有效值转换器AD536A及其应用

有效值转换器AD536A及其应用

摘要：AD536A是一种新型集成电路有效值变换器，它具有精度高，可靠性好的特点。本文着重介绍AD536A的特点及应用电路。

关键词：AD536A 有效值

在电信号测量中，经常要测量电信号的有效值，以往测量有效值的方法如下：

1．用峰值变换器通过峰值因数求有效值。现在使用的普通万用表即采用此方法，此种方法简单易行。但对于不清楚波峰因子的信号，用此种方法不能得到有效值。

2．热电偶电桥有效值变换器。市场上的有效值电压表即采用热电偶有效值变换器，热电偶有效值变换器虽然可以实现真有效值变化，但实际制作相当困难。热电偶难以配对，且过载能力低，造价高。因而除有效值电压表外，其他电子测量和控制仪器不宜采用热电偶有效值变换器。

3．用模拟运放组成电子式有效值变换器。用模拟运算放大器分别组成平方器，积分器，开方器即可完成有效值变换，这种有效值变换器的具体实现方案有多种电路形式，但由于模拟运算放大器性能的离散性，所以这种方法实现的有效值变换精度很低。

4．用单片机逐点采样一组数据，求方均根值得其有效值。这种方法能获得较为精确得有效值，具体实现也比较方便，但对于动态范围比较大的信号采样较难，不能得到精确的有效值。

以上方法不同程度地存在缺点或局限性。AD536A是真有效值交流/直流转换器，AD536A能计算复杂输入信号的有效值并且给出一个与之等效的直流输出电平，波形的有效值比平均值更有用，因为它和信号的能量有关系,而且随机信号的有效值与它的方差有关。

一．AD536A的主要技术指标:

电源电压范围 ± 3－±18V

电源电流 1.2mA

输入满刻度值 7V

输入阻抗 106Ω

输出阻抗 25kΩ

测量输出 ≤0.2%

频率稳定 输入大于100mV 为450KHZ，输入大于 1V为2MHZ

分贝输出 0-60dB

二．AD536A的特点:

AD536A是一个能实现有效值转换的单片集成电路。AD536A直接计算任何含有直流

和交流成分的复杂输入信号的有效值。由于采用峰值补偿措施，当峰值因子（一个信号的波形的峰值因子是它的峰值与有效值的比值）达到7的时候转换误差小于1%，当信号电压大于100mV时，这个电路的带宽使测量能力达到300KHZ仅有3dB的误差。 AD536A对于输入和输出的偏移，正负波形的对称和整体精度进行了激光调整，因此，无需为提高精度进行外部的调整。在它的内部有输入和输出保护电路，输入电压能承受高于电源电压的过载电压。输出电压具有短路保护功能。

三．AD536A应用电路连接:

AD536A能实现高精度的有效值的测量，仅需要一个外置的电容设置平均时间常数，并且这个电容的值将决定低频交流信号的精度，脉动成分水平和稳定时间。标准的连接如图一所示，在这个配置下，AD536A将测量在输入端的直流和交流信号的有效值，但是因为滤波电容CAV的存在，在低频输入时存在误差。如果用一个4μF的电容，附加的平均误差在输入为10HZ时为0.1%，在3HZ时为1%。如果不允许输入直流信号，则在输入端串联一个电容，这个电容必须没有极性的。如果AD536A的驱动电压含有高频脉动成分，建议用一个0.1μF的陶片电容分别把正负电源接地，以将波纹旁路，并且这个瓷片电容应尽可能靠近这AD536A。

如果希望提高AD536A的精度，外在的调整电路如图一所示，R4被用来调整偏差。偏差调整电路加了一个365Ω电阻和内部25kΩ电阻串联。这样比例因子将增加1.5%。比例因子用R1调整，比例因子调整范围为±1.5%。

调整的步骤如下：

1．将输入信号接地并且调整R4使引脚6输出为零。

2．连接想得到满量程值到输入端，或者是直流或者是标准的交流信号（1KHZ是最理想

的频率）；然后调整R1，使引脚6输出正确值。1V的直流输入应该有1V的直流输出，峰值为1V的正弦输入信号应该输出0.707V直流电压。

AD536A计算直流和交流信号的有效值，如果输入是慢变化的信号，输出将正确跟踪输入值。如输入频率更高AD536A的输出平均值将接近输入信号的有效值。

四．减少输出偏差和CAV的选择：

AD536A的实际输出与理想输出之间有一个直流偏差和一些脉动成分。直流偏差取决于输入信号的频率和CAV值。输出信号的交流成分是脉动成分。有两种方法减少脉动成分。第一种方法是用大电容CAV ，虽然减少了脉动成分，但相应增加输出的稳定时间。例如CAV=1μF，C2=2.2μF，60Hz输入信号的脉动成分从10%减少到0.3%，但是稳定时间增

加了几乎3s。一个更好的方法如图二所示，既在输出端加上一个滤波电路，这样在不增加稳定时间的情况下减少了脉动成分。如果采用一级滤波（C3被移去，RX被短路），则C2的值是CAV值的两倍并且脉动成分将被减少，但输出稳定时间比二级滤波长，减小CAV和C2的值允许更快的稳定时间并且减少了脉动成分。两级滤波电路可减少更多的脉动成分并且不会增加稳定时间，减少CAV，C2，C3的值使稳定时间减少。CAV 的大小决定电路的平均时间，而平均时间的确定要依靠输入频率，所以在选CAV 时应根据输入频率选，并且多选几个值，因为直流偏差依靠这个值，而与滤波器无关。

五．AD536A的应用：

我们可以把AD536A用在电力系统电压，电流有效值的测量上，如果再加上一些辅助电路就可以实现功率因数角的测量。如图三所示

输入信号取自电压互感器、电流互感器采样回路，其有效值分别为0~100V和0~5A的交流信号。这些信号不能直接输入给AD转换器，而需要经过变换成AD变换器所允许

的信号形式以及变化范围，一般AD变换器输入有±5V或±10V的电压信号，在图三中的电压互感器PT1将0~100V交流电压按比例变换成有效值为0~5V的交流电压信号，中间电流互感器CT1将0~5A的电流信号变换成较小的电流使之在电阻R上形成峰值为0~5V的交流电压。这个0~5V的交流电压信号经过AD536A进行转换，然后把转换后的电压有效值经过AD转换器转换，当AD转换结束后，AD转换器向CPU发出AD转换结束信号，CPU读取转换后的数字量。测出的v和i需经过系数变换才能得到实际的电压和电流有效值Ve个Ie ，从互感器输出到AD变换输入的系数Kv1和Ki1分别为Kv1=5/100，Ki1=1，AD变换系数为KAD，则对16位变换系数为KAD=65536/5，若电压，电流互感器变化为Knv，Kni则

0~5V交流电压信号和0~5A交流电流信号经过低通滤波器和整流器输出方波信号，，两方波信号经过异或门从T0或T1引脚输入8051，当为高电平时，8051的T0计数器开始记数，为低电平时停止记数，然后CPU读取数据。标准的电压或电流信号为50HZ，半个周期0.01ms，计数频率为1MHZ ，半个周期记数器数值为10000，它对应的电角度为1800，所以功率因数角φ=N*1800/10000(其中N为记数器记数值)。这样就实现了电压，电流有效值和功率因数角的测量，并且测量的结果可以通过 LED显示出来。

六．结束 语

AD536A不但可以用在电力系统实现电压，电流有效值的测量，而且还能测量别的交直流混合信号和其它复杂的信号，它在有效值测量中具有广泛的应用前景。

参考书目：

1.AD536A,Integrated Circuit ,True RMS-to-DC Converter;ANALOG DEVICES

2.何立民 MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术 北京 北京航空航天大学出版社 2001年2月 第13版

3.高天元 单片机原理及其应用 北京 中国电力出版社 1998年5月第1版

作者简介：

徐群： 男 副教授 从事计算机控制，水利水电自动化方面的研究

王正华： 男 硕士研究生

RMS-TO-DC CONVERSION AD536A AND ITS APPLICANCE

Xun Qun Wang Zheng-hua

HOHAI University Electric Engneering Institute Nanjing 210098 Jiangsu

Abstract:AD536A is a complete monolithic integrated circuit which performs true rms-to-dc conversionwe introduce feature and appliance circuit of the AD536A

Keywords: AD536A RMS