交流輸入電壓、電流監(jiān)測電路設(shè)計

　　實際上，因為變壓器體積較大，簡易測量儀表多采用電阻分壓的方式衰減被測交流電壓，再由運放和二極管組成平均值響應(yīng)的線性整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，然后將平均值折算為有效值。對于理想的正弦交流電壓采用上述測量方法是沒有問題的，但是電網(wǎng)中存在各種非線性電力、電子設(shè)備，對于由此造成的失真，采用均值檢波電路將會產(chǎn)生較大的誤差。表1中列出均值檢波與真有效值的誤差比較。

　　在極端情況下，均值檢波電路產(chǎn)生如此之大的誤差是不能接受的，采用真有效值電路可以避免出現(xiàn)這么大的誤差。單片TRMS/DC轉(zhuǎn)換器可以選用美國模擬器件公司的AD536、AD636、AD637、AD736、AD737和凌力爾特公司的LTC1966、LTC1967、LTC1968。

　　圖2是由AD736構(gòu)成的5量程3位真效值數(shù)字電壓表電路圖。S1為量程開關(guān)，S2為“測量/備用”模式選擇開關(guān)(常態(tài)下S2斷開，閉合時儀表呈備用狀態(tài))，S3為電源開關(guān)。精密電阻R1～R5構(gòu)成高阻抗分壓器，總阻值為10M。輸入交流電壓Vin首先被衰減成200mV以下，再經(jīng)限流電阻R6接至AD736的第2引腳。VD1、VD2為雙向限幅保護(hù)二極管。C1是輸入端耦合電容，起隔直作用。C2、C6為電源濾波電容。C4是AD736的平均電容。輸出電壓經(jīng)R9、C5濾除紋波后獲得直流電壓，加至ICL7136的模擬輸入端。R9兼ICL7136的限流電阻。ICL7136采用外基準(zhǔn)，由ICL8069提供的1.2V基準(zhǔn)電壓源，通過R8、RP分壓后得到基準(zhǔn)電壓VREV=100mV，基本量程為200mV。

　　交流電流采樣電路

　　交流電流采樣電路前端常用的交流電流互感器有硅鋼FeSi電流互感器、羅果夫斯基線圈(Rogowski Coil)電流互感器、霍爾電流傳感器三種。

　　硅鋼電流互感器由于其普及的價格，主要被廣泛用在不需要很高精確度的功率監(jiān)控，對負(fù)載進(jìn)行平衡。但是，由于其只適用于50Hz的正弦波，而且線性度很差(特別在低電流值時)和相移太大，因而不適合對電量對象進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測分析。因為其又大又笨重，因此也不太適合在空間有限的環(huán)境中使用(例如小型配電箱)。

　　羅果夫斯基線圈電流互感器雖然實現(xiàn)了小型、輕型和靈活的對高強(qiáng)度電流的測量，但其對設(shè)計、制造工藝和固定安裝方面要求較高，而且對信號適應(yīng)和標(biāo)定有一定要求。目前，羅果夫斯基線圈技術(shù)只在特定測量領(lǐng)域是非常有前景的技術(shù)。

　　霍爾電流傳感器尺寸小，重量輕，易于安裝，價格適中。傳感器的原邊電路與副邊電路之間完全絕緣，絕緣電壓一般為2～12kV，特殊要求可達(dá)20～50kV。其副邊電路可以忠實地反映原邊電流的波形，可測量任意波形的電流，如直流、交流和脈沖波形等，可以對瞬態(tài)峰值參數(shù)進(jìn)行測量。一般的霍爾電流傳感器可在0～20kHz頻率范圍內(nèi)很好地工作，精度優(yōu)于1%，線性度優(yōu)于0.5%，動態(tài)響應(yīng)時間小于7ms，跟蹤速度di/dt高于50A/ms，過載能力強(qiáng)，測量范圍大(0～±10000A)。

　　通過上述比較，為了適應(yīng)艦船電子設(shè)備普遍的中小功率電流精確、穩(wěn)定可靠監(jiān)測的需要，霍爾電流傳感器是我們的首選。我們可以選擇單電源供電，電壓型輸出的LEM電流傳感器CASXX-NP或者LTSXX-NP系列。選用印制板安裝的單電源電流傳感器可以簡化電源硬件設(shè)計，選電壓型輸出避免了電流型輸出需要增加的外接采樣電阻以及運放，方便與DSP或者單片機(jī)的AD端口直接連接。輸出電壓范圍(2.5±0.625V)，即原邊電路電流為0時，輸出電壓為2.5V;正向最大電流時輸出電壓為3.125V，反向最大電流時輸出電壓為1.875V。