什么是过零检测？如何做过零检测？220V交流过零检测电路图讲解

如何用单片机控制220V交流电的通断？首先来说，220V交流电的负载是多大，是感性负载负载还是阻性负载，正常输出功率是多大等这些都要考虑进去。

对阻性负载和感性负载的控制

1、对于阻性负载

比如普通的灯泡，一般是30到40W左右，如果用220V交流电来控制通断，简单点的就用一个双向可控硅直接控制，BT137电流达到7A，耐压值600V，驱动灯泡足够了

也可以加一个光耦：

2、对于感性负载

比如电动机，因为它的内部有线圈，100W的电动机在启动的时候可能达到1000W，因此这类电器电路就要加多一个 阻容吸收电路 ，必要时候同时加一个 压敏电阻 ，可以使10D471，根据实际间距选择合适的压敏电阻，因为瞬导通时候电压很高，这样就有起到过压保护，以防一通电或者关断时候产生感应电动势产生的电压把可控硅击穿，有时候还会串联一个电感。

如何用单片机控制220V交流电的通断？

使用单片机控制220V交流电的通断，方法非常多。使用继电器是最方便的，但是继电器通断会有声音，很不好，而且继电器有次数限制，容易坏。下面提供几种方法，供大家参考：

（1）使用双向可控硅。 注意是交流电，使用双向可控硅而不是单向可控硅。

这种情况比较简单，但是电路可靠性不高，220V和单片机电源必须共地，电路故障很容易高压烧毁低压端的单片机。低压控制高压，最好做隔离，上图为使用光耦隔离的控制方式，也可以使用其它物理隔离芯片。

（2）使用三极管、MOS管的控制方式

上图是使用MOS管作开关的电路原理图，因为是交流电，使用两个N沟道的MOS管背靠背连接，该图只是一部分示意图，真正的电路还有很多关键技术，比如采样交流电的极性、判断零点，实现过零开通、断开，以减少对设备的损耗。以及过流、短路保护，区分容性负载上电瞬间的波形与过流、短路波形的区别，防止误保护。使用三极管的原理也是类似的。

 

220V交流过零检测

需要说明的是，这里的过零检测指的是在交流回路的中的过零检测，对于我们最常接触的交流电就是我们使用的220V的市电了。

1、什么是过零检测

在交流回路中，电压随时间的变化是正弦波，当波形由正半周向负半周转换或者由负半周向正半周转换时，经过x坐标的点就是过零点。所谓 过零检测，就是对过零点进行检测，判断交流电是否到达这个点 ，如下图所示：

1.1 为何需要过零检测

为什么需要过零检测，简单来说就是：为了让使用交流电的系统更加安全稳定，同时方便对系统进行控制。

我们知道交流电的电压是在一直变化的，如果我们的用电系统开关的时候都处于电压高点，那么这个时候的电流也会对应的比较大，忽然间打开关短对系统会造成一定的 “冲击”，有时候也会产生一些电弧火花，就是所谓的浪涌，这样存在安全隐患，在一些带大功率负载的交流回路中，风险会更大。如果我们系统能够知道每次过零点的时间，在这个时候去进行开关控制，那么可以使得系统安全稳定。另外，我们通过检测交流电信号的过零点，可以实现交流电电子设备的开关控制、电流采样和保护功能，在调光开关/调光器、电机调速产品中，可从零点开始控制交流电导通角的大小，实现调光灯具亮度、电机速度的调节。

2、如何做过零检测

首先要明白，我们做过零检测，最直观的是检测什么？ 实际上就是电压。电压变成0的时候，就是零点。如何检测，我这里直接先告诉大家，从结果来看，最常见的过零检测电路有如下两种方式：

第一种，过零点时候电路末端会输出脉冲，如下图：

第二种，过零点的时候，电路末端电平会发生变化，如下图：

当然 ，直接ADC采样也是一种方式，但是相对前面这两种用得不多。

大家看了上面的两种结果，是不是若有所思，回顾一下我们所学过的电路知识，能够实现上面这种检测电压变化的很多器件，比如我们的三极管，MOS管，比较器/运放，光耦，是不是感觉都可以搭建方案。

2.1 光耦

说到光耦之于220V交流的应用，《单片机检测信号通断通用电路（3.3V/5V直流信号，24V+直流信号，220V交流信号）》分享过一个电路：

当时的需求只是需要检测是否有220V交流电信号存在，使用了双向光耦，其中右边输出的地方特意加了一个2.2uF的电容防止过零点时候电压突变。我们稍微变通一下，电路变成如下，是不是理论上就能够产生下图所示的输出:

当然，如果我们做一下整流，也可以使得输出脉冲信号，如下图：

2.2 比较器/运放

对于比较器以及后面的三极管而言，我们一般来说需要先降压，然后进行处理，是比较妥当的一种方式，比如下面图的示例：

上面的设计是脉冲，通过R22， R21控制小于Vcc/101电压的时候 (如果VCC为3.3V ，阀门大概在0.03V) , 输出S2会输出一个高电平信号，因为时间很短，所以结果为脉冲。

当然大家也可以把比较器的负输出端连接GND ，也就是0V ，然后+输入端连接降压后但是不整流的输入（220V的交流变成低压的交流），这样输出S2就能形成方波输出，但是不整流需要额外注意一些问题。

2.3 三极管/MOS管

对于三极管和MOS管来说，与上面的比较器也是类似的，直接上个示意图：

需要说明的是，通过三极管或者MOS管判断的输出脉冲，会比上面使用比较器的脉冲会宽一些。三极管0.7V就导通了，MOS管可能会更大一些，比如有些1.0V左右就导通了。

2.4 过零检测芯片

和电平转换或者其他应用电路一样，过零检测也有专门的芯片，当然还是老问题，成本相对前面较高。没用过，暂时没有啥好推荐的，大家可以自行搜索。

3、过零检测电路

通过上面小结我们说明了多种 220V 交流过零检测的方案，在实际使用中大家完全可以根据自己的情况搭建起电路使用。网上也有很多的视频和文章，网上众多的电路中，挑选了几个比较实在的推荐给大家：

参考电路一：

此电路来源，B站：龙顺宇老师

参考电路二：

此电路来源，B站：皆行电子

参考电路三：

此电路来源163博客 ，博主：ARM嵌入式研发2008年的一篇文章

上面这几个实际的电路，从原理上来说，都可以实际使用，感觉都可以直接照着做，但是大家得注意元器件的选型，强电安全第一。

　　审核编辑：汤梓红