0 引 言
当今社会对电能质量的要求越来越高，国家还专门拟定了电能质量的国家规范。因而，电能质量的丈量越来越得到电力用户的注重。电能丈量时，从电网的数据收集成果对其精度的影响起着致关重要的效果，而这其间影响最大的是把模仿信号转化为数字信号的模数转化器(ADC)，往往A／D芯片的技术参数和目标就决议了整个数据收集体系的功能目标。本文就电能丈量ADC的挑选作了总述。
1 A／D转化器的技术参数
A／D转化器的技术参数反映了其功能特色，其首要的目标有以下几个：
(1)分辨率：分辨率反映A／D转化器对输入细小改变呼应的才干，一般用数字输出最低位(LSB)所对应的模仿输入的电平值表明。
(2)精度：精度有肯定精度和相对精度两种表明办法。肯定差错：是指对应于一个数字量的实践模仿输入电压和抱负的模仿输入电压之差的最大值，一般以数字量的最小有用位(LSB)的分数值来表明。相对差错：是指整个转化规模内，任一数字量所对应的模仿输入量的实践值与理论值之差，用模仿电压满量程的百分比表明。
(3)转化时刻：转化时刻是指完结一次A／D转化所需的时刻，即由宣布发动转化指令信号到转化完毕信号开端有用的时刻距离，其倒数称为转化速率。例如MAX125的转化时刻为3μs，其转化速率约为330多kHz。
(4)电源灵敏度：电源灵敏度是指A／D转化芯片的供电电源的电压发生改变时，发生的转化差错。一般用电源电压改变1％时相应的模仿量改变的百分数来表明。
(5)量程：量程是指所能转化的模仿输入电压规模，分单极性、双极性两种类型。
A／D转化器实践作业时，都会引进一些差错，首要包含：静态差错、孔径差错和量化差错。各种差错都是以最低有用位(LSB)作为核算单位。1 LSB界说为VREF／2n，界说中的VREF是指参阅电压，而n则是模仿／数字转化器的分辨率。例如，14位模仿／数字转化器的1 LSB是VREF／16 384。
(1)静态差错：当转化一个直流信号时，静态差错可由失调差错、增益差错、非线性差错和微分非线性差错表明。
失调差错：失调差错便是实践ADC转化函数曲线与抱负转化曲线间得偏移，即实践曲线发生了平移现象。
增益差错：增益差错便是满量程差错与失调差错之差。
非线性差错：非线性差错便是指转化器的实践传输特性曲线与它的均匀传输特性曲线之间的最大差错。
微分非线性差错；它表明晰输出码与其相邻代码的距离，是经过丈量输入电压的改变，并转化到以LSB为单位，也便是咱们一般所说的的±1LSB，±0.5LSB等目标。
(2)孔径差错：由于采样时钟或输入信号的噪声，使得采样和坚持之问推迟引起的差错。 (3)量化差错：A／D改换器的量化差错决议于A／D改换器的转化特性，这种差错是由转化特性形成的，是一种原理性差错，无法消除。A／D改换器选定今后，其量化差错也随之确认了。量化差错和分辨率是一致的，量化差错是由于有限数字对模仿数字进行离散取值(量化)而引起的差错。因而，量化差错理论上为一个单位分辨率，即1LSB，进步分辨率可削减量化差错。
上述这些差错构成了A／D改换器的总差错。在考虑上述各种差错的归纳影响时，A／D改换器的总差错应该用各种差错的均方根来表明。
2 A／D转化器挑选的理论剖析
2.1概 述
采样处理进程受ADC转化精度和转化速率的约束。一方面，关于详细的模数转化器，它的数据位所能代表的精度是由ADC的转化位数来决议的。另一方面，每一个模数转化器的转化数据在被读取之前都要有转化时刻。数据位越多，则转化时刻越长，相应的转化速率也就越慢。这就要求ADC的转化精度和转化速率之间做出一个折衷的解决办法。对转化精度和转化速率要求越高，模数转化越困难，依据现在的市场上可供给的和价格合理的模数转化器，文献[3]作了一个大约的估量。如图1所示，它描绘了ADC的转化精度与转化速率之问的一种联系。
图1的左面上方的区域代表的是简单取得的，到右边的底部区域则几乎是不可能完结的。中心的那条实线表明的是当时市场上，在合理的价格基础上，能够供给的典型的ADC的功能。它们做为现在已有的ADC功能的代表，能够在电能质量丈量中选用，例如MAX125。
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2.2转化精度
关于一个现已给定转化位数的ADC，它对信号所能离散的数据位的水平是固定的。一个14位的ADC供给16 384的离散水平。假如信号为双极性的AC信号，则总的数据位一般在正极性和负极性之间均匀分配。关于ADC，它们所能离散的数据水平有必要满意包含预期信号的最高起伏，一起，在巨细次第上、无间断的、相邻的、数据位之间有必要满意的小，以确保所需求的精确度。
在谐波丈量中，有代表性的基波的频率成分是含量最大的成分。因而，ADC的动态规模要求设置在能包容100％的基本成分中心。但是，要求的精度取决于所要丈量的最小起伏。关于谐波规模的丈量，它最小的起伏由最小的畸变率所决议。存国家谐波丈量的规范中，关于规则的畸变率，谐波丈量要求在±5％的准确度。
2.3转化速率
ADC的转化速率越高，价格也越高，一般只要低频的瞬时现象才经过通用的ADC来进行丈量，关于特高频的瞬时现象，则只要特别的设备才干进行丈量。而关于一般的低频瞬时现象，转化速率在10 kHz到100 kHz之间的转化器就现已满意了。
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2.4采样办法
谐波监测时，常需求几路信号一起采样，笔者就做过8路信号的同步采样。一般有以下3种办法：
(1)距离扫描办法：它是一种模仿一起采样的办法。图2说明晰这种距离扫描办法。
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关于这种办法，在采样两个通道之间，存在一个十分小的时刻差错ts。这个时刻差错ts实践上是ADC的采样周期，它由ADC的最大转化速率所决议。例如，当运用一个采样速度为200 kHz的ADC时，则采样计时差错为5 μs。
T是扫描周期，它是一个可调整的值，它依据所丈量的现象而进行设置。关于高达50次谐波的丈量，最小的扫描速率为5 kHz或T≤200 μs。假如是一个200 kHz的ADC，则每一个通道的时刻差错ts都应坚持在5μs内，关于50次谐波(50 Hz×50=2.5 kHz即周期为400μs)来说，它的相位差错粗略为：(5μs／400μs)×360°=45°。谐波次数越高，则差错的视点就越大。假如一个ADC被多个通道所共享，则计时差错关于第一个通道和最终一个通道是不同的，它等于N×ts，，这儿N等于ADC所供共享的总通道数。
(2)替换采样法：所谓替换采样法．便是进行数据收集时在被测信号的一个周期内，比如要采样256点，其间128个奇数点为电压采样点，128个偶数点为电流采样点。采电压和采电流的时差为△t=T／256(T是被测信号周期)，由此引起的同相电压和电流的相位差错为360°×f×n×△t，式中f为被测信号频率，n为谐波次数。由此式可知相位差错随时差△t、谐波次数n增大而增大。
(3)同步采样法：笔者选用过同相的4路电压和4路电流的同步采样，分时传输的办法。这种办法不存在时差问题，相位差也就不存在，但要求每个通道都要有一个采样坚持电路。
3规划实例
这儿是一个依据DSP(TMS320C545)的电力谐波监测仪，依据以上剖析，其数据收集的AD芯片关于德州仪器公司的ADS7864和MAXIM公司的MAX125都是不错的挑选，这儿选用了后者。由于要采样A，B，C三相电压和电流，共6路模入通道，为了确保6路工频信号之间坚持正确的相位联系，应该同步采样数据，而一片MAX125最多只能转化4通道差动信号，所以用了两片MAX125，其数据收集接口框图如图3所示。
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两片MAX125 a和b设置成3路差动次序采样形式。每片MAX125在模仿信号输入前都接有信号调度电路，其效果是对电网高压进行阻隔和抗混叠滤波，并将输入电平转化成芯片正常作业时的电压，这部分在图中没有表明出来。本设备在进行谐波剖析时，为了到达需求的丈量精度，6路模入信号要求在每个工频周期内的采样点不少于1 024个点，然后留下尽量均匀的512点，再进行快速傅立叶改换，为了确保精度，只取前50次谐波。这就要求6路信号转化的时刻得小于20 ms／1 024≈19.5 μs且要留满意的余量。由于MAX125每个通道的信号转化需求3μs，则每片MAX125三个通道顺次转化需求3×3 μs=9μs。所以这儿两片MAX125要并联衔接，一起发动它们，使得它们一起完结3路电压和3路电流的采样坚持和转化，只需求3×3μs=9 μs的时刻，再加上读取数据的时刻，比起19.5μs来，还有很大的余量，当然假如使两片MAX125选用串联作业方式，其A／D转化时刻便是18μs也小于19.5μs，但余量不行。
TMS320C545的I／O作业电压是3.3 V，MAX125的数字端作业电压是5 V，所以它们之间有必要加由5 V转化到3.3 V的电平转化芯片，反过来，由TMS320C545送到MAX125的信号是在MAX125的答应规模内，不会形成损坏，所以就不用进行电平转化了。
电网频率为50.60 Hz时，使用本电力谐波监测仪所测定的各次谐波波畸变率的丈量差错的方均根值见表1，其丈量的效果是令人满意的。
4结 论
电能丈量时，AD芯片对其精度的影响起着致关重要的效果。丈量电能质量的ADC有必要有满意的动态规模去满意信号的最高的起伏，一起又要坚持满意的位数去取得有必要的准确度。并且，它的采样速率有必要满意的高，以便于采样信号中的最高频率成分。
