電流互感器的信號采集電路詳解

我們知道，采樣電流信號最簡單的方法就是通過采樣電阻將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后再進行放大、采樣即可。直流信號一般都可以這樣處理，但是對于電流互感器出來的交流信號，不能直接輸入到單極性的AD進行采樣。而如果用雙極性輸入的AD或運放進行信號調(diào)理，那就可能需要增加一個負(fù)電源，設(shè)計就要復(fù)雜很多。今天就來介紹幾種簡單常用的電流互感器的信號采集電路。

1.二極管整流

直接看電路：

通過整流橋將雙極性信號轉(zhuǎn)換為單極性信號，再用采樣電阻將電流轉(zhuǎn)換為電壓。電壓信號可以通過一個大電容將交流轉(zhuǎn)換為直流，再輸入AD；也可以直接輸入AD，高速采樣，通過軟件的方式計算信號的有效值。

電流互感器輸出的是電流，可以看做一個電流源，因此，一般情況下整流橋上二極管的壓降不會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來，先將電流轉(zhuǎn)換成電壓再整流就會有問題。電壓信號經(jīng)過整流橋產(chǎn)生壓降，這個壓降是不可忽視的，使采集的信號失真，導(dǎo)致產(chǎn)生較大誤差。

如果對成本敏感且對精度要求不高，也可以直接用一個二極管代替整流橋，做半波整流。

2.運放整流

二極管整流會產(chǎn)生壓降，對于一些帶載能力有限的互感器，這個壓降就可能產(chǎn)生信號失真。這時可以用運放做精密整流電路（也就是絕對值電路）來實現(xiàn)雙極性到單極性的轉(zhuǎn)換。

參見之前的文章《幾種精密整流電路》中最后一種單電源精密整流電路。

這種方式是對電壓信號進行整流，因此需要先經(jīng)過采樣電阻再進行整流。

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轉(zhuǎn)換為單極性，還有一種方法，就是直接提供一個直流偏置，將雙極性信號整體抬高到單極性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起保護作用。（如果要求不高，這部分可以直接用一個采樣電阻代替）U1A提供一個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，ADC的電壓為1.65V，當(dāng)有電流時，ADC的電壓是一個以1.65V為基準(zhǔn)的交流信號。

此時，可以通過高速采樣，再通過軟件計算信號的有效值、峰值等。

軟件計算的方法也有多種，可以通過FFT計算、DFT計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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