电流互感器的信号采集电路详解

我们知道，采样电流信号最简单的方法就是通过采样电阻将电流信号转换为电压信号，然后再进行放大、采样即可。直流信号一般都可以这样处理，但是对于电流互感器出来的交流信号，不能直接输入到单极性的AD进行采样。而如果用双极性输入的AD或运放进行信号调理，那就可能需要增加一个负电源，设计就要复杂很多。今天就来介绍几种简单常用的电流互感器的信号采集电路。

1.二极管整流

直接看电路：

通过整流桥将双极性信号转换为单极性信号，再用采样电阻将电流转换为电压。电压信号可以通过一个大电容将交流转换为直流，再输入AD；也可以直接输入AD，高速采样，通过软件的方式计算信号的有效值。

电流互感器输出的是电流，可以看做一个电流源，因此，一般情况下整流桥上二极管的压降不会影响采样电阻上的电压。但如果采样电阻和整流桥的位置反过来，先将电流转换成电压再整流就会有问题。电压信号经过整流桥产生压降，这个压降是不可忽视的，使采集的信号失真，导致产生较大误差。

如果对成本敏感且对精度要求不高，也可以直接用一个二极管代替整流桥，做半波整流。

2.运放整流

二极管整流会产生压降，对于一些带载能力有限的互感器，这个压降就可能产生信号失真。这时可以用运放做精密整流电路（也就是绝对值电路）来实现双极性到单极性的转换。

参见之前的文章《几种精密整流电路》中最后一种单电源精密整流电路。

这种方式是对电压信号进行整流，因此需要先经过采样电阻再进行整流。

3.提高偏置电压

前面两种电路都是用整流的方式将双极性信号转换为单极性，还有一种方法，就是直接提供一个直流偏置，将双极性信号整体抬高到单极性AD的输入范围。如下图：

U1B和电阻R1组成I/V转换电路，R2和C1起到一定滤波作用，D1、D2起保护作用。（如果要求不高，这部分可以直接用一个采样电阻代替）U1A提供一个1.65V的低阻抗直流偏置，作为电流互感器和U1B的参考。当电流为0时，ADC的电压为1.65V，当有电流时，ADC的电压是一个以1.65V为基准的交流信号。

此时，可以通过高速采样，再通过软件计算信号的有效值、峰值等。

软件计算的方法也有多种，可以通过FFT计算、DFT计算或者平均值等方式。其中，不同波形的有效值、平均值的关系不一样。

原文标题：几种常用电流互感器采样电路

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审核编辑：汤梓红