1 简介

随着我们持续转向采用太阳能和风能等能源的更加可持续的能源网络，我们更加需要电能计量设备来获取有关各项能耗的详细见解，从而确定需要改进的领域、优化使用和降低成本。需要电能计量子系统的电子终端设备类型包括智能电表、电动汽车 (EV) 充电站、电源和配电单元、智能电器、街道照明和楼宇自动化组件。这些产品的数量之多促使人们需要在电能计量解决方案中尽量降低成本，而美国国家标准协会 C12（美国）或测量仪器指令（欧洲）等地区计量标准则对精度和安全提出严格的要求 [1]、[2]。

图 1 展示电能计量应用中的典型信号链，为简单起见仅展示一个相位。模数转换器 (ADC) 同时测量并数字化每个相位的电压和电流。随后数字信号处理提取计量参数，例如有功和无功功率和能量、线间电压、基本功率和能量以及谐波 [3]。

信号链的基本构建模块包括：

• 线电压检测前端（图 1 中 A）。
• 电流测量传感器 (B)。
• 电流传感器与 ADC 之间的前端和信号调节器 (C)。
• ADC (D)。
• 数字信号处理硬件 (E)。
• 电气隔离 (F)。

在大多数情况下，线电压检测前端采用简单的电阻分压器实现 [3]，但其他构建模块存在多种选择。对于每个信号链组件，都需要在性能、尺寸和成本方面进行权衡。本文重点介绍电流测量传感器、信号调节以及 ADC 的性能与成本权衡。