2.4采樣方法

諧波監測時，常需要幾路信號同時采樣，筆者就做過8路信號的同步采樣。一般有以下3種方法：

(1)間隔掃描方法：它是一種模擬同時采樣的方法。圖2說明了這種間隔掃描方法。

對于這種方法，在采樣兩個通道之間，存在一個非常小的時間誤差ts。這個時間誤差ts實際上是ADC的采樣周期，它由ADC的最大轉換速率所決定。例如，當使用一個采樣速度為200 kHz的ADC時，則采樣計時誤差為5 μs。

T是掃描周期，它是一個可調整的值，它根據所測量的現象而進行設置。對于高達50次諧波的測量，最小的掃描速率為5 kHz或T≤200 μs。如果是一個200 kHz的ADC，則每一個通道的時間誤差ts都應保持在5μs內，對于50次諧波(50 Hz×50=2.5 kHz即周期為400μs)來說，它的相位誤差粗略為：(5μs／400μs)×360°=45°。諧波次數越高，則誤差的角度就越大。如果一個ADC被多個通道所分享，則計時誤差對于第一個通道和最后一個通道是不同的，它等于N×ts，，這里N等于ADC所供分享的總通道數。

(2)交替采樣法：所謂交替采樣法．就是進行數據采集時在被測信號的一個周期內，比如要采樣256點，其中128個奇數點為電壓采樣點，128個偶數點為電流采樣點。采電壓和采電流的時差為△t=T／256(T是被測信號周期)，由此引起的同相電壓和電流的相位誤差為360°×f×n×△t，式中f為被測信號頻率，n為諧波次數。由此式可知相位誤差隨時差△t、諧波次數n增大而增大。

(3)同步采樣法：筆者采用過同相的4路電壓和4路電流的同步采樣，分時傳輸的方法。這種方法不存在時差問題，相位差也就不存在，但要求每個通道都要有一個采樣保持電路。

3設計實例

這里是一個基于DSP(TMS320C545)的電力諧波監測儀，根據以上分析，其數據采集的AD芯片對于德州儀器公司的ADS7864和MAXIM公司的MAX125都是不錯的選擇，這里采用了后者。因為要采樣A，B，C三相電壓和電流，共6路模入通道，為了保證6路工頻信號之間保持正確的相位關系，應該同步采樣數據，而一片MAX125最多只能轉換4通道差動信號，所以用了兩片MAX125，其數據采集接口框圖如圖3所示。

兩片MAX125 a和b設置成3路差動順序采樣模式。每片MAX125在模擬信號輸入前都接有信號調理電路，其作用是對電網高壓進行隔離和抗混疊濾波，并將輸入電平轉換成芯片正常工作時的電壓，這部分在圖中沒有表示出來。本裝置在進行諧波分析時，為了達到需要的測量精度，6路模入信號要求在每個工頻周期內的采樣點不少于1 024個點，然后留下盡量均勻的512點，再進行快速傅立葉變換，為了保證精度，只取前50次諧波。這就要求6路信號轉換的時間得小于20 ms／1 024≈19.5 μs且要留足夠的余量。因為MAX125每個通道的信號轉換需要3μs，則每片MAX125三個通道依次轉換需要3×3 μs=9μs。所以這里兩片MAX125要并聯連接，同時啟動它們，使得它們同時完成3路電壓和3路電流的采樣保持和轉換，只需要3×3μs=9 μs的時間，再加上讀取數據的時間，比起19.5μs來，還有很大的余量，當然如果使兩片MAX125采用"串聯"工作方式，其A／D轉換時間就是18μs也小于19.5μs，但余量不夠。

TMS320C545的I／O工作電壓是3.3 V，MAX125的數字端工作電壓是5 V，所以它們之間必須加由5 V轉換到3.3 V的電平轉換芯片，反過來，由TMS320C545送到MAX125的信號是在MAX125的允許范圍內，不會造成損壞，所以就不必進行電平轉換了。

電網頻率為50.60 Hz時，利用本電力諧波監測儀所測定的各次諧波波畸變率的測量誤差的方均根值見表1，其測量的效果是令人滿意的。

4結 論

電能測量時，AD芯片對其精度的影響起著致關重要的作用。測量電能質量的ADC必須有足夠的動態范圍去滿足信號的最高的幅度，同時又要保持足夠的位數去獲得必須的準確度。而且，它的采樣速率必須足夠的高，以便于采樣信號中的最高頻率成分。