ADE7751 高精度防盜電電能計量電路設計方案

中心議題：

* ADE7751的功能特點(diǎn)、電參數及工作原理

解決方案：

* ADE7751高精度防竊電計量電路的設計

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(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(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(hù)養成良好的用電習慣。ADE7751 是一款高精度的防竊電電能計量芯片，支持IEC687/1036，國標GB/T 17215-1998，適應于單相電子式電度表。它只在A(yíng)DC 和基準電路中使用了模擬電路，其它的信號處理都由數字電路完成，在惡劣的環(huán)境下仍可以保持極高的準確度和長(cháng)時(shí)間的穩定性。本文總結了ADE7751的功能特點(diǎn)，工作原理，并給出了基于A(yíng)DE7751的高精度防盜電計量電路的參考設計方案。

功能特點(diǎn)

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

高頻輸出 CF 用于校準，并提供即時(shí)有功功率；

具有電能-脈沖轉換功能，F1，F2 輸出頻率表示平均有功功率；

F1，F2 可直接驅動(dòng)機電計數器和兩相步進(jìn)電機；

REVP 端出可以用來(lái)指示錯誤接線(xiàn)或負功率；

可選擇通道增益，模擬輸入范圍廣；

在片電源監控電路；

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

電參數

AVDD=DVDD=5V±5%, AGND=DGND=0V, 片內基準, 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量表的集成電路，它只在A(yíng)DC 和基準電路中使用了模擬電路，其它的信號處理都由數字電路完成，在惡劣的環(huán)境下仍可以保持極高的準確度和長(cháng)時(shí)間的穩定性。

ADE7751 內部結合了一個(gè)新穎的FAULT 檢測電路，可以在檢測到FAULT 時(shí)報警并且繼續精確的進(jìn)行電能計量，持續的監測相線(xiàn)和中線(xiàn)（回路）電流。當兩個(gè)電流差超過(guò)12.5％時(shí)電路檢測到FAULT發(fā)生。當兩個(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，可以直接驅動(dòng)機電式計數器，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，用于電能計量表的校準。

在A(yíng)DE7751 內部有一對AVDD 電源引腳進(jìn)行監控的電路，在A(yíng)VDD 引腳上的電壓上升到4V 之前，電路一直保持復位狀態(tài)。當AVDD 引腳上的電壓降到4V 以下時(shí)，電路也會(huì )產(chǎn)生復位，CF、F1、F2 沒(méi)有輸出。

無(wú)論通道1 內的高通濾波器（HPF）是接通還是斷開(kāi)的，內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 對來(lái)自電流和電壓傳感器的電壓信號進(jìn)行數字化，這兩個(gè)ADC 都是16 位二階ΣΔ模數轉換器，，過(guò)采樣速率達900kHz。ADE7751 的模擬輸入結構具有寬動(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計。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 濾掉電流信號中的直流分量，從而消除了由于電壓或電流失調所造成的有功功率計算上的誤差。

有功功率是從瞬時(shí)功率信號推導計算出來(lái)的，瞬時(shí)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(shí)功率信號進(jìn)行低通濾波就行了。下圖示出了有功功率信號進(jìn)行低通濾波來(lái)獲取有功功率，這個(gè)設計方案也能正確計算非正弦和電壓波形在不同功率因數情況下的有用功率。所有的信號處理都是由數字電路完成的，因此具有優(yōu)良的溫度和時(shí)間穩定性。

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，它們取決于邏輯輸入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(shí)有用功率成正比。如同F1 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(shí)間非常短，因此在數字-頻率轉換過(guò)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(dòng)的響應較敏感，見(jiàn)信號處理框圖。