新型多功能电能表的电路设计

复使用而无需更换。

L1和C1可消除信号中的尖峰波并抑制干扰。经L1、C1滤波后的信号接入到整流桥，再将从整流桥中输出的高压直流信号经过C2进行滤波后，即可得到电压Vi。在图2中，T1为高频变压器，它能够快速存储和释放能量，经高频整流滤波后即可获得直流连续输出。高频变压器T1的1脚和3脚为输入初始绕组，4、5两脚为反馈绕组，次级绕组分别为6，9脚和7，10脚(其中1，4，6，7为各绕组的同名端)。并且6，9绕组是主绕组，用它经进一步变换产生的+5 V直流稳压电源可作为主电压源，即数字电压源(Vo1);7，10绕组为辅绕组，用它经电容C8～C11滤波和78L05稳压产生的+5 V直流稳压电源为辅电压源，即模拟电压源(Vo2)。鉴于在TOP221Y内的功率MOSFET关断瞬间，高频变压器的漏感会产生尖峰电压，另外，在1，3初始绕组上还会产生感应电压(即反向电动势)，而且二者又会叠加在Vi上，使电压严重增大，因而要求功率MOSFET能够承受高压。同时，还必须在漏极增加钳位电路，以吸收尖峰电压，保护TOP221Y内的功率MOSFET不受损害。本设计利用R1，C3，ZD1，D1组成钳位电路。当MOSFET导通时，T1的初始绕组的电压极性为(3端)为正，1端为负，此时D1截止，钳位电路不起作用;而在MOSFET截止的瞬间，初始绕组变为1端为正，3端为负，此时D2导通，尖峰电压就被R1和C3吸收掉。

4 计量电路的设计

电量检测电路是该电表设计的核心。选用PHILIPS公司的P89LPC916是一款低成本的16脚单片封装的微控制器。该芯片适合于许多要求高集成度低成本的场合，可以满足多方面的性能要求。P89LPC916采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2～4个时钟周期，其速度6倍于标准80C51器件。由于P89LPC916集成了许多系统级功能，故可大大减少元件的数目和电路板面积，提高电路可靠性，并降低系统的成本。

本仪表由P89LPC916控制CS5463的检测过程和数值显示。电路上电以后，通过拨码开关可对电路进行初始化。通过拨码开关输入单片机要初始化的电量代码后，再由单片机根据设定好的编码规则向CS5463发出相应的指令，CS5463根据单片机发来的指令将相应的要初始化的电量的标准校准值传给单片机，单片机再将此数据传给X5045并存储在其中，以供CS5463复位时再次获得校准值，并供单片机用于随时校准检测值，从而提高精度。也就是说，在LPC916的控制下，由CS5463检测电信号并输出测量值给单片机，其中X5045可存放标准校正值。该计量电路中的控制模块如图3所示。

该电压采样电路由电阻网络、过压保护及去抖动电容组成。为保证采样精度，电阻应全部采用高稳定度的精密电阻。

本系统中的电流采样电路由电流互感器、过压保护、电阻网络和去抖动电容组成。采用电流互感器的主要优点在于可实现高压与低压的隔离。由于CS5463的电流检测实际上是将电流信号转变为电压信号后的电压检测，所以，在电路中，先由采样电阻将互感电流转变为电压信号，再通过限流电阻和电容滤波后输人到CS5463的电流检测管脚(16、15脚)。另外，在两路输入中，还分别用二极管进行电压嵌位，以避免电压过高损坏CS5463。CS5463的3、14脚分别为模拟、数字+5V电源。同时，为了滤除电压波动，增加电源的稳定性，在两路电源输入时，分别加了滤波电容。由于此为电流检测，所以电压检测的两输入脚9和10也应接模拟地以避免干扰。另外，13脚VA要接模拟地，4脚DGND接数字地，模拟地和数字地之间用电感连接。1、24(XOUT，XIN)两脚接4.096 NHz的晶振。并用程序控制CS5463自动完成输入信号的检测，同时通过6脚SDO输出数据;而分别由5脚SCLK、7脚、19脚RES、20脚INT、23脚SDI输出单片机的时钟脉冲、片选信号、复位信号、中断信号以及单片机对CS5463的控制信号。由于CS5463要完成对模拟信号的检测并以数字信号输出检测值，即一个芯片同时有模拟、数字两种信号，因而需要模拟和数字两路电源;同时，其需要接地的管脚一定要正确接相应的地，不然将会引入很大的干扰。

5 显示电路

本仪表系统采用七段LED显示。移位寄存器74HC164的时钟信号由单片机提供。从单片机输出数据信号时，先输出低位，后输出高位。数据首先传输到对应显示高位数码管的74HC164，每当到来一个时钟脉冲时，数据便移位一次，经过一个周期后，数据将全部传输到其对应各位的74HC164并由数码管显示出来。

6 结束语

本文给出了一种多功能电能表的设计方法，详细说明了电能表的工作原理和设计思路，重点介绍了电源设计和电能计量模块的原理、实现及注意事项。经使用证明，该电能表具有运行稳定、可靠性高、精度高、成本低等优点，而且实用