多路高壓放大器輸出直流電壓監測與顯示系統設計

摘要：在自適應光學系統中，自適應控制器AD輸出控制信號需要通過高壓放大器放大成高壓電驅動壓電陶瓷變形鏡，從而實現波前實時校正。在實際系統中，往往需要對高壓放大器輸出電壓進行實時監測。本系統采用小體積單片機C8051F310作為控制器，采用專用電表芯片CS5460A作為核心測量芯片，實現了單板對20路0～500 V直流電壓的實時監測與顯示，線性度優于0．2％。
關鍵詞：電壓監測；CS5460A；高壓放大器；自適應光學

0 引言
自適應光學系統由波前探測、波前控制、波前校正和監控系統組成。壓電陶瓷變形鏡是用于波前校正的核心元件，驅動壓電陶瓷往往需要幾百伏特的直流高壓電。在實際系統中，自適應控制器AD輸出的弱電信號通過高壓放大器后產生可用于驅動壓電陶瓷的高壓電，出于系統安全和現場調試的需要，往往需要對高壓放大器的輸出電壓進行高可靠性監測。基于這種需求，設計了一型直流電壓監測與顯示系統，實現了單板對20路0～500V直流電壓的實時監測與顯示，通過實際測試表明，系統工作穩定，可靠性高，測量精度高，全量程線性度優于0．2％。

1 系統硬件設計
1．1 核心芯片簡介
本系統采用C8051F310單片機作為核心控制器，C8051F310器件是完全集成的混合信號片上系統型MCU芯片，具有高速流水線結構的CIP-51內核，工作頻率可達25 MIPS，具有1 280 B片內RAM，具有片內上電復位，VDD監視器，看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F310是真正能獨立工作的片上系統。
系統采用CS5460A作為核心測量芯片，CS5460A是具有有功功率計算引擎的CMOS單片功率測量芯片，它包含了兩個增益可編程放大器、兩個△-∑調制器、兩個高速濾波器，具有系統校準和有效值／功率計算功能，以提供瞬時電壓／電流／功率數據采樣及有功能量、IRMS、VRMS的周期計算結果。
1．2 系統總體設計
系統框圖如圖1所示。輸入高壓經過精密電阻分壓后，通過三個8路模擬開關切換20路輸入信號電壓，使用CS5460A分時采樣與量化，輸出20路電壓測量值，一方面通過LCD實時顯示，另一方面通過RS 485接口傳送至上位機實時監測。