ADE7751高精度防竊電計(jì)量電路的設(shè)計(jì)

概述

不論在發(fā)達(dá)國(guó)家還是在發(fā)展中國(guó)家,竊電都是一個(gè)非常棘手的問(wèn)題,各種竊電手段層出不窮，每年都給供電企業(yè)造成巨大損失?，F(xiàn)在的防竊電方法多是從管理上采取措施,用這些方法即使查出了竊電行為,也往往由于缺乏依據(jù)而無(wú)法確定處罰額,甚至有時(shí)供電企業(yè)面臨無(wú)法拿出竊電證據(jù)的尷尬。只有提高電能表本身的防竊電技術(shù),才能從根本上杜絕竊電發(fā)生。提高計(jì)量芯片的計(jì)量精度，有利于電力公司進(jìn)行有效管理，使居民能更精確的了解自己的用電情況，也能幫助居民用戶養(yǎng)成良好的用電習(xí)慣。ADE7751 是一款高精度的防竊電電能計(jì)量芯片，支持IEC687/1036，國(guó)標(biāo)GB/T 17215-1998，適應(yīng)于單相電子式電度表。它只在ADC 和基準(zhǔn)電路中使用了模擬電路，其它的信號(hào)處理都由數(shù)字電路完成，在惡劣的環(huán)境下仍可以保持極高的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性。本文總結(jié)了ADE7751的功能特點(diǎn)，工作原理，并給出了基于ADE7751的高精度防盜電計(jì)量電路的參考設(shè)計(jì)方案。

功能特點(diǎn)

精度高，在 500:1 動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)線性誤差低于0.1%;

高頻輸出 CF 用于校準(zhǔn)，并提供即時(shí)有功功率;

具有電能-脈沖轉(zhuǎn)換功能，F(xiàn)1，F(xiàn)2 輸出頻率表示平均有功功率;

F1，F(xiàn)2 可直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電計(jì)數(shù)器和兩相步進(jìn)電機(jī);

REVP 端出可以用來(lái)指示錯(cuò)誤接線或負(fù)功率;

可選擇通道增益，模擬輸入范圍廣;

在片電源監(jiān)控電路;

具有防盜電，防潛動(dòng)功能;

在片電壓源 2.5V±8%;

單 5V 電源，低功耗;

采用 SKDIP24 或SSOP24 封裝。

引腳說(shuō)明

功能框圖

極限參數(shù)

電參數(shù)

AVDD=DVDD=5V±5%, AGND=DGND=0V, 片內(nèi)基準(zhǔn), CLKIN=3.58MHz, 溫度范圍= –40℃～+85℃

功能說(shuō)明

ADE7751 是一種用于單相高精度電能計(jì)量表的集成電路，它只在ADC 和基準(zhǔn)電路中使用了模擬電路，其它的信號(hào)處理都由數(shù)字電路完成，在惡劣的環(huán)境下仍可以保持極高的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性。

ADE7751 內(nèi)部結(jié)合了一個(gè)新穎的FAULT 檢測(cè)電路，可以在檢測(cè)到FAULT 時(shí)報(bào)警并且繼續(xù)精確的進(jìn)行電能計(jì)量，持續(xù)的監(jiān)測(cè)相線和中線(回路)電流。當(dāng)兩個(gè)電流差超過(guò)12.5%時(shí)電路檢測(cè)到FAULT發(fā)生。當(dāng)兩個(gè)電流差超過(guò)14%，電路按照兩個(gè)電流中較大的電流進(jìn)行計(jì)量。

ADE7751 通過(guò)引腳F1、F2 以低頻率形式輸出有功功率的平均值，可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)數(shù)器，或與微控制器接口。從引腳CF 以高頻形式輸出有功功率的瞬時(shí)值，用于電能計(jì)量表的校準(zhǔn)。

在ADE7751 內(nèi)部有一對(duì)AVDD 電源引腳進(jìn)行監(jiān)控的電路，在AVDD 引腳上的電壓上升到4V 之前，電路一直保持復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)AVDD 引腳上的電壓降到4V 以下時(shí)，電路也會(huì)產(chǎn)生復(fù)位，CF、F1、F2 沒(méi)有輸出。

無(wú)論通道1 內(nèi)的高通濾波器(HPF)是接通還是斷開(kāi)的，內(nèi)部相位匹配電路使電壓和電流通道的相位始終是匹配的。內(nèi)部的空載閥值特性保證了ADE7751 在空載時(shí)不會(huì)產(chǎn)生潛動(dòng)。

工作原理

兩個(gè) ADC 對(duì)來(lái)自電流和電壓傳感器的電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，這兩個(gè)ADC 都是16 位二階ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，，過(guò)采樣速率達(dá)900kHz。ADE7751 的模擬輸入結(jié)構(gòu)具有寬動(dòng)態(tài)范圍，大大簡(jiǎn)化了傳感器接口(可以與傳感器直接連接)，也簡(jiǎn)化了抗混疊濾波器的設(shè)計(jì)。電流通道中的PGA 進(jìn)一步簡(jiǎn)化了傳感器接口。電流通道中的HPF 濾掉電流信號(hào)中的直流分量，從而消除了由于電壓或電流失調(diào)所造成的有功功率計(jì)算上的誤差。

有功功率是從瞬時(shí)功率信號(hào)推導(dǎo)計(jì)算出來(lái)的，瞬時(shí)功率信號(hào)是用電流和電壓信號(hào)直接相乘得到的。為了得到有功功率分量(即直流分量)，只要對(duì)瞬時(shí)功率信號(hào)進(jìn)行低通濾波就行了。下圖示出了有功功率信號(hào)進(jìn)行低通濾波來(lái)獲取有功功率，這個(gè)設(shè)計(jì)方案也能正確計(jì)算非正弦和電壓波形在不同功率因數(shù)情況下的有用功率。所有的信號(hào)處理都是由數(shù)字電路完成的，因此具有優(yōu)良的溫度和時(shí)間穩(wěn)定性。

頻率輸出

脈沖輸出CF端主要用于儀表校驗(yàn)。CF端輸出的脈沖頻率可高達(dá)F1 和F2 的輸出脈沖頻率的2048倍。F1-4 頻率選得越低，CF 得倍率越高。下表給出了兩者之間的關(guān)系，它們?nèi)Q于邏輯輸入S0、S1和SCF 的狀態(tài)。因?yàn)镃F 輸出的頻率比較高，所以它與瞬時(shí)有用功率成正比。如同F(xiàn)1 和F2 一樣，CF 輸出頻率也是相乘后經(jīng)低通濾波器獲得的。然而，因?yàn)檩敵鲱l率較高，有功功率的累計(jì)時(shí)間非常短，因此在數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換過(guò)程中完成的平均作用較小。由于對(duì)有功功率信號(hào)的平均作用較小，所以CF 的輸出對(duì)功率波動(dòng)的響應(yīng)較敏感，見(jiàn)信號(hào)處理框圖。

CF 的最高輸出頻率(交流信號(hào))

典型應(yīng)用線路圖