交流輸入電壓、電流監測電路設計

　　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的線性整流電路將交流電壓轉換為直流電壓，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，但是電網中存在各種非線性電力、電子設備，對于由此造成的失真，采用均值檢波電路將會產生較大的誤差。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這么大的誤差。單片TRMS/DC轉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構成的5量程3位真效值數字電壓表電路圖。S1為量程開關，S2為“測量/備用”模式選擇開關(常態下S2斷開，閉合時儀表呈備用狀態)，S3為電源開關。精密電阻R1～R5構成高阻抗分壓器，總阻值為10M。輸入交流電壓Vin首先被衰減成200mV以下，再經限流電阻R6接至AD736的第2引腳。VD1、VD2為雙向限幅保護二極管。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，由ICL8069提供的1.2V基準電壓源，通過R8、RP分壓后得到基準電壓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控，對負載進行平衡。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行準確的檢測分析。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了小型、輕型和靈活的對高強度電流的測量，但其對設計、制造工藝和固定安裝方面要求較高，而且對信號適應和標定有一定要求。目前，羅果夫斯基線圈技術只在特定測量領域是非常有前景的技術。

　　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，可以對瞬態峰值參數進行測量。一般的霍爾電流傳感器可在0～20kHz頻率范圍內很好地工作，精度優于1%，線性度優于0.5%，動態響應時間小于7ms，跟蹤速度di/dt高于50A/ms，過載能力強，測量范圍大(0～±10000A)。

　　通過上述比較，為了適應艦船電子設備普遍的中小功率電流精確、穩定可靠監測的需要，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。