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Part 01、前言

在高壓或高電流系統(tǒng)中，直接測(cè)量電流不安全，電流互感器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的將大電流變?yōu)榘踩秶鷥?nèi)的電流，這樣我們就可以通過(guò)采樣電阻將電流互感器轉(zhuǎn)換后的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓型號(hào)，通過(guò)MCU的ADC采樣，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)的功能。

接下來(lái)我們首先介紹一下電流互感器的原理圖以及用電流互感器，單電源供電的運(yùn)算放大器搭建一個(gè)AC電流檢測(cè)電路的電路原理圖，仿真原理圖，電路原理，以及器件選型說(shuō)明（文末有仿真原理圖源文件的獲取方式）。

Part 02、電流互感器工作原理

電流互感器基于電磁感應(yīng)原理工作。按結(jié)構(gòu)劃分可以分為閉口式：鐵心完全封閉，性能穩(wěn)定。開(kāi)口式：鐵心可打開(kāi)，便于安裝在現(xiàn)有線路上。按安裝方式劃分可以分為：穿心式：一次線直接穿過(guò)互感器鐵心。繞線式：一次側(cè)通過(guò)繞線形成。

它的結(jié)構(gòu)類似于一個(gè)變壓器，但一次側(cè)和二次側(cè)的作用和設(shè)計(jì)有所不同：

一次側(cè)（原邊）：連接到被測(cè)電路，通常由幾匝甚至單匝線圈構(gòu)成，流過(guò)的電流是被測(cè)電流。

二次側(cè)（副邊）：通常為多匝線圈，與測(cè)量電路相連，輸出的電流是按比例縮小的低電流。

電流互感器的電流變比為：

其中：

I1是一次電流（被測(cè)電流）。

I2是二次電流（輸出電流）。

總結(jié)來(lái)說(shuō)就是電路互感器的一次電流與二次電流成嚴(yán)格的線性比例關(guān)系，所以我們要關(guān)注額定電流比：一次電流和二次電流的額定比值，如100:5 或3000:1。一次側(cè)和二次側(cè)可以實(shí)現(xiàn)電氣隔離，確保安全。電路互感器是有精度等級(jí)的，不同用途的電流互感器有不同精度要求（如0.2級(jí)（±0.2%）、0.5（±0.5%）級(jí)），當(dāng)然了精度受負(fù)載和磁化曲線影響，具體選擇多大精度的電流互感器取決于我們的需求。

注意事項(xiàng)：

二次側(cè)開(kāi)路：電流互感器工作時(shí)，二次側(cè)嚴(yán)禁開(kāi)路。因?yàn)橐淮蝹?cè)電流會(huì)在鐵心中感應(yīng)出高電壓，可能導(dǎo)致二次側(cè)后級(jí)電路過(guò)壓燒壞，所以后果很嚴(yán)重，一般電流互感器內(nèi)部會(huì)集成一個(gè)電阻，需要注意。

鐵芯飽和：高電流或不適合的負(fù)載可能導(dǎo)致鐵心磁飽和，造成誤差增大或電路失效。

Part 03、AC電流檢測(cè)電路

首先我們放上整體的檢測(cè)電路原理圖，原理圖包含了電流I-電壓V轉(zhuǎn)換電路，限幅電路，差動(dòng)放大電路，參考源電路，RC濾波電路，接下來(lái)我們分別說(shuō)明一下每個(gè)模塊電路的作用。

1.電流I-電壓V轉(zhuǎn)換電路電流互感器是電流型號(hào)，我們通過(guò)采樣電阻R4把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),注意R4的精度會(huì)影響采樣精度，所以精度要高，另外R4的功耗要計(jì)算一下，避免功耗超標(biāo)。

轉(zhuǎn)換后的信號(hào)為交流信號(hào)：

2.限幅電路D1,D2是限幅二極管，避免過(guò)壓損壞后級(jí)電路，比如后面的運(yùn)算放大器，所以我們需要注意上面采樣電阻的選擇不要太大，避免采樣電壓過(guò)高導(dǎo)致二極管導(dǎo)通鉗位，影響電流采樣。

3.差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路將輸入電壓信號(hào)進(jìn)行放大，差動(dòng)放大電路相信大家見(jiàn)的很多了，并聯(lián)一個(gè)C2可以實(shí)現(xiàn)高通濾波的作用，有助于改善采樣精度，輸出電壓Vout計(jì)算公式如下：Vout=Vref+10*Vin

為什么需要Vref呢？Vref接地可以嗎？電流I-電壓V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)是交流信號(hào)，如果Vref接地的話，我們就需要用雙電源給運(yùn)放供電，才能實(shí)現(xiàn)正負(fù)輸入電壓信號(hào)的放大，同時(shí)輸出的也是正負(fù)交流信號(hào)，一般我們?nèi)绻肕CU集成的ADC采集OUT的電壓的話，是沒(méi)辦法直接采集負(fù)電壓的，所以Vref不能直接接地，我們通過(guò)設(shè)置一個(gè)Vref參考電壓源（比如2.5V），這樣就可以實(shí)現(xiàn)將正負(fù)電壓的交流輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成只有正電壓的輸入信號(hào)，這樣運(yùn)放只用單電源供電就行了，也解決了MCU ADC電壓采樣的問(wèn)題。

4.參考源電路一般我們的系統(tǒng)電源是5V，這樣我們就可以利用電阻分壓得到任意我們想要的參考電壓值，有些人可能會(huì)問(wèn)為什么要加個(gè)運(yùn)放呢？原因是運(yùn)放輸入電阻非常大，輸出電阻非常小，這樣后級(jí)電路的電阻不會(huì)影響R7,R8的分壓值，同時(shí)R7,R8也不會(huì)影響后級(jí)電路的增益。