电流互感器的基本输出及精密整流器设计

假如必须精确测量来源于交流电的电流量，则电压互感器可以是一种成本低，精确的挑选。您可以寻找致力于50 / 60Hz电缆线运用和更高频而制定的电压互感器，该工作频率更适用于工业生产/科学合理机械设备或全过程监管。电压互感器是非接触式和非入侵式的，这代表着针对很多型号规格，您不用根据线路板运作交流电。取代它的的是，电缆线越过变电器的张口，不然变电器自身很有可能会开启令其其卡在电缆线上。

越过电流量电压互感器的输电线既作为变电器的单独一个绕阻，又作为原线圈。变电器的行为主体有数十至数千个绕阻，产生初级线圈。与互感器不一样，电压互感器具备反比例。这代表着比例为1000：1的电压互感器将根据原线圈中的每1A电流量在初级线圈中造成0.001A电流量。

您会发觉电压互感器的绕阻比合适于从单皮安到达到千余皮安的精确测量，这促使他们比PCB安裝/传导电流感应器的运用范畴更广。

在这个新项目中，大家将科学研究几类将电压互感器的导出变换为与微处理器插口更有效的方式。乍一看，这好像是一个比较简单的每日任务，可是伴随着您的深入分析，电压互感器会显得更为有意思，尤其是假如您之前从没应用过他们。因而，该新项目将比我之前的一些新项目更为好用和动手能力。最先，大家将拖出面包板，函数发生器和数字示波器以掌握电压互感器。随后，大家事实上将搭建一个高精密电子整流器板，便于可以最好运用含有微处理器ADC键入的电压互感器。

电压互感器的基本上导出

应用欧姆定律（V = IR），我们可以将变电器导出的电流量变换为可以用工作电压。我将Talema AC1010作为文中中全部內容的电压互感器。针对此感应器，一个100欧母的负荷电阻器将在根据电压互感器的电缆线上造成10A的1V RMS工作电压

将变电器和电阻并接联接后，您可以简易地将构造的一端联接到路面，将另一端联接到ADC以得到读值。可是，这可能是一个十分不妙的想法。我仅详细介绍此电路原理图，以展现您能够看见电压互感器工作中的最容易方式。

这就是数字示波器上ADC的导出結果。这是我的函数发生器的导出，用以仿真模拟7amp负荷，而不是具体的电流传感器导出-大家将尽早处理。

这里有一些主要的事儿要留意：

数据信号的峰峰值为2伏，但我说的是7安（即0.7V）负荷！

波型是交流电流，因而是 1V至-1V，这也是微处理器不容易喜爱的。

电压互感器仅仅在变换路线上的电流量，因而您的具体电流量将是波型的方均根（RMS）。函数发生器导出几乎完美无缺的正弦波形，可是依据您的负荷，具体电压互感器电源电路中的调整很有可能并不那麼极致。可以根据仅载入最高值工作电压来明确电流量的粗略地可能，可是要得到精准的电流量精确测量結果，您将必须开展多次精确测量以明确曲线图下的占地面积（即电流量耗费）。

2V峰峰值导出以地为核心，这对微处理器并不是很友善。大家要对数据信号开展一些解决，令其其更为有效。

偏置路面

因为电压互感器仅仅负载电阻两边的波动工作电压，因而，我们可以参照变电器工作电压的唯一方式是将其接地装置。除开将其接地装置之外，大家还能够将一只脚绑在根据电阻分压器得到的DC偏置电压上。这将为沟通交流波型给予一个直流电偏位。

这是一个简易的高压分压器，在电阻器中间的中点将有3.3V键入的一半，造成1.65V的DC偏位。如今，在0.65V至2.65V的范畴内，大家的2V峰峰值波型应在1.65V上下晃动。

大家可以用数字示波器来表明。我正在应用一些十分划算的大空间电阻，这种电阻在高压分压器的中间没法帮我给予1.65V的工作电压。深蓝色是2V峰峰值数据信号，淡黄色是具备DC偏位的数据信号。

我有一个用以将要开展的項目的1.1kW电加热器垫，假如根据AC1010电压互感器和同样的电阻运作它，则会获得偏移电压正弦波形。留意波型怎样比不上函数发生器的波型那麼极致。具体负荷几乎始终不容易是完美无缺的正弦波形。

ADC屏幕分辨率

这类测量法的不足之处是大家早已相抵了波型的工作电压，令其其维持在ADC的范畴内，这代表着我们无法合理运用许多工作电压范畴。

成本费相对来说较低的当代ARM Cortex微处理器将具备12位ADC，而一些较新的ADC标准配备14位或16位ADC，而一些较旧的ADC具备10位ADC。但是，针对文中来讲，我将在12位ADC的条件下开展工作中。

一个简洁的12位ADC将为大家给予212个或4096个很有可能的值。运用于3300mV范畴，这使大家得到约0.8mV的屏幕分辨率。图中所显示的负债的总峰峰值工作电压跨距为1219mV，应是4.5-4.7A上下的负荷。1219mV为大家出示了很有可能的1523值（以大家测算出的屏幕分辨率表明），当应用咱们的100欧母负载电阻时，每一个ADC值大概变换为3mA（请记牢：这也是RMS！）。针对一个10皮安的感应器而言，这非常合适了。可是，当您逐渐载入越来越大的安培数或应用比AC1010线圈匝数大量的电压互感器时，这很有可能不能满足您的规定。

即便如此，这一失衡的直流电压依然是载入电压互感器的最容易方式，一共只要3个电阻器。您还应当包含TVS二极管来钳制负荷，以保证在电流量顶峰期内它不容易超出微处理器的较大额定电流。

高精密电子整流器

您可以应用桥式整流器来整流器电压互感器中的波型，可是二极管的正方向工作电压会大幅度降低电流量磁感应工作能力。二极管可以轻轻松松清除超出一半的电流量磁感应范畴，使一切小于感应器皮安范畴一半的東西都不能读。更槽糕的是，二极管的正方向工作电压会依据工作电压，溫度和别的情况而转变，因而整流器后的工作电压不大可能尤其有效。

替代简易的桥式整流器，我们可以应用2个运放电路搭建一个高精密电子整流器。一个放大电路将为您带来一个半波整流器，针对一些安培数的精确测量很有可能就充足了。但是，全波整流器的附加部件成本费可以忽略，因而即使在半波整流器充足的情形下，大家还可以应用它。高精密电子整流器在各抒已见的仪器设备运用中很普遍，而且是造成可以用工作电压的极佳方式。此外，因为应用运放电路，因而在应用时还可以变大整流器后的波型。

我正在应用价格便宜的AD8542计算放大仪，该放大仪在一个封装形式中有两个放大仪。虽然现如今放大电路调节的精准度让人诧异，但将2个放大仪放到同一封装形式中会大大增加2个放大仪增加同样收获的概率，这一点很重要。在我的最后设计方案中，出自于同样的缘故，我都将应用0.1％的电阻。

最终，我还在运放电路的输入输出端有一个简便的600Hz RC过滤器，以清除很有可能早已捡取的一切沟通交流噪音。该过滤器的截止频率充足高，不容易危害50Hz数据信号。

可是，我实验板上的原形应用的是声称之为5％的秘密电阻器，因而人们的結果不太精确。

一定要注意，负波的工作电压略低正波。那由于我服用的电阻的匹配度并不是特别好。

在我们用加温元器件做为负荷开展检测时，该偏差并不显著。和过去一样，深蓝色是电压互感器的波型，淡黄色是高精密电子整流器的导出。

在我给运放电路一个接地装置参照（而不是一个负工作电压）时，针对整流器数据信号，大家会有一个103mV的微小DC偏位。该偏移针对我的应用程序流程是可接纳的，因为它是一致的，因而可以在线路板检测期内将其程序编写到微处理器中。

ADC屏幕分辨率

针对选用工作电压赔偿方式增加的同样负荷，大家得到了1219mv的数据信号。可是，依靠高精密电子整流器和2倍的导出收获，大家事实上对该表现的峰峰值读值为2066mV。大家刚将屏幕分辨率提升了一倍！

因为此次大家还可以查询数字示波器的初始波型，因而我们可以测算该波型的RMS工作电压以明确电流量耗费。442.9mV应当表明大家已经根据电加热器拉4.429A。假如恰当，大家的12位ADC的电流量检验屏幕分辨率为1.71mA，这足够达到我的应用规定。

电流传感器恰当吗？

问题是，我该怎样认证当今精确测量值恰当或最少贴近？每一个元器件都是有其自身的尺寸公差和精密度，而AC1010数据分析表的多数图应用100 ohm负载电阻难以载入该元器件的尺寸公差。取代它的的是，我们可以测算出预估的负荷，并将其与感应器测出的波型开展较为。理想化状况下，我将在好几个负荷下运行此实际操作，可是针对文中，我将仅应用它来查询大家是不是还远远地贴近预估的結果。

精确测量加温元器件

我应用4线电阻测量来精确测量加温元器件。在要我的万用表将读值均值一段时间后，它平稳在50.262欧母。

精确测量负载电阻

充分考虑我服用的一些10k电阻器有多槽糕，我意外惊喜地发觉我一直在应用的100 ohm负载电阻为99.983 ohms。

精确测量交流电

在负载电阻这般贴近允差值的诧异以后，我没想到我的交流电流会发生一样的結果。我去了过的其他国家宣称工作电压为240V，但我还在墙壁测出的工作电压为270VAC。法国为240V 10 / -20％，我的房子为239.632V！对于我而言，这实在太奇妙了。

放到一起

如今返回欧姆定律，V = IR，在50.262欧母负荷下的239.623V，代表着大家应当见到4.76766A。在上一次应用高精密电子整流器的测验中，大家精确测量了感应器的4.429V RMS。应用99.983 ohm负载电阻，该电阻器应相当于4.4297A，这代表大家的折扣优惠大概为7％。

您可以选购更高精密的电压互感器，可是这种价格低，而且10％的尺寸公差足够达到我的应用要求。

高精密电子整流器设计方案

高精密电子整流器的设计非常简易，在仪器仪表运用中特别普遍。第一个运放电路将数据信号正相反，而参照地则断开了负工作电压，仅给大家一个正的半整流器数据信号。为了更好地保证整流器波型的对称，第一个运放电路收获为统一（R3 = R6）。第二个运放电路合拼2个数据信号，而且将电阻R8和R5设定为5k和10k，大家将输出电压翻倍。

较大工作电压常见问题

放大电路可以导出的较大工作电压为V 减掉二极管正方向工作电压。在高精密电子整流器设计方案期内应铭记这一点。假如收获太高而不能应用ADC可以读取数据的全部工作电压范畴，则将削波波型的顶端。

较大电流量考虑到

您还应当空出一些室内空间以容下安培数最高值。该感应器将获取的具体电流量负荷应低于我来为检测而增加的1100W负荷。可是，即使在全测量范围下，该高精密电子整流器在全10A负荷下也将具备约2.8V的导出。针对我的应用程序流程而言，这应当非常合适了，可是请记牢这一点，防止不适宜您的应用软件。

使我们设计方案一块PCB！

此项目地电源设计比较简单，因为它仅有小量部件，沒有高频率。针对新的Altium客户来讲，这将是一个很好的第一个PCB新项目。

我方案在即将来临的項目中应用在其中的6个电压互感器，因而希望将设计方案维持尽量小。我还在板上加入了Molex SL 70553系列产品闩锁射频连接器，这将使它变成用以精确测量机械设备或其它机器设备內部电流量的好用单独板。由电压互感器明确总宽，由射频连接器明确线路板的长短，大家最后获得25x25mm的地区，可以之中布局电源电路。我正在应用0603部件使该新项目对拼装和手焊“新手友善”。AD8542放大电路的MSOP-8版本号很有可能与此有一定的排斥，但它也选用SOIC-8封装形式，可以比较容易地安裝在附加的电路板上。改动设计方案以应用更高的IC，针对新手而言可能是一个很好的训练。

我一直在设计方案中增加了一些大中型1206去耦电力电容器。假如该板坐落于电缆线的尾端，那麼板载电容器会一直非常好。

依据您所定居的我国/地域，此方案为50hz或60hz，因而没有信号必须特性阻抗配对或一切别的使电源设计全过程复杂的考虑到。
编缉：hfy

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