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AC交流采样电路

news 来源：原创 2025/4/25 18:53:42

AC-AC交流采样方案

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  * @name:   AC-AC交流采样方案
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  * @brief:  这里提供一个方案参考，对于自己的实际应用，各位应当进行合理的变通
  *			如有错误还请指出，不胜感激!!!
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  * @Author: 海上的船
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  * @Date:   2025.3.21
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总概

之前我们已经成功对交流电压实现了降压，这样我们的开环就完成了
但是我们需要将buck实现在不同的带载情况下也能输出稳定电压
所以我们现在要将输出的电压信息传回给stm32，从而通过调整占空比实现输出稳定电压
这里将分为两个部分，分别是电路部分和代码部分

电路部分

我这里将使用输入为36V有效值，频率为50Hz的，经过buck后我们将得到32V-2V有效值，频率为50Hz的信号作为例子，来讲解这个交流采样的方案，这个方案是通用的，各位可以根据自己的情况从而进行适当的改变

我们需要考虑隔离问题，如果直接将信号只是通过分压和偏置供给stm32，这个行为是很危险的，容易让stm32的工作出现异常，所以我们不得不考虑隔离，而这里选择的隔离方案是通过互感器实现隔离，但是这出现了一个新的问题，就是当我们为空载的情况下，互感器对于输出带载而言是一个感性负载，这很容易让我们无法得到正确的电压信号，所以我们通过在输出信号上接电阻，然后再小电阻上接互感器实现隔离，这样对应我们buck电路的拓扑来说，很大程度上来说这依旧是一个阻性负载，至于后面就是通过运放实现分压和加偏置将处理后的信号供给stm32。

信号分压

采用9.1k和1k电阻进行分压
- 使电压最大值 45.25V ≈ 32V * 1.414，降为约±4.5V内
- 让其在空载情况下也保持为阻性负载
在1k电阻上并联一个合适电容滤波，我这里选择的是680nF的电容，电容不建议太大，太大容易引起波形失真

隔离互感器

采用型号为ZMPT107-1互感器
100k电阻是用于限流，防止电流过大

交流电路

分压后的电压为有效值约0.2V-3.2V的交流信号

即最高电压为4.52V，最低电压-4.52V

我们需要将电压抬上去，用模电的说法就是让交流骑在直流上，同时让电压保持在ADC采样范围内

交流采样电路
- 这里我们选择GS6002SR这块运放芯片
- 电路原理图（来自于GS6002的芯片手册）
- 为了方便计算，我们选择让R1=R3，R2=R4，现在我的电压为±4.52V
  
  我们给Vin输入VOUT_H，Vip输入VOUT_L，当Vin为正，而Vip为负
  
  得到(-9.04V)R2/R1，而我们的电压要在0-3.3V
  
  所以我们的交流电压在骑在3.3V的一半比较好，而且R2/R1=1/9左右是比较好的
- 所以可得：R2 = 1K R1 = 9.1K
- 这样我们的在不加Vref的情况下为±1V,这样再比如骑到1.5V后就为0.5V–1.5V
  
  所以stm32就可以成功采集到电压
Vref提供电路

我们需要的电压为1.5V左右，我们可以选择使用gs6002中的另一块运放来提供（一块gs6002中两个运放）

可得电压为Vref = 5V * (10k / 32k) = 1.5625V
RC滤波

经历实践，我们会发现产生的信号有很多毛刺，所以我们通过第一个1k和10uF滤大毛刺，通过第二个1k和10nF滤小毛刺