前言

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交流电流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。但交流电流信号不一样，交流电流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流，还需要将电流转换为电压，并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流值。本文主要就是先把基础的交流电流检测电路教你实现，后续会分享怎么通过软件去实现交流电流检测均方根算法。

交流电流检测原理图

交流电流采样电路如下，前文提到了交流电流会出现低于0A的情况，因此就需要通过基准电压芯片将交流电流换算的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换算后的交流信号上，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R6和R9一般是同样的阻值，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。R10和C1组成RC滤波电路，D1为钳位二极管。

接下来分析交流电流。交流电流是通过ZMCT118F电流互感器得到的。这个互感器是能够将电流1000:1的互感过去，AC+和AC-是交流电流输入源，假设交流电流为1A，通过互感器感应到R5电阻上的电流为1mA，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1A交流电流就变成了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。

设计原理图：