原创 交直流电流传感器之电流有效值隔离检测

    很多应用中都要求传感器与测试系统没有直接的电气连接。这是为了避免来自系统某部分的电压或电流损害系统的其他部分，或者造成麻烦的地环路。

    本设计用于检测高压交流供电线路的电流值，为防止高压损坏测试系统，系统不能与高压线直接相连。因此需要设计一个具有隔离功能的检测电路，将待检测的电流信号转换为便于测量的直流信号并进行隔离传送，以保证系统电路和操作人员的安全。

    常见的隔离放大器可以采用变压器，他通过磁场来传递信息；可以采用高耐压小电容，它利用电场来传递信息；还可以采用光电耦合器，它包括一个LED和一个光敏单元，利用光实现信号传递，这实际上是利用电磁辐射实现隔离。不同的隔离器性能各异。有些具有极好的线性度，可用于传输高精度的模拟信号；有些则需要在传输前将模拟信号转换为数字信号以保证足够的精度。

    变压器能够传输精度达到12位至16位、带宽达数十万赫兹的模拟信号，其最高耐压电压等级通常不超过10KV。电容耦合型隔离放大器的精度稍低，通常不超过12位，且带宽和耐压等级也低，但是它们很便宜。光电耦合器速度快且价格低，可用于高耐压场合，但是它的模拟线性度不佳，因此通常不适合直接传输精密的模拟信号。

    线性度和隔离电压并不是选择隔离系统时需要考虑的唯一因素，功耗也很重要。除非隔离侧采用电池供电，由于输入和输出电路都需要供电，因此必须设计相应的隔离电源。

    本设计中选用HCNR200高线性度光电耦合器方案，它的双光敏单元设计通过一对镜像式光电二极管同时接受一个LED发出的光信号，配合反馈运放实现超高线性度的隔离传输，无需对信号进行调制与转换，相比其他方案具有高频噪声抑制能力强、带宽高、成本低等优点。

图1  功能框图

图2  原理图