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或運放進行信號調理，那就可能需要增加一個負電源，設計就要復雜很多。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換為單極性信號，再用采樣電阻將電流轉換為電壓。電壓信號可以通過一個大電容將交流轉換為直流，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，先將電流轉換成電壓再整流就會有問題。電壓信號經過整流橋產生壓降，這個壓降是不可忽視的，使采集的信號失真，導致產生較大誤差。

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）來實現雙極性到單極性的轉換。

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。當電流為0時，ADC的電壓為1.65V，當有電流時，ADC的電壓是一個以1.65V為基準的交流信號。

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、平均值的關系不一樣。

原文標題：幾種常用電流互感器采樣電路

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