怎样去设计一种基于互感器采样方式的计量电路

　　在计量芯片的应用过程中，我发现大多工程师朋友对给计量芯片的供电方式有疑问，尤其是在使用分流电阻采样方式设计原理图，对供电电源使用方式会进入一个误区，这个原因多是基于从安全角度考虑时引起的。
　　##电阻采样电路
　　先从官方给出的两份标准的设计参考开头，这是两份典型的设计参考，图一是基于电阻采样的方式的计量电路，图二是基于互感器采样的方式的计电路。
　　
　　图1 电阻采样方式设计参考
　　信号采样的基本原理
　　计量芯片需要对电信号进行测量，需要分别对电压和电流信号进行采样，根据上图，我们对信号采样进行分析。
　　1、 电压信号采样：
　　L经过5个200K电阻和1K电阻分压后连接到N，1K电阻两端的电压输入至VP PIN，计量芯片通过测量VP的电压，就可以采样到L线的电信号。
　　2、 电流信号采样：
　　对电流信号的采样是通过对1mR采样电阻两端的电平进行采样，因为 U = I*R，R等于1mR，U可以通过计量芯片进行测量得到，那么也就间接采样到I的信号。
　　得到电压信号和电流信号后，根据算法，计量芯片HLW8110就可以计算出有效电压、有效电流和有功功率等电能参数。
　　计量芯片的内部结构
　　下图是HLW8110的内部结构框图，从本质上来，计量芯片是属于ADC的一类，只不过我们经常用到的ADC芯片是用来测量直流信号的，而计量芯片是用来测交流信号的。被采样的信号是通过IAPIANVPGND引脚进入到芯片内部，然后通过PGA（运放）进入到ADC进行采样，而ADC模块的1.25V的VREF是通过供电电源VDD转化而来的，VRFF的参考地是GND。
　　
　　图2 HLW8110内部框图
　　测量原理
　　因为信号采样电路的电平是N为参考的电平信号，如图1，电压采样信号的电平VP的电平是以N为参考点的电平信号。电流采样的信号电平1mR采样电阻两端的电平是也是以N为参考点的电平信号。
　　如图2，运放的VREF是以GND为参考点的参考电压，所以送到计量芯片的信号也必须以GND为参考，才能进行有效的测量。
　　我们都知道，测量必须有一个统一的参考，才可能进行有效的测量，所以在设计电路时，我们需要把N和GND连接起来，形成同一个参考。
　　设计电路时容易忽略的一个问题
　　我们经常会从安全角度考虑，因为担心强电有危险，在图1的电路上，刻意不将N和GND进行短接，如下图，其实这是一种错误的接法，没有统一的参考点，如何能够进行正确的测量呢。
　　
　　图3 错误的电路设计图
　　互感器采样电路
　　下图是互感器的设计参考，电流和电压的采样信号是通过互感器变比后的信号，然后送到HLW8110进行采样。
　　
　　图4 互感器采样方式设计参考
　　那么为什么两份设计参考，图一是N和GND相连，而图四的N和GND不相连？
　　因为互感器的被测信号己经不是L和N了，而是变比之后的信号，我们只要保证变后的信号和GND在同一个参考点就可以。
　　安全性
　　从安全性方面来讲，互感器采样方式是优于电阻采样方式，因为互感器采样将强电信号从源头己经开始隔离，那么在遇到强电设计的产品，我们应该从哪几个方面加强安全性，有如下方法：
　　1、 外壳绝缘，这是最好的方法，外壳完全绝缘，基本己经保证产品的安全性。
　　2、 改量以N线做为参考地，在N线不能做为参考地的前得下，再使用L为参考地，因为N对大地的压降是0V，而L对大地的压降是220V。