[实用新型]一种市电电压有效值计算电路

说明书

一、技术领域：本发明涉及一种用于计算和校准市电交流电压有效值的电路，其具有完成数字抽取的梳状滤波器和求绝对值，完成积分清零的滤波处理电路，以及可配置的数字直接频率合成器和完成有效值累计的可清零计数器。 

二、背景技术：在多种应用领域(例如多功能电表、数字万用表、交流电压表头)，需要对50/60赫兹的交流电源的电压有效值进行计算。通常的有效值计算是通过低通滤波、乘法器和平方根计算，这些方法的计算量大，结构复杂，并且很难对采样电路的线形偏差进行校准。 

三、实用新型内容：为了克服现有技术存在的缺点，本发明提出的计算和校准方法结构简单、校准方便；本发明的特征在于采用了求绝对值运算、积分清零滤波器和可配置的数字直接频率合成器、可清零计数器、定时器构成了针对标称50赫兹或者60赫兹的市电电压有效值计算，计算精度能达到2‰。本实用新型所采用的技术方案为：其主要包括了数字抽取滤波器，取绝对值运算单元、积分清零滤波器(IDF)、可配置阈值的数字直接频率合成器(DDS)、定时器、可清零的计数器。其中数字抽取滤波器完成了降低采样速率及滤除高频噪声；取绝对值运算单元完成对数字抽取滤波器输出的取绝对值；积分清零滤波器(IDF)完成绝对值运算单元输出的积分和清零，生成波动相对较小的直流信号；可配置阈值的数字直接频率合成器(DDS)完成IDF输出的频率转换，生成一个频率与IDF输出成正比的脉冲信号；定时器生成一个固定周期的定时信号；可清零的计数器完成对DDS输出进行计数，并且定时器输出能对其复位，生成市电电压有效值。 

在本技术方案中，所述全新的市电电压有效值计算的电路，其特征在于，所述数字抽取滤波器采用了CIC(梳状滤波器)对ADC输入信号进行抗混叠处理和64倍抽取采样，得到市电信号的实时波形数据，取绝对值运算单元对该波形数据做绝对值运算。 

在本技术方案中，所述全新的市电电压有效值计算的电路，其特征在于，所述积分清零滤波器(IDF)采用了有限冲激响应的低通滤波器和抽取器组成，该抽取器对低通滤波器输出进行抽取运算； 

在本技术方案中，所述全新的市电电压有效值计算的电路，其特征在于该可配置阈值的数字直接频率合成器(DDS)采用了一个高精度累加器，该累加器的有效最高位MSB作为输出脉冲信号。该数字直接频率合成器(DDS)对积分清零滤波器(IDF)的输出数据进行数字---频率转换，得到相应频率的脉冲信号。 

在本技术方案中，所述的数字直接频率合成器(DDS)，其特征在于该DDS包含了一个累加器、比较器、阈值暂存器(可配置阈值)，该累加器对DDS输入信号进行累加，该比较器将该累加器的输出和可配置阈值进行比较，当累加器输出大于可配置阈值时，输出一个脉冲信号。 

在本技术方案中，所述全新的市电电压有效值计算的电路，其特征在于该定时器采用了高精度的计时单元，计时精度达到微秒，该定时器决定该可清零计数器的计数时间。 

在本技术方案中，所述全新的市电电压有效值计算的电路，其特征在于该可清零的计数器采用了高精度的累加器，并且外部复位信号可随时对累加器进行清零操作，该可清零的计数器在固定时间内对DDS的输出脉冲信号进行计数。 

四、附图说明：

图1为常用的市电电压有效值计算原理图 

图2为本发明的原理框图 

图3为可配置的数字直接频率合成器结构框图 

五、具体实施方式：从图1可以看出，常用的有效值计算原理，抽取滤波器单元101将来自ADC的数据采样率降低，平方运算单元102将输入采样信号进行自相乘运算，将输出一个象征有效值的直流分量以及2倍频的输入交流信号，低通滤波器单元103是将输入信号中的交流分量(100赫兹或者120赫兹)滤除，其输出就是有效值的平方，平方根计算单元104对输入信号进行凯平方运算，输出有效值；