为能量计选择合适的电阻

随着近年来几个供应商的专用标准集成电路（IC）已经使得数字设计能够替代机电设计，而且在成本上也与大容量应用程序兼容，能量计设计已经发生了巨大的变化。许多设计通过复费率电能计量和远程读取在数字设计的道路上更前进了一步。然而，即使在数字设计上有重要的进步，所有的能量计在可靠性和准确性上还是要依靠模仿前端部件。

线路输入

图1为一个能量计的典型无变压器的供电部分，如下。在电压调整前，高压电源被一个电容分压器逐步降低并调整。其余部分提供针对供给边界各种电磁兼容（EMC）干扰的防护，包括扼流线圈和X2电容器过滤后的射频干扰（RFI）；主要由X2分流的电流快速瞬变脉冲群（EFT）和压敏电阻（MOV）钳住的雷击瞬变。

输入保护电阻R1在这里起到了一系列作用。第一个作用与电路功能有关，即在接通的时候将稳压二极管的峰值电流限制在一个安全级别内。其余的则与保护功能有关。至于RFI，一个电阻不仅能通过制造一系列电感来抑制它，还可以通过减少输入网络的Q因素，从而最小化任何共振的影响。关键的是，它能在雷击瞬变的时候限制MOV的最大电压，通过消散部分脉冲能量来减少在MOV上的压力。最后，一旦发生短路故障，它能提供故障保护防火融合。

在IEC61000-4-5中，用来测试对雷击瞬变免疫性脉冲的定义是在50?s50%振幅脉冲宽度的情况下，有1.2?s的上升时间，然后是呈指数式衰减的脉冲。重要的是要意识到一个MOV的使用寿命是有限的、永久的和渐变的变化在每一个脉冲后都会发生。在产品生命周期内如果脉冲数量超过了安全数量，MOV的电压就会升高，然后快速降低一直到发生短路故障。如图所示的将一个输入电阻放到MOV前这种用法能大大的延长MOV的使用寿命，还能允许使用造价更低的其他组件。

人们通常采用有防火水泥土层的绕线电阻工艺，一般选用的规格为3W至5W。在确定制造商保证脉冲能力的时候一定要小心。由于绕组设计有很多灵活性，一般来说，这些灵活性会引起绕线电阻的能量容量具有批量差异，因此完成一个样品的测试并不是足够的。

在安全熔断方面，选择一个防火电阻是必要的，但并不一直是足够的。防火状态仅意味着电阻涂层不支持持续燃烧。然而，在缓慢过载的情况下，由于在熔断前电阻本身的温度会很高，一个防火电阻能冒烟，甚至着火。这能引起PCB的炭化或邻近部件着火。对此两项防护措施被定义为熔断特性和PCB绝缘引导格式。

TT电子公司典型产品的脉冲性能如图2所示。一般来说，通过特定的绕线设计这些峰值电压提高的可能性可达100%，从而需要通过使用更小的尺寸部件来降低成本。需要注意的是，当欧姆值大于1K0的时候，它可能需要使用金属氧化物工艺，作为绕线的更低成本的替代物。

在计算通过输入电阻的峰值电压时，有必要从应用到电路中的峰值电压中减去MOV的钳位电压。这一电压值一般为700V至1000V。

电压测量

电压测量输入是通过线电压的电阻部分得到的。这就必须直接连接到线输入上，从而才会接触到和线输入电阻一样的高压脉冲。然而，由于分配器要给一个高阻输入供电，就可能需要一个更高欧姆值的电阻（一般来说为470K　至1M0），这样脉冲能量才会相应的减少。

这一测量通常是通过将4至8个金属电极无引线面电阻串联实现的，在串联组合的情况下，这种方法可以达到要求的稳定性、额定功率和脉冲容量。

电流测量

为完成功率的测量，有必要对电流进行测量。由于电流是一个真正的变量，而电压在本质上是一个常量，这就需要一个更宽的动态范围。在能量计中有四种电流检测方法。电阻并联是直接测量方式。缺点是会损失功率，并且需要有绝缘体，但成本低。尽管随着核心部分达到饱和，检测结果的准确性会降低，电流转换器（CT）可以在没有功率损耗的情况下检测高强度电流，而且负压电阻的整体性是安全方面的一个关键因素。第三个方法是使用霍尔检测器，它可以在较宽的带宽和电流范围内工作，但此种方法会产生高温系数和线性错误。第四个方法是使用罗氏线圈，它没有会饱和的核心部分，但是由于具有信号整合的处理负担，目前还是一个昂贵的测量方式，仅限于高性能测量计。

因此电流变送器的选择取决于几个经济和技术因素，但是对于最大电流低于100A时直接连接测量计，电阻并联仍是最好的选择。根据最大电流的不同，电阻值一般在100μΩ和10mΩ之间。为了最小化12R的损耗，电阻值必须尽可能小，在可接受的准确度情况下，与需要的最小电压信号水平保持一致。为遵守IEC标准，典型的能量计功率预算为2W。通常来说，可以有1W到1.5W的并联损耗（例如，100μΩ电阻，电流为100A时，消耗功率为1W。）

当使用这样小欧姆值的并联电阻时，电感就变得很关键。通常这个值在2nH至5nH之间。在这里有两点需要注意。首先，尽管电力线频率或许对阻抗值有微少的影响，但是其在电压和电流信号间的相位错误匹配时，能在低功率因素的情况下产生错误。第二，如果并联电感不能适时地补充的话，它将会影响整体的噪音抑制，所有在设计噪音滤波的时候必须允许并联电感。

现在在TT电子产品中已经有很多以常见的或电子束焊接布局方式的高强度电流并联。导电接头由高纯铜制成，且这种导电接头将会被编入或刻入到终端或汇流排安装的自定义配置中。Kelvin检测连接接头提供校准电压。通常来说，检测终端导线的预设置是满足客户要求的。