[方案相关] 怎么使用单片机测量220V交流电压呢?

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 楼主| jtracy3 发表于 2025-7-23 19:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
(1)方法1:直接采用高精度电阻分压的方式进行降压,然后经过差分运放(该差分运放的放大倍数为1),差分运放的主要作用是有跟随器的作用,作为输入的缓冲级,起到隔离缓冲作用(跟随器输入阻抗很大,输出阻抗很小)。后级接个RC电路进行滤波,消除纹波干扰,原理图如下所示:
▲220V交流电压采集原理图
如上图,220V交流输入,采用电阻分压,由于交流电属于正弦波,有负半周的波形,该半周的电压为负值,所以必须将整体电压进行抬高,所以上图使用5V电压串联R145=4.7K的电阻将整体电压进行抬高。
计算方法:先计算Q点的电压,根据戴维宁定理分两部分进行,当交流输入为0时,Q点的电压V1为5V根据电阻R145与R138//R141//R142的分压,V1约1.5V左右;
当R145接地时,计算220V交流输入时的电压V2,V2约为0.68V左右,该电压为交流电,最大值为0.68V×1.414≈0.96V,最小值为-0.96V;
所以V1与V2进行叠加之后的电压为最小值为0.54V,最大值为2.44V的正弦波,频率为50HZ。Q点的电压经过差分跟随器进行缓冲隔离,然后通过RC电路进行滤波,最后输出接入单片机的AD采样接口即可,基准源的电压必须大于2.44V,可采用3V或3.3V等作为基准源。采样频率最好大于1KHZ,确保每个交流波形周期可以采到20个点以上,然后通过有效值计算,算出其有效值电压,再减去叠加的偏置电压,乘以电路缩小系数可得到220V交流电压的有效值。
(2)方法2:
采用变压互感器进行降压,可得到低压的交流信号,此方法交流与直流之间完全隔离,避免高压损坏采样电路,然后再接入有效值转换芯片将交流信号转化为直流信号,然后再接入单片机的AD采样接口,将采样得到的数字量根据AD采样精度及参考电压进行换算,再乘以硬件系数即可。

caigang13 发表于 2025-7-23 20:18 来自手机 | 显示全部楼层
也可以使用电流互感器,把电压信号转换成电流信号。
backlugin 发表于 2025-8-4 11:40 | 显示全部楼层
电压互感器或电阻分压器              
sheflynn 发表于 2025-8-4 13:27 | 显示全部楼层
通过光耦将高压侧电压线性转换为低压侧电流,再转换为电压信号,隔离性能更优
jackcat 发表于 2025-8-4 14:22 | 显示全部楼层
电压互感器和有效值转换芯片              
sdCAD 发表于 2025-8-4 16:16 | 显示全部楼层
互感器+信号调理              
sdlls 发表于 2025-8-4 19:06 | 显示全部楼层
在软件中,对ADC采样的电压值进行多次采样并取平均值,以减少噪声和提高测量精度。
51xlf 发表于 2025-8-5 08:38 | 显示全部楼层
可以使用稳压二极管或运算放大器进一步稳定和调理电压信号,确保输入到单片机的电压稳定且在安全范围内。
everyrobin 发表于 2025-8-7 10:09 | 显示全部楼层
电阻分压 + 线性光耦隔离              
bestwell 发表于 2025-8-7 12:30 | 显示全部楼层
通过电阻分压将220V交流电压降至低压,再通过整流滤波得到直流信号,单片机通过ADC采样判断电压是否存在。
houjiakai 发表于 2025-8-7 16:16 | 显示全部楼层
分压电阻              
wangshujun 发表于 2025-8-8 08:55 | 显示全部楼层
互感器输出的电压够大了,直接给一个1/2vcc做虚拟地直接进adc就好,引入运放增加误差
电阻分压也可以给的足够高,直接进adc就行
uptown 发表于 2025-8-8 14:13 | 显示全部楼层
并联TVS二极管防止浪涌电压损坏ADC引脚。
qiufengsd 发表于 2025-8-8 16:53 | 显示全部楼层
使用全波整流桥将交流电压转换为直流电压。这样可以更容易地使用单片机的ADC进行测量。
wwppd 发表于 2025-8-8 21:18 | 显示全部楼层
所有高压部分必须与低压控制电路完全隔离
lzbf 发表于 2025-8-10 20:32 | 显示全部楼层
用电压互感器将220V交流电压转换为低压交流信号。这种方法实现了交流与直流之间的完全隔离,避免高压损坏采样电路。
burgessmaggie 发表于 2025-8-11 20:30 | 显示全部楼层
严禁直接将220V接入单片机或开发板!
jimmhu 发表于 2025-8-11 23:40 | 显示全部楼层
变压器降压 + 整流滤波              
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