交流输入电压、电流监测电路设计

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。

       单相交流电压、电流监测电路

　　在图3所示电路中，我们采用了一片Microchip公司的RISC结构的高性能嵌入式微控制器PIC16F873。其内置的主同步串行端口MSSP模块具有两种模式：串行外设接口SPI和集成电路内部I2C总线。SPI同步串行输入/输出可应用于外接移位寄存器、串行E2PROM、串行A/D和D/A转换器、LCD显示器等。SPI模式使用串行数据输入SDI、串行数据输出SDO、串行时钟SCK这三个I/O口通信，根据情况还常常需要其他引脚配合使用(例如提供片选信号)。I2C模式是IC之间的串行总线，只需要串行数据SDA和串行时钟SCL两个I/O端口。通过定义同步串行端口状态寄存器，我们可以方便的选择其中一种工作模式，但两种串行通信仅能选择其中之一进行工作。如图3所示，在交流电压采集通道，我们选用了一片LTC1966真有效值RMS-DC转换器和一片LTC2420 A/D转换器。

　　LTC1966采用?∑计算技术，内部的增量累加电路使用更为简便、准确度更高和功耗更低，与传统的对数-反对数RMS-DC转换器相比，表现出更大的灵活性。LTC1966可接受单端或差动输入信号(可抑制EMI/RFI)。差动输入范围为1VPEAK，提供优异的线性度。具有独立的输出基准电压引脚，可进行灵活的电平调整。LTC1966对电路板的焊接方式、应力及工作温度都不敏感。与对数/反对数方案相比，该拓扑结构具有本质更好的稳定性及线形度。

　　LTC2420的 ADC是一个过采样?∑ADC，具有本质性抑制RMS平均纹波的特性。将F0引脚接电源，内置的数字滤波器即可以滤去50Hz纹波。数据输出为三线制接口，兼容SPI和MICROWIRE协议。在采样时它的输入阻抗是6.5M，如果直接连接负载LTC1966，将会造成-0.54%至-0.73%的增益误差。而且，LTC2420 DC输入电流在0V时并不为零，而是其基准的一半，这会造成输出偏移和增益误差。但是对于特定的LTC1966和LTC2420组合，该误差是固定的，因此可以通过校准系统消除这些误差。

　　交流电压采样过程：LTC1966对衰减后的交流电压信号进行RMS-DC转换。PIC16F873的RA1端口输出低电平选中LTC2420的CS片选端启动A/D转换。PIC16F873通过SPI接口接收LTC2420的转换数据，再对数据进行处理。

　　在电流检测通道，首先由电流传感器将电流信号转化为电压信号。因为PIC16F873内部嵌入了一个10位A/D转换模块，将其一路输入通道与LEM电流传感器的电压输出端连接，由PIC16F873进行A/D转换后，直接通过软件计算处理得到交流电流瞬时值、有效值和峰值。有效值计算原理依据公式4。

显示通道由一片带串行接口的多位译码驱动器MAX7221和四个LED数码管组成。因为监测过程需要显示的数据主要为数字量，所以选择7段LED数码管作为显示输出部件。而且LED数码管较LCD显示器适应低温、震动环境能力更好，价格更低廉。MAX7221是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器秒，它连