2024年电能计量芯片.doc

电能计量芯片

ADE7755是ADI企业生产的一款用于电能计量的芯片，其技术指标超过了IEC1036规定的精确度规定[7]。它将有功功率的信息以频率的形式输出。在50/60Hz输入信号時都能满足IEC687/1036原则规定的测试精度规定，在1000：1的输入动态范围内，测试误差不不小于0.1%。其功能框图如图3.1所示，实物图如图3.2所示。

图3.1ADE7755功能框图

图3.2ADE7755芯片实物图

3.1ADE7755的特点

ADE7755应用了过采样ADC和DSP相結合的技术，对温度的敏感度很低，虽然在很高的环境温度下也能维持较高的测试精度。ADE7755只在ADC和基准源中使用模拟电路，所有其他信号处理（如相乘和滤波）都使用数字电路，这使其在恶劣的环境条件下仍能保持极高的精确度和長期稳定性。

其重要特点如下：

（1）工作温度范围－40～85℃。

（2）低阈值启动，启动电流不不小于0.2%Ib。

（3）低成本CMOS工艺。

（4）片内设有电源监控电路。

（5）片内带有防潜动功能（空载阈值）。

（6）片内带有抗混叠滤波器。

（7）+5V单电源、低功耗（经典值15mW）。

（8）具有负功率或錯线指示功能。

（9）5V单电源工作，正常工作時芯片功耗30Mw。

（10）1Vpeak-peak的最大模拟信号输入范围。

（11）电流通道具有1/2/8/16四种增益选择，以便灵活选用不一样大小的锰铜采样电阻。

（12）2.5V片内高精度参照电压源，绝对偏差不不小于!4%，温漂不不小于!20ppm/℃。

（13）片内基准电压2.5V±8%（温度系数经典值30ppm/℃）,能為外部电路提供基准。

（14）带有电源电压检测功能，当电源电压减少到80％VDD時芯片自动复位。

（15）灵活的模拟信号输入电路，既可单端输入也可全差分输入并且输入共模电压可在0V和2V之间选择，由管脚SCOM控制。

（16）有功功率平均值从ADE7755引脚F1和F2以频率方式输出，且F1、F2能直接驱动步进电机。

（17）有功功率瞬時值从引脚CF以较高频率方式输出,能用于仪表校验;逻辑输出引脚REVP能指示负功率或錯线;FI和F2能直接驱动机电式计度器和两相步进电机;电流通道中的可编程增益放大器（PGA）使仪表能使用小阻值的分流电阻。

3.2ADE7755工作原理

ADE7755内部拥有两个16位的二阶∑-△模数转换器，这两个ADC对来自电流和电压传感器的电压信号进行数字化，过采样速率达900KHz。AD7755的模拟输入构造具有宽动态范围，大大简化了传感器接口(可以与传感器直接连接)，也简化了抗混叠滤波器的设计。电流通道PGA深入简化了传感器接口。电流通道中的HPF滤掉电流信号中的直流分量，从而消除了由于电压或电流失调所导致的有功功率计算上的误差。有功功率是从瞬時功率信号推导计算出米的，瞬時功率信号是用电流和电压信号直接干相乘得到的。為了得到有功功率分量(既直流分量)，只要刘瞬時功率信号进行低通滤波就行了。图3.3示出了瞬時有功功率信号怎样通过对瞬時功率信号进行低通滤波来获取有功功率，这个设计方案也能对的计算非正弦电流和电压波形在不一样功率因数状况下的有功功率。所有的信号处理都是由数字电路完毕的，因此具有优良的温度和時间稳定性。

ADE7755工作原理

若电压U(t)和电流I(t)均為正弦波，且：

则瞬時功率P(t)為

?

?

平均功率P為：

ADE7755是一种采用电压和电流直接相乘的措施得到瞬時有功功率，再由瞬時有功功率求出平均有功功率。如图2所示，由电压传感器和电流传感器得到电压和电流信号分别经两路A/D转换器转换成数字信号送入电压通道V2N、V2P和电流通道V1N、V1P。电流通道中的高通滤波器是用来滤除电流分量中的直流电流，以便减小电流直流分量对瞬時有功功率计算的影响。经滤波后的电压和电流信号经乘法器相乘后，所得的信号经低通滤波器后滤掉交流分量后，得到的直流分量就是瞬時有功功率。此信号通过数频转换器转换成与平均有功功率成正比的低频信号通过F1、F2端口输出，同步从高频口CF输出与瞬時有功功率成正比的脉冲信号。低频端口F1和F2的输出脉冲频率freq与高频端口CF输出脉冲频率fCF可由下式确定：

?ADE7755的外围电路中，通过输出频率设置电路实現对CF口输出频率的设置，既电表常数的设置。本电表的电表常数设定為3200imp/kwh，既计录一千瓦的功率，规定ADE7755在CF口输出3200个脉冲。

图3.3信号处理框图

AD7755的低频输出是通过对上述有功功率信息的合计产生，既在两个输出脉冲之间通过長時间的累加，因此输出频率正比于平均有