一種新型電網數顯功率表的電路設計

1 系統工作原理
在直流電路中，有功功率反映被測電路的電壓和電流的乘積(P=UI)；在交流電路中，除了這個乘積外，還應反映其相位差的余弦，即電路的功率因數cosψ，有P=UI／cosψ。對于工業生產和日常生活，準確、實時的測量電網功率是必不可少的。本系統采用開關穩壓電壓源，將220 V交流市電整流穩壓為模擬、數字兩路+5 V電源，為整個電表電路供電。采用先進的單相雙向功率／電能集成芯片CS5460A。通過電流互感器檢測的電流信號，通過電阻分壓器輸入的電壓信號，可直接輸入該集成芯片，在片內完成A／D轉換和瞬時有功功率計算。其基本結構框圖，如圖1所示。

2 開關電源電路
電源是電子設備的核心部分，其質量的好壞直接影響著電子設備的可靠性，而且電子設備的故障大都來自電源，因此在設計電子設備時，電源的設計十分重要。現代電子設備使用的電源大致有線性穩壓電源和開關電源兩大類。所謂線性穩壓電源，就是其調整管工作在線性放大區。這種穩壓電源的主要缺點是變換效率低，一般只有35％～60％；開關穩壓電源的調整管工作在開關狀態，主要的優越性就是變換效率高，可達70％～95％。此外，開關穩壓電源還有功耗小、穩壓范圍寬、體積小、重量輕、安全可靠等優點。目前電子設備的穩壓電源逐漸被開關穩壓電源所取代。在本系統中，由于在檢測部分要用到C55460A，為了避免干擾，需要模擬和數字兩路+5 V電源，因此，在開關穩壓電源部分也需要有兩路+5 V電源。該部分電路原理圖，如圖2所示。

3 功率檢測電路
功率檢測電路是該功率表設計的主要部分。其主要功能是在單片機P89LPC916的控制下由CS5460A檢測功率并輸出功率值，其中X5045存放標準校正值，供單片機隨時校準功率值。其電路原理圖，如圖3所示。檢測電路中主要器件有功率互感器、CS5460A、單片機P89LPC916、X5045等。

3．1 CS5460A功能概述
CS5460A是一個包含兩個△∑模一數轉換器(ADC)、高速電能計算功能和一個串行接口的高度集成的△∑模一數轉換器。它可以精確測量和計算有功電能、瞬時功率、IRMS和VRMS，用于研制開發單相2線或3線電表。