电子测量中的一种新型电网数显功率表的电路设计

1 系统工作原理 　　在直流电路中，有功功率反映被测电路的电压和电流的乘积(P=UI)；在交流电路中，除了这个乘积外，还应反映其相位差的余弦，即电路的功率因数cosψ，有P=UI／cosψ。对于工业生产和日常生活，准确、实时的测量电网功率是必不可少的。本系统采用开关稳压电压源，将220 V交流市电整流稳压为模拟、数字两路+5 V电源，为整个电表电路供电。采用先进的单相双向功率／电能集成芯片CS5460A。通过电流互感器检测的电流信号，通过电阻分压器输入的电压信号，可直接输入该集成芯片，在片内完成A／D转换和瞬时有功功率计算。其基本结构框图，如图1所示。 　　2 开关电源电路 　　 本文探讨了电子测量领域中一种新型的电网数显功率表的电路设计，旨在提供准确、实时的电力测量方案。在直流电路中，有功功率P由电压U和电流I的乘积决定，而在交流电路中，还需考虑相位差的余弦cosψ，即功率因数，公式变为P=UI/cosψ。对于工业生产和日常生活，这种测量至关重要。 系统采用了开关稳压电压源，将220V交流市电转化为两路+5V电源，分别供给模拟和数字电路，确保了稳定的工作环境。其中，核心元件是单相双向功率/电能集成芯片CS5460A，它能够处理电流互感器检测到的电流信号和电阻分压器输入的电压信号，内部进行A/D转换，并计算瞬时有功功率。这种设计简化了电路，提高了测量的精度。 开关电源电路是系统的关键部分，其优势在于高效、低功耗、宽稳压范围以及小巧的体积。相较于传统的线性稳压电源，开关电源以更高的效率（高达70%~95%）脱颖而出。在本设计中，为了满足CS5460A的要求，需要两路独立的+5V电源，因此开关稳压电源扮演了重要角色。 功率检测电路是功率表的核心，CS5460A芯片在此起到关键作用。它集成了两个ΔΣ模数转换器、高速电能计算和串行接口，可以精确测量有功电能、瞬时功率和电压、电流的有效值。通过电流互感器和电压分压器获取信号，通过单片机P89LPC916进行控制和数据处理，X5045则存储校准值，以确保测量的准确性。CS5460A的自引导功能使其在系统上电后自动初始化，减少了对微控制器的依赖，降低了批量生产成本。 这款新型电网数显功率表的电路设计巧妙地结合了高效开关电源技术、先进的集成芯片和精密的功率检测电路，实现了对电网功率的精确、实时测量，满足了工业和日常需求。同时，它的设计思路也展现了现代电子测量技术的发展趋势，即集成化、微型化和智能化。