电源质量检测模块

模块描述

对供电系统的电压/电流/功率/功率因数/频率/谐波/纹波等进行测量与评估，可用于电源类作品的“自检”“闭环调参”“保护联动”。

原理

  • 采样链路：电压分压/隔离采样 + 电流采样（分流电阻/霍尔/CT）
  • 计量/分析：专用电能计量/电能质量芯片做同步采样与DSP计算（Vrms/Irms/P/Q/S/PF/THD等），或 MCU/ADC 采样后软件计算
  • 保护联动（可选）：欠压/过压/过流阈值比较 → 控制继电器/MOSFET/关断脚

接口

  • 模拟输入：VINSENSE（分压后）、ISENSE（分流/霍尔输出）
  • 数字接口：SPI / I2C / UART（看所选计量芯片）
  • 告警输出：ALERT/INT（可选）
  • 供电：3.3V/5V（模拟与数字建议分区）

板上设置

  • 量程选择：分压电阻档位跳帽（如 12V/24V/48V）、电流量程（分流电阻/霍尔型号）
  • 滤波：输入 RC/抗混叠滤波、ADC参考与模拟地单点连接
  • 校准：预留零点/增益校准参数（EEPROM/Flash），预留校准端子/测试点（TP）

电气指标（关键指标）

  • 电压测量范围：常见 0–30V / 0–60V（按分压设计）
  • 电流测量范围：0–5A / 0–20A（按分流/霍尔/CT）
  • 精度：±0.5%（比赛够用）到 ±0.1%（更“卷”）
  • 采样率/更新率：1–10kSps（波形/纹波）或 1–10Hz（电能质量统计）
  • 纹波/噪声评估带宽：建议做到 20kHz（开关电源纹波更直观）
  • 共模/隔离：非隔离（低压）/隔离（市电或高压测量必须隔离）

典型元器件（可选型清单）

  • 电能计量/电能质量芯片：ADE7753、ADE7953、ATM90E26/ATM90E32、HLW8012（低成本）
  • 电流采样：
    • 分流：0.5–5mΩ 精密分流电阻 + 电流采样放大器 INA180/INA181/INA219（含I2C）、INA226
    • 霍尔：ACS712/ACS758/CSLA 系列
    • CT：电流互感器（适合交流/隔离）
  • 电压采样/隔离：精密分压电阻（0.1%）、隔离放大器 AMC1100/ISO124（更高要求）
  • ADC/参考（自算方案）：ADS1115/ADS131M04（多通道同步）、REF3033/ADR4533
  • 保护：TVS、PTC、自恢复保险、比较器 LMV331、MOSFET 负载开关 TPS229xx

使用说明

  1. 先确定要测 DC 还是 AC、最大电压/电流与是否需要隔离
  2. 选采样方式：低压 DC 可优先“分流+INA+ADC/I2C”；AC/市电优先“CT/隔离+计量芯片”
  3. 做一次两点校准（0点 + 满量程），把系数固化
  4. 若用于闭环电源：把“纹波/功率/温升”作为调参评价指标（比如Buck补偿、PWM频率、软启动）

关联赛题

  • 电源类：数控电源、可编程电源、UPS、能量采集与管理
  • 测量类：电参量测量、功率计、能量统计与保护联动
  • 任何“可靠性要求高”的题：上电自检、故障保护、掉电记录