多通道采样的精准的电力线监测

准确的电力线监测已经成为一个关键的要求不仅集中在电网本身也在它的边缘。并网发电发电系统甚至终端设备、电能质量特征进行的分析有助于确保电网的健康及附属系统。在电力监控系统的心脏，模拟数字转换器（ADC）在测量线电压和电流在一个水平的精度适合每个应用起着关键性的作用。工程师可以满足一系列的要求从实用级系统的精度需要收入的目的基本电力监控线路故障，利用高性能ADC检测和相关组件生产商包括模拟设备，科宝电子，Intersil，线性技术，集成，微芯片技术，在半导体，脉冲电子，和德克萨斯仪器。
在最基本的层面上，电力监控系统依赖于测量瞬时电压和电流用电流互感器（CTS）和电压互感器（称为PT，电压互感器）的输出转换成高速ADC（图1）。反过来，一个处理器采用瞬时电流和电压的测量计算的关键特性包括有功功率、无功功率、视在功率、功率因素和更复杂的计算，如谐波，从而导致设备损坏。

图1：典型的电力监控系统的样品线路电流和电压，采用高速模拟 - 数字转换器(ADC)，提供高分辨率的数据，以用于电力参数计算的主处理器。 (德州仪器提供)

执行这些功率计算取决于最前面上精确地测量电压和电流。如ANSI C12.20北美和IEC 62053标准规定的特定精度水平，如0.2级，这需要±0.2%的精度。在实践中，功率测量系统通常被设计为超越标准精度规格-依靠高采样率和高分辨率的转换器，以捕捉高速瞬变，并确保更复杂的特性，例如多谐波可靠的计算。
同时，这些功率特性的测量需要紧密同步，电压和电流在所有的三个阶段和中性的高分辨率测量。同步采样允许电压和电流之间的相位角线非常精确的测量。电压和电流测量之间的同步差可以引入工件，降低整体的精度，并显著影响更复杂的功率计算。
同时采样
为了降低高精度的多通道测量的复杂性，设计人员可以转向高度集成的器件的高分辨率ADC的模拟前端（AFE），最后结合优化设计的阻抗匹配，信号的动态范围，偏移，和其他因素，可以影响性能和数据转换精度。制造商通常建立这些高性能同时采样ADC在逐次逼近寄存器（SAR）转换器。SAR ADC提供高精度无周期的延迟与过采样采用∑-ΔADC实现高稳定性和转换的分辨率。
对于最苛刻的应用，半导体制造商整合各渠道的一个复杂的AFE和专门的SAR ADC。高度精确的功率监测，八通道ADC，如集成max11046德克萨斯文书ads8568同时允许所有三个阶段和中性的采样（图2）。用一个专门的AFE和ADC为每个通道，这些设备都能够达到非常高的数据rates-250 KSPS每通道为ads8568的max11046 510 kSPS（并行输出接口）。

图2：三相电源监控，同时采样ADC提供独立的模拟前端和ADC的八个通道需要高度精确的功率计算。（Maxim集成提供）

对于某些应用，设计师可以把缓冲输出的电流互感器和电压互感器直接进入ADC包括集成max11046和Ti ads8568如图2显示输入。设备如max11046提供高输入阻抗和自我保护输入卡支持这类简单的配置。为了实现最大的吞吐量，但是，ADC通常需要运放驱动传感器和ADC之间。事实上，评估板都集成和德克萨斯仪器包括司机。在其maxrefdes30为max11046评估板，集成包括max44252 op amp drivers.  On the TI ads8688evm-pdk为ads8568评估板，德克萨斯仪器包括opa2209运算放大器驱动。
要求不太严格
电力监控应用程序不严格的精度要求，设计师可以把设备更温和的性能属性。在电力监控，只需检测在电力线路故障的简单要求，可以利用低分辨率ADC。德克萨斯仪器lmp92064电流/电压监控电路采用这种方法提供一个单一的线功率监控IC，需要一些额外的组件（图3）。该器件集成了一个精密电流检测放大器来测量负载电压供给负载电流流过分流电阻和一个缓冲电压通道测量。然而，能够采样电流和电压通道同时由独立125 kSPS、12位ADC，支持精确的功率计算。

图3：功率监控器IC，例如德州仪器LMP92064使用一对12位ADC，支持功率计算与不太苛刻的精度要求的应用。 (德州仪器提供)

即使是简单的监测要求，设计师可以经常使用一个ADC监测电压和电流在每个线外部多路复用器。事实上，8:1多路复用器如IntersilDG408，集成MAX4581，和半导体mc74hc4051a可以支持三相应用需要更基本的电力监控。
设计师可以找到集成多路复用器设计用于支持广泛的渠道，ADC的数据吞吐量，和转换的分辨率。三相电源监控，设备如模拟设备ad7699线性技术，ltc2372，德克萨斯文书ads8688将一个八通道多路复用器与ADC和每个通道的专用模拟前端。例如，TI的ads8688每个输入通道包括过压保护、可编程增益放大器（PGA）、低通滤波器，和司机送共享复用器单ADC。
结论
保证电网的电能质量要求的电压和电流，在每一个阶段的高度精确的测量。并网发电系统及设备、电力监控同样需要高分辨率，同时线电压和使用模数转换器为每个通道提供一个专用的转换器的电流采样。虽然基本的故障监测建立在同样的原则作为高精度测量的应用，设计者可以使用低分辨率ADC或复用设备提供高分辨率的多通道测量低吞吐率。设计师可以设计来满足这种广泛的渠道支持，比特分辨率要求ADC的准备情况，和采样率。

怎么保证采样率与电网频率的同步啊，