電流互感器的信號(hào)采集電路詳解

我們知道，采樣電流信號(hào)最簡(jiǎn)單的方法就是通過(guò)采樣電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后再進(jìn)行放大、采樣即可。直流信號(hào)一般都可以這樣處理，但是對(duì)于電流互感器出來(lái)的交流信號(hào)，不能直接輸入到單極性的AD進(jìn)行采樣。而如果用雙極性輸入的AD或運(yùn)放進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，那就可能需要增加一個(gè)負(fù)電源，設(shè)計(jì)就要復(fù)雜很多。今天就來(lái)介紹幾種簡(jiǎn)單常用的電流互感器的信號(hào)采集電路。

1.二極管整流

直接看電路：

通過(guò)整流橋將雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極性信號(hào)，再用采樣電阻將電流轉(zhuǎn)換為電壓。電壓信號(hào)可以通過(guò)一個(gè)大電容將交流轉(zhuǎn)換為直流，再輸入AD；也可以直接輸入AD，高速采樣，通過(guò)軟件的方式計(jì)算信號(hào)的有效值。

電流互感器輸出的是電流，可以看做一個(gè)電流源，因此，一般情況下整流橋上二極管的壓降不會(huì)影響采樣電阻上的電壓。但如果采樣電阻和整流橋的位置反過(guò)來(lái)，先將電流轉(zhuǎn)換成電壓再整流就會(huì)有問(wèn)題。電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)整流橋產(chǎn)生壓降，這個(gè)壓降是不可忽視的，使采集的信號(hào)失真，導(dǎo)致產(chǎn)生較大誤差。

如果對(duì)成本敏感且對(duì)精度要求不高，也可以直接用一個(gè)二極管代替整流橋，做半波整流。

2.運(yùn)放整流

二極管整流會(huì)產(chǎn)生壓降，對(duì)于一些帶載能力有限的互感器，這個(gè)壓降就可能產(chǎn)生信號(hào)失真。這時(shí)可以用運(yùn)放做精密整流電路（也就是絕對(duì)值電路）來(lái)實(shí)現(xiàn)雙極性到單極性的轉(zhuǎn)換。

參見(jiàn)之前的文章《幾種精密整流電路》中最后一種單電源精密整流電路。

這種方式是對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行整流，因此需要先經(jīng)過(guò)采樣電阻再進(jìn)行整流。

3.提高偏置電壓

前面兩種電路都是用整流的方式將雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極性，還有一種方法，就是直接提供一個(gè)直流偏置，將雙極性信號(hào)整體抬高到單極性AD的輸入范圍。如下圖：

U1B和電阻R1組成I/V轉(zhuǎn)換電路，R2和C1起到一定濾波作用，D1、D2起保護(hù)作用。（如果要求不高，這部分可以直接用一個(gè)采樣電阻代替）U1A提供一個(gè)1.65V的低阻抗直流偏置，作為電流互感器和U1B的參考。當(dāng)電流為0時(shí)，ADC的電壓為1.65V，當(dāng)有電流時(shí)，ADC的電壓是一個(gè)以1.65V為基準(zhǔn)的交流信號(hào)。

此時(shí)，可以通過(guò)高速采樣，再通過(guò)軟件計(jì)算信號(hào)的有效值、峰值等。

軟件計(jì)算的方法也有多種，可以通過(guò)FFT計(jì)算、DFT計(jì)算或者平均值等方式。其中，不同波形的有效值、平均值的關(guān)系不一樣。

原文標(biāo)題：幾種常用電流互感器采樣電路

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