ADE7751 高精度防盜電電能計量電路設(shè)計方案

中心議題：

* ADE7751的功能特點、電參數(shù)及工作原理

解決方案：

* ADE7751高精度防竊電計量電路的設(shè)計

概述

不論在發(fā)達國家還是在發(fā)展中國家,竊電都是一個非常棘手的問題,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。現(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)而無法確定處罰額,甚至有時供電企業(yè)面臨無法拿出竊電證據(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。提高計量芯片的計量精度，有利于電力公司進行有效管理，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量芯片，支持IEC687/1036，國標(biāo)GB/T 17215-1998，適應(yīng)于單相電子式電度表。它只在ADC 和基準電路中使用了模擬電路，其它的信號處理都由數(shù)字電路完成，在惡劣的環(huán)境下仍可以保持極高的準確度和長時間的穩(wěn)定性。本文總結(jié)了ADE7751的功能特點，工作原理，并給出了基于ADE7751的高精度防盜電計量電路的參考設(shè)計方案。

功能特點

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

高頻輸出 CF 用于校準，并提供即時有功功率；

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)動機電計數(shù)器和兩相步進電機；

REVP 端出可以用來指示錯誤接線或負功率；

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, CLKIN=3.58MHz, 溫度范圍= –40℃～+85℃

功能說明

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

ADE7751 內(nèi)部結(jié)合了一個新穎的FAULT 檢測電路，可以在檢測到FAULT 時報警并且繼續(xù)精確的進行電能計量，持續(xù)的監(jiān)測相線和中線（回路）電流。當(dāng)兩個電流差超過12.5％時電路檢測到FAULT發(fā)生。當(dāng)兩個電流差超過14％，電路按照兩個電流中較大的電流進行計量。

ADE7751 通過引腳F1、F2 以低頻率形式輸出有功功率的平均值，可以直接驅(qū)動機電式計數(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值，用于電能計量表的校準。

在ADE7751 內(nèi)部有一對AVDD 電源引腳進行監(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，電路也會產(chǎn)生復(fù)位，CF、F1、F2 沒有輸出。

無論通道1 內(nèi)的高通濾波器（HPF）是接通還是斷開的，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 在空載時不會產(chǎn)生潛動。

工作原理

兩個 ADC 對來自電流和電壓傳感器的電壓信號進行數(shù)字化，這兩個ADC 都是16 位二階ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，，過采樣速率達900kHz。ADE7751 的模擬輸入結(jié)構(gòu)具有寬動態(tài)范圍，大大簡化了傳感器接口（可以與傳感器直接連接），也簡化了抗混疊濾波器的設(shè)計。電流通道中的PGA 進一步簡化了傳感器接口。電流通道中的HPF 濾掉電流信號中的直流分量，從而消除了由于電壓或電流失調(diào)所造成的有功功率計算上的誤差。

有功功率是從瞬時功率信號推導(dǎo)計算出來的，瞬時功率信號是用電流和電壓信號直接相乘得到的。為了得到有功功率分量（即直流分量），只要對瞬時功率信號進行低通濾波就行了。下圖示出了有功功率信號進行低通濾波來獲取有功功率，這個設(shè)計方案也能正確計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)良的溫度和時間穩(wěn)定性。

頻率輸出

脈沖輸出CF端主要用于儀表校驗。CF端輸出的脈沖頻率可高達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)。因為CF 輸出的頻率比較高，所以它與瞬時有用功率成正比。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，因為輸出頻率較高，有功功率的累計時間非常短，因此在數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換過程中完成的平均作用較小。由于對有功功率信號的平均作用較小，所以CF 的輸出對功率波動的響應(yīng)較敏感，見信號處理框圖。