電力線完整性已成為工業和醫療設備設計的重要方面。現在許多過程都依賴于對噪聲和干擾敏感的傳感器輸入的實時監控。電瞬變很容易擾亂精密測量。如果這些條件沒有得到補償，不正確的讀數會導致閉環控制環路出現像差或系統缺少重要的安全相關信號。

因此，某種形式的交流線路監控已成為一種形式。重要的附加傳感器輸入，以確保瞬態和其他電力線失真不會影響設備。電力線監測可用于確保其他高功率設備使用的電力轉換器正常運行，不會向電網注入不需要的諧波或出現不平衡負載，從而可能中斷電力輸送。用戶還可以使用這些數據來確定流程是否需要優化以通過跟蹤整個工廠的電源使用熱點來降低總體能耗。

大多數交流線路監控設計使用一個或多個模數轉換器（ ADC）將電力線信號轉換為數字格式，然后使用本地處理器應用數字信號處理，以獲得有用的操作參數，例如峰值和平均功率輸出，功率因數角度，諧波電壓幅度和線路頻率。

設計交流線路監控子系統的關鍵問題是確定哪種類型的測量很重要，因為這些將影響用于采樣輸入的ADC的選擇，以及輸入通道的數量。例如，用于確定諧波失真的三相監視器需要對總共四個相位的電壓和電流進行采樣，因此需要8個ADC輸入通道。需要采樣的第四階段是中性線：如果主相不平衡，這將顯示電流流動。

主要用于瞬態檢測的AC線路監控器可以使用相對簡單的ADC設計，并且連接到低端微控制器或硬件狀態機，對輸入信號中的尖峰作出反應。對于更高級的測量，例如諧波，ADC分辨率和精度更重要。

通常，用于電流測量的AC線路的連接是通過電流互感器或Rogowski線圈。電壓互感器或電阻分壓器網絡可用于電壓讀數。電流互感器是一種相對低成本的測量選項，盡管它們可以提供小的相位失真，需要校正諧波失真的精確測量。電流互感器也容易受到附近磁場的影響 - 強磁場會導致磁芯飽和并使其無法傳遞準確的信號。

Rogowski線圈通過去除鐵芯來避免鐵芯飽和的問題，而有利于空芯，在有強大的外部磁場的情況下空芯不會飽和。 Rogowski線圈的另一個優點是它不需要直接接觸導體 - 線圈只需纏繞導體。

Rogowski線圈電流傳感器的輸出與一階導數成比例通過它的交流電流。結果，傳感器的輸出需要在它可以乘以初級電壓之前進行積分，以提供功率讀數。因此，Rogowski線圈不能直接替代電流互感器。信號調理電子設備需要提供集成功能。工程師可以選擇是否使用模擬集成，通常基于運算放大器電路或數字集成。

Rogowski線圈更容易將AC線路監控改裝為現有絕緣，因為它不需要斷開電氣連接。導體必須分開，以便電流傳感器可以滑到它上面。但是，如果交流線路監控電路是正在安裝的工業系統的一部分，則不應出現問題。

某些設備可以實現更直接的連接。對于更簡單的交流線路監控，主要用于檢測單相電源輸入的瞬態，Silicon Labs的Si8900提供ADC和控制的組合以及高達5 kV的電流隔離，將電源監控電路與其余部分隔離開來系統。這種設計允許使用電阻將線電壓降低到ADC的范圍，運算放大器用作信號調理的差分放大器。由電源線供電的簡單LDO通過串聯電容連接，為器件供電。

圖1：單相電路圖使用Silicon Labs Si8900進行傳感。

Si8900的ADC子系統基于一個10位，500 ksample/s逐次逼近型轉換器，前面是一個三通道模擬輸入多路復用器和一個帶用戶的串聯增益放大器 - 1x或0.5x增益的可編程設置。 ADC具有內部參考，但如果設計人員更喜歡，它也可以使用外部參考。其他片上功能包括一個控制狀態機，它使用UART，I 2 C或SPI串行端口監控主機控制器和前端之間的所有事務。

基于Si8900的前端可以在兩種用戶可選擇的操作模式之一下運行。在需求模式下，外部主機控制器根據需要觸發單個ADC轉換。該器件還可以在突發模式下工作，其中ADC轉換連續執行。系統主機處理器可以根據需要從一種模式切換到另一種模式，從而減少主機的干預。

德州儀器的ADS131E08可以連接到電流互感器或Rogowski線圈進行電流測量，或者連接到電阻分壓器網絡或變壓器測量電壓。該器件提供8個ADC通道，支持電流和電壓的全四相測量。這些ADC基于sigma-delta設計，提供高達24位的分辨率，并且之前是可編程增益放大器和EMI濾波器。通過控制輸出采樣率，設計人員可以調整ADC的噪聲性能。隨著輸出數據速率的降低，噪聲也相應下降。例如，當使用器件的3 V電源和內部2.4 V基準電壓時，將輸出數據速率從64 ksample/s降低到1 ksample/s會將有效位數從12.27位增加到18位。/p>

圖2：用于四相監控的八通道TI ADS131E08的框圖。

通過SPI端口與信號處理主機微控制器或DSP進行通信。可以使用集成比較器和一組可編程觸發點設置來執行輸入過量程或欠量程檢測。 ADS131E08具有靈活的每通道輸入多路復用器，可獨立連接到內部生成的信號，以進行溫度和故障測試。利用集成比較器和數模轉換器控制的觸發電平，可以在器件內部實現故障檢測。

Maxim Integrated的MAX11046設計用于快速響應不斷變化的條件，還可以同時測量電流和電流。三相電壓加中性至16位精度，250 ksample/s。結果通過高速20 MHz并行數據總線提供。

Microchip Technology的MCP3911為單相安裝提供高精度選項，提供兩個16位或24位sigma -delta ADC。 MCP3911能夠連接各種電壓和電流傳感器，包括分流器，電流互感器，Rogowski線圈和霍爾效應傳感器。該器件由兩個可編程增益放大器，一個相位延遲補償模塊和數字偏移和增益誤差校準寄存器提供支持。主機通信采用20 MHz SPI接口。

提供多路輸入，在某些情況下還提供隔離功能，專為交流線路監控而設計的ADC，可輕松構建能夠檢查電源狀態的工業系統并有效地應對不斷變化的條件。