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用ADE7753制作高精度数字电能表电路图

作者:疯狂的三极管 时间:2016-03-01 09:03:00 点击:
ADE7753 是 ADI 最新 1 款功能先进的数字电度表电路,这是 1 种带串行接口和脉冲输出的高精度有功 和视在能量计量的集成电路。它集成了二阶∑△ADCs、1 个数字积分器(在 CH1 上)、1 个参考电压源,1 个温度传感器,能对电压、电流有效值(RMS)计算,有功、无功和视在能量的测量。实际上 ADE7753是一个电能计量片上系统(SOC)。

ADE7753 的内部结构

性能优良的内嵌数字积分器

ADE7753 的片内数字积分器能以优良精度的数字积分作用,在频域内实现-20dB/10 倍频程衰减和固定-90°相移。数字积分器的相频响应和幅频响应非常接近于理想情况。片内数字积分器提供直接接口到 di/dt 微分电流传感器,从而省略外部的模拟积分器,保证极好的长期稳定性,与高精度的电压、电流通 道相位匹配。di/dt 微分电流传感器彻底消除了锰铜分流器不能完全隔离、存在寄生电感的缺点,也消除 了传统的电流互感器的相位误差和大电流时过饱和的缺点,而且成本非常低廉,是理想的新一代电流传感 器,有望在宽量程大电流、高精度的电能表中占优势地位。基于电流传感器的选择,可以关断和打开这 个积分器。


宽电流量程的 di/dt 微分电流传感器

di/dt 微分电流传感器是基于 Rogowski 线圈原理的 1 个与传输初级电流的导线发生互感的电感器。

Rogowski 线圈通常由空芯线圈构成,因而在理论上不存在磁滞、饱和或非线性问题。Rogowski 线圈电流传感器由环绕 1 根长直导线排列的匝数为 N 的矩形空心线圈组成,并且线圈与该导线中的电流所产生的磁场 垂直。Rogowski

线圈的基本工作原理是通过互感效应来检测初级电流。Rogowski 线圈的输出正比于电流对时间的导数, 所以为了进一步进行信号处理,需要使用 1 个数字积分器将 di/dt 信号还原成 i(t)形式。利用 Rogowski

线圈 di/dt 微分电流传感器和 ADE7753 电路构成的家用电能表,其最大检测电流可达 200A。这种新型电能 表的设计在很多方面都优于用传统电流检测技术构成的电能表。在 1000:1(60dB)宽的动态范围内其线性 误差小于 0.1%(见图 2)。


di/dt 微分电流传感器的实物图

实用的电能监测和计量功能


ADE7753 包含 1 个至少保持若干秒满负载累积功率的有功电能寄存器、视在电能寄存器和电压、电流 有效值,可通过串行口读出 ADE7753 的数据。它同时提供 1 个与有功能量成比例的脉冲输出(CF)。除了 有效值计算、有功和视在能量的信息外,ADE7753 提供 1 个有符号的无功能量信息和各种各样的系统校准 特点,比如通道偏置校准、相位校准和能量校准。它还集成了 1 个检测线电压高低跌落的检测电路,可提 前发出掉电和过压预警。

ADE7753 具有可选正的累积模式,这样,当检测到正能量时才进行能量的累积。当空载时,内部空载 门限确保 ADE7753 没有输出。过零输出(ZX)产生与线电压过零同步的输出信号,ZX 信号可用来测量线电 压周期,它还用于电路内部有功能量和视在能量的周期校准模式。这就能更快、更精确地校准能量计算结 果。该信号也可以用于与线电压过零同步来切换继电器,防止拉弧。

中断请求输出是 1 种漏极开路的低电平有效逻辑输出。中断寄存器用来指示中断的种类,中断使能寄 存器控制/IRQ 引脚的输出。

ADE7753 采用 20 引脚的 SSOP 型封装。

5ADE7753 的主要性能特点

(1)精度高,可支持 IEC61036 和 IEC61268。

(2)片内数字积分器,具有 di/dt 微分电流传感器接口。

(3)提供有功、无功、视在功率能量值,采样波形以及电压和电流有效值。

(4)在 1000:1 的动态范围内,误差小于 0.1%。(5)可选正有功能量有效累计。

(6)用户可在片内设置线电压浪涌阈值和线电压跌落检测。

(7)可实现电源管理。

(8)对能量、相位和输入偏移可进行数字校准。

(9)有片内集成温度传感器(典型值±3℃)。

(10)有与 SPI 兼容的串行接口。

(11)可设置脉冲输出的频率。

(12)拥有中断引脚(IRQ)和状态寄存器。

(13)在环境条件变化很大和长时间使用条件下,模/数转换器和数字信号处理器能确保数据的高精度。

(14)具有外部过驱动能力的基准电压源 2.4V±8%(温度系数典型值为 2×10-5/℃)。

(15)单 5V 电源,低功耗(典型值为 25mW);

(16)采用 20 脚 SSOP 型封装。

6 使用 ADE7753 设计单相复费率电能表的参考方案

使用 ADE7753 设计新一代的全电子数字复费率电能表可以满足现代生活的需求。由于国家电力充沛和 家庭用电量的猛增,电网昼夜平衡供电的最佳方案是黑白分时计价,为此,政府鼓励居民和企业夜间多用 电。我国也与发达国家一样,正在大力推广黑白分时电价,双费率电能表成为电能表新的发展趋势。上海 市自 2001 年起,5 年内需要 600 万台黑白复费率电能表,电能表的电流容量正在向大电流方向发展。美国 家用电能表的电流检测范围是几 mA 到 200A。巴西也要求电能表的电流检测范围从几个 mA 到 100A。现有的 电能表电流传感器——低阻锰铜分流器、电流互感器和霍尔效应传感器已经不能满足这样大跨度范围采集 的需要,急需 1 个体格小巧而对大小电流参数都能及时采集的新型电流传感器。内嵌数字积分器和具有众 多的实用电能监测、计量功能,使 ADE7753 成为新一代高性能全数字电能表的理想电路。


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