检测出来多少电压就可以反推出来电压或者电流的大小。但交流电压信号不一样，交流电压信号的幅值一直在浮动，因此我们不仅仅需要快速采集到变化的电压，还需要将变化的电压存储起来，到了一个交流周期后进行均方根运算，换算出交流信号的有效值后才能得到目标交流电压值。本文主要就是先把基础的交流电压检测电路教你实现，后续会分享怎么通过软件去实现交流电压检测均方根算法。

交流电压检测原理图

交流电压采样电路如下，前文提到了交流电压会出现低于0V的情况，因此就需要通过基准电压芯片将交流电压整体抬升起来。前文提到通过运算放大器实现电压的缩放，此处涉及到运放的知识就是加法器的原理。通过加法器可以将基准电压加到采样的交流电压信号上，以此获得抬升功效（可以参照一下电路原理中的戴维南叠加定理）。我们刚刚提到了基准电压芯片，我们采用TL431作为基准电压芯片，这个芯片能够产生2.5V的基准电压，如图所示，12引脚短接在一起，上拉1k电阻至5V，3号引脚接地就能够在12引脚上产生2.5V基准电压信号。但由于单片机的电压基准一般是3.3V，ADC能承受的最大电压也是3.3V左右，所以我们希望能够产生中间电压偏置，让交流信号随着中间电压偏置去叠加。考虑到市场上存在的精密电阻，我们通常选用低温漂系列的，0.1%精度。又因为1k和1.5k比较常见，因此通过这两个电阻进行分压就可得到1.5V的基准电压，即V_REF。

V_REF基准电压通过OPA2188的运算放大器芯片进行电压跟随后，便进入到后续的电压分压环节。前文提到的缩放电路R88和R91一般是同样的阻值，但这里有所区别主要是我们需要将V_REF完整传递过去，不能对其进行放大，否则会掩盖掉交流信号，或者超出ADC所能承受的电压极限。我们将直流基准电压信号与交流信号分离开进行分析。5号点的电压为V_REFx(1K+0.03K)/(10K+1K+0.03K)=1.03/11.03xV_REF。根据虚短虚断原理，则6号点电压等于5号点电压，那么7号点电压就等于(1K+10K)/1KxV6=11xV6=11*1.03/11.03xV_REF。此处我们可以注意到，30欧姆的电阻其实是用来采集交流电压的，所以他会使得直流电压偏置改变一点点，因此整个运放里面10k、1k以及30欧姆电阻都需要选用高精度低温漂的电阻。所以可以直到最后直流偏置应该等于11.33/11.03xV_REF=1.0271V_REF。R93和C53组成RC滤波电路，D7为钳位二极管。

接下来分析交流电压。交流电压是通过ZMPT101B电压互感器得到的。AC+和AC-是交流电压输入源，假设交流电压为10V，那么通过除以10k电阻，得到的交流电流即为1mA，通过互感器感应到R90电阻上，那么在30欧姆的电阻上就感应得到了30mV的电压，这个电压直接被传递到运算放大器芯片的5号端口，根据虚短虚断的原理，6号端口同样也存在30mV的交流电压，再经过电阻一分压就在7号端口得到了30x(10k+1k)/1k=330mV的电压。因此根据这个转换关系10V交流电就变成了330mV幅值的交流电输出，通过检测这个变化即可得到交流电的幅值。具体软件怎么去检测后面会有对应的文章和视频介绍。需要注意的是，实际电路中不可能跟计算出来的理论倍数完全一致，按照刚才那种方法计算得到的缩放倍数应该是30倍左右，实际测得缩放倍数为32倍左右，所以实际过程中需要根据电路去做线性校正。