近年來，隨著現(xiàn)代高壓、超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，電力系統(tǒng)正朝著大容量、高壓大電流方向發(fā)展，而用于電流測量的傳統(tǒng)的電磁式電流互感器已無法滿足其要求，在大電流下鐵心磁路下易飽和，對測量結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。而羅氏線圈互感器，具有測量范圍寬、精度高、無磁飽和、體積小等優(yōu)點，正逐步取代傳統(tǒng)的電磁式電流互感器，在電力系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　本文介紹一種基于羅氏線圈的電流變送器的設(shè)計，對電網(wǎng)中的大交流電流進(jìn)行實時測量，該變送器采用XTR115芯片將羅氏線圈產(chǎn)生的電壓信號轉(zhuǎn)換電流信號，輸出DC4～20mA電流信號。

　　工作原理及設(shè)計

　　羅氏線圈是將導(dǎo)線均勻的密繞在環(huán)形截面非磁性骨架上而形成的空心電感線圈，采用羅氏線圈作為電網(wǎng)中電流測量的傳感頭，讓通有大電流的導(dǎo)線垂直穿過線圈的中心，產(chǎn)生電磁感應(yīng)，從而感應(yīng)出被測電流大小的電壓信號。將羅氏線圈產(chǎn)生的電壓信號接入到信號調(diào)理模塊上，進(jìn)行信號處理，最后輸出工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號DC4-20mA。電路設(shè)計框架圖如圖1所示。

　　信號調(diào)理電路

　　信號調(diào)理電路實現(xiàn)對輸入信號的隔離輸入，包括信號濾波、整流電路以及信號積分電路。該電路主要是對羅氏線圈感應(yīng)輸出的電壓信號通過RC濾波，再經(jīng)過電阻分壓后接入到采用雙電源運(yùn)放芯片的輸入腳上，采用運(yùn)算放大器構(gòu)成近似積分器，合理選擇選擇器件參數(shù)，能夠保證傳感器的測量靈敏度、精度和信號響應(yīng)帶寬。

　　真有效值轉(zhuǎn)換電路

　　真有效值轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)電路中AC/DC真有效值轉(zhuǎn)換，將輸入的交流信號通過真有效值芯片轉(zhuǎn)化為真有效值的直流電壓，能夠精確測量各種電壓波形的有效值，而不必考慮被測波形的參數(shù)以及失真。如圖2所示：電路中，Ui信號經(jīng)過電容C5隔直后輸入到真有效值芯片中，其中電容C8，C9的作用是濾掉該電路中的高頻干擾，采用雙電源工作方式，滿足真有效值的工作要求。

　　放大電路

　　放大電路的作用是將真有效值轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號經(jīng)過RC濾波電路后進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯螅捎眠\(yùn)放芯片，在滿足零點輸出功耗要求的同時，調(diào)節(jié)電路中的放大參數(shù)，使電路最后輸出能達(dá)到滿度額定值。

　　信號輸出電路

　　信號輸出電路主要采用TI公司生產(chǎn)的精密電流變送芯片XTR115，其具有精度高，芯片功耗小以及非線性誤差小等優(yōu)點，內(nèi)部產(chǎn)生2.5V基準(zhǔn)電壓，且內(nèi)部帶有+5V的精密穩(wěn)壓器，可以給外部電路（例如電路中的放大器）單獨供電，從而簡化了外部電源的設(shè)計，如圖3所示電路。

　　采用XTR115芯片設(shè)計，要嚴(yán)格控制電流的功耗，保證該變送器自身耗電（包括傳感器在內(nèi)的全部電路）不大于3.5mA，在XTR115前置調(diào)零電路，作為變送器的零點調(diào)節(jié)，使變送器保證零點輸出4mA。

　　抗干擾措施

　　電流變送器使用電流信號作為傳輸信號，有較高的抗干擾能力，但由于傳輸距離較遠(yuǎn)，加上工業(yè)現(xiàn)場的復(fù)雜性，在設(shè)計上還要考慮電氣隔離，抗干擾措施。

　　本文所設(shè)計的羅氏線圈變送器采用電源隔離模塊，降低紋波干擾，提高系統(tǒng)可靠性，與此同時，在電源輸入端串入一只二極管，進(jìn)行反極性保護(hù)；線路板設(shè)計時注意電子器件的布局布線，以減少干擾信號。