多路高压放大器输出直流电压监测与显示系统设计

摘要：在自适应光学系统中，自适应控制器AD输出控制信号需要通过高压放大器放大成高压电驱动压电陶瓷变形镜，从而实现波前实时校正。在实际系统中，往往需要对高压放大器输出电压进行实时监测。本系统采用小体积单片机C8051F310作为控制器，采用专用电表芯片CS5460A作为核心测量芯片，实现了单板对20路0～500 V直流电压的实时监测与显示，线性度优于0．2％。
关键词：电压监测；CS5460A；高压放大器；自适应光学

0 引言
自适应光学系统由波前探测、波前控制、波前校正和监控系统组成。压电陶瓷变形镜是用于波前校正的核心元件，驱动压电陶瓷往往需要几百伏特的直流高压电。在实际系统中，自适应控制器AD输出的弱电信号通过高压放大器后产生可用于驱动压电陶瓷的高压电，出于系统安全和现场调试的需要，往往需要对高压放大器的输出电压进行高可靠性监测。基于这种需求，设计了一型直流电压监测与显示系统，实现了单板对20路0～500V直流电压的实时监测与显示，通过实际测试表明，系统工作稳定，可靠性高，测量精度高，全量程线性度优于0．2％。

1 系统硬件设计
1．1 核心芯片简介
本系统采用C8051F310单片机作为核心控制器，C8051F310器件是完全集成的混合信号片上系统型MCU芯片，具有高速流水线结构的CIP-51内核，工作频率可达25 MIPS，具有1 280 B片内RAM，具有片内上电复位，VDD监视器，看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F310是真正能独立工作的片上系统。
系统采用CS5460A作为核心测量芯片，CS5460A是具有有功功率计算引擎的CMOS单片功率测量芯片，它包含了两个增益可编程放大器、两个△-∑调制器、两个高速滤波器，具有系统校准和有效值／功率计算功能，以提供瞬时电压／电流／功率数据采样及有功能量、IRMS、VRMS的周期计算结果。
1．2 系统总体设计
系统框图如图1所示。输入高压经过精密电阻分压后，通过三个8路模拟开关切换20路输入信号电压，使用CS5460A分时采样与量化，输出20路电压测量值，一方面通过LCD实时显示，另一方面通过RS 485接口传送至上位机实时监测。