交流输入电压、电流监测电路设计

　　实际上，因为变压器体积较大，简易测量仪表多采用电阻分压的方式衰减被测交流电压，再由运放和二极管组成平均值响应的线性整流电路将交流电压转换为直流电压，然后将平均值折算为有效值。对于理想的正弦交流电压采用上述测量方法是没有问题的，但是电网中存在各种非线性电力、电子设备，对于由此造成的失真，采用均值检波电路将会产生较大的误差。表1中列出均值检波与真有效值的误差比较。

　　在极端情况下，均值检波电路产生如此之大的误差是不能接受的，采用真有效值电路可以避免出现这么大的误差。单片TRMS/DC转换器可以选用美国模拟器件公司的AD536、AD636、AD637、AD736、AD737和凌力尔特公司的LTC1966、LTC1967、LTC1968。

　　图2是由AD736构成的5量程3位真效值数字电压表电路图。S1为量程开关，S2为“测量/备用”模式选择开关(常态下S2断开，闭合时仪表呈备用状态)，S3为电源开关。精密电阻R1～R5构成高阻抗分压器，总阻值为10M。输入交流电压Vin首先被衰减成200mV以下，再经限流电阻R6接至AD736的第2引脚。VD1、VD2为双向限幅保护二极管。C1是输入端耦合电容，起隔直作用。C2、C6为电源滤波电容。C4是AD736的平均电容。输出电压经R9、C5滤除纹波后获得直流电压，加至ICL7136的模拟输入端。R9兼ICL7136的限流电阻。ICL7136采用外基准，由ICL8069提供的1.2V基准电压源，通过R8、RP分压后得到基准电压VREV=100mV，基本量程为200mV。

　　交流电流采样电路

　　交流电流采样电路前端常用的交流电流互感器有硅钢FeSi电流互感器、罗果夫斯基线圈(Rogowski Coil)电流互感器、霍尔电流传感器三种。

　　硅钢电流互感器由于其普及的价格，主要被广泛用在不需要很高精确度的功率监控，对负载进行平衡。但是，由于其只适用于50Hz的正弦波，而且线性度很差(特别在低电流值时)和相移太大，因而不适合对电量对象进行准确的检测分析。因为其又大又笨重，因此也不太适合在空间有限的环境中使用(例如小型配电箱)。

　　罗果夫斯基线圈电流互感器虽然实现了小型、轻型和灵活的对高强度电流的测量，但其对设计、制造工艺和固定安装方面要求较高，而且对信号适应和标定有一定要求。目前，罗果夫斯基线圈技术只在特定测量领域是非常有前景的技术。

　　霍尔电流传感器尺寸小，重量轻，易于安装，价格适中。传感器的原边电路与副边电路之间完全绝缘，绝缘电压一般为2～12kV，特殊要求可达20～50kV。其副边电路可以忠实地反映原边电流的波形，可测量任意波形的电流，如直流、交流和脉冲波形等，可以对瞬态峰值参数进行测量。一般的霍尔电流传感器可在0～20kHz频率范围内很好地工作，精度优于1%，线性度优于0.5%，动态响应时间小于7ms，跟踪速度di/dt高于50A/ms，过载能力强，测量范围大(0～±10000A)。

　　通过上述比较，为了适应舰船电子设备普遍的中小功率电流精确、稳定可靠监测的需要，霍尔电流传感器是我们的首选。我们可以选择单电源供电，电压型输出的LEM电流传感器CASXX-NP或者LTSXX-NP系列。选用印制板安装的单电源电流传感器可以简化电源硬件设计，选电压型输出避免了电流型输出需要增加的外接采样电阻以及运放，方便与DSP或者单片机的AD端口直接连接。输出电压范围(2.5±0.625V)，即原边电路电流为0时，输出电压为2.5V;正向最大电流时输出电压为3.125V，反向最大电流时输出电压为1.875V。