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內(nèi)置振蕩器的電能測(cè)量芯片ADE7757及其應(yīng)用
摘要:ADE7757是美國AD公司研制生產(chǎn)的高精度電能測(cè)量芯片。這種芯片非常適合動(dòng)態(tài)范圍大,干擾嚴(yán)重的測(cè)量系統(tǒng)。文中介紹了ADE7757的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理,給出了ADE7757在電能測(cè)量儀表中的應(yīng)用電路。1 概述
ADE7757是美國AD公司推出的高精度電能測(cè)量集成芯片。與原有的同系列ADE7755相比,其芯片引腳較少,且內(nèi)置了一個(gè)精確的振蕩器電路來給芯片提供時(shí)鐘。這就使得使用ADE7757的儀表省掉了外部晶體或者共振器,因此可以降低總體成本。
該芯片的內(nèi)部電路除了ADC和參考電路是模擬電路外,其余均為數(shù)字電路,因此芯片在長時(shí)間與極端工作條件下具有卓越的穩(wěn)定性與精度。
ADE7757可在低頻輸出引腳F1、F2上輸出平均有功功率,并可直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)機(jī)電計(jì)數(shù)器或與MCU的接口。而高頻CF邏輯則可輸出用于校準(zhǔn)的瞬時(shí)有功功率。ADE7757的基本特性和參數(shù)如下:
● 帶有片內(nèi)振蕩器,可作為時(shí)鐘源;
● 精度高,且與50Hz/60Hz的IEC521/1036標(biāo)準(zhǔn)兼容;
● 邏輯輸出引腳REVP可用來指示可能的接線錯(cuò)誤或負(fù)功率;
● 帶有片內(nèi)電源監(jiān)視器;
● 采用單5V電源,功耗較低;
● 采用交流輸入。
2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能
ADE7757是16腳SOIC封裝,圖1為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,各引腳的功能見表1所列。
表1 ADE7757的引腳功能
3。粒模牛罚罚担返脑硖匦
圖1所示是ADE7757的內(nèi)部原理圖,圖中,兩個(gè)ADC電路將電流傳感器和電壓傳感器送入的電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。這個(gè)模擬輸入結(jié)構(gòu)大大簡化了傳感器接口電路,并提供了很大的動(dòng)態(tài)范圍,同時(shí)簡化了濾波器的設(shè)計(jì)。電流通道(V1通道)的高通濾波器(HPF)去掉了電流信號(hào)里的全部直流成分,從而減少了有功功率計(jì)算中由電壓或電流信號(hào)偏移帶來的不精確性。
有功功率的計(jì)算可由瞬時(shí)功率信號(hào)獲得。瞬時(shí)功率等于電流與電壓信號(hào)的乘積。
低頻輸出F1、F2可由有功功率的積累來獲得。低頻意味著在輸出脈沖之間的長時(shí)間積累。因此,輸出頻率正比于平均有功功率。平均有功功率的信息積累(如用一計(jì)數(shù)器)可得到有功能量。相反地,CF腳輸出高頻率可縮短積累時(shí)間,其輸出頻率正比于瞬時(shí)有功功率。
3.1 片內(nèi)振蕩器(OSC)
ADE7757的片內(nèi)振蕩器頻率與內(nèi)部振蕩器的使能端RCLKIN的外接電阻成反比。外接電阻為5.5~20kΩ時(shí),振蕩器可正常工作,但一般選用5.5~6.4kΩ的范圍。當(dāng)RCLKIN接6.2kΩ電阻時(shí),內(nèi)部振蕩器的頻率為466kHz。因?yàn)檩敵鲱l率是與振蕩器頻率直接成比例的,因此外接電阻必須具有低公差和低溫度漂移等特性,以保證芯片的穩(wěn)定性與線性度。
3.2 電流與電壓通道的模擬輸入
通常電流傳感器的電壓輸出可由通道V1接入ADE7757芯片。通道V1是一個(gè)全微分電壓輸入通道,V1P是正極輸入,V1N是負(fù)極輸入。特殊應(yīng)用時(shí),通道V1的最大微分信號(hào)應(yīng)小于±30mV(相對(duì)于AGND),普通應(yīng)用時(shí)為±6.25mV。通道V1的典型連接電路如圖2所示,該圖中的電流傳感器實(shí)際上是一分流電阻,相對(duì)于其它電流傳感器(如電流變壓器),該分流電阻的功耗較低,這更有利于小電流儀表。
電壓傳感器的電壓輸出則由通道V2接入ADE7757芯片。通道V2也是一個(gè)全微分電壓輸入通道,V2P是正極輸入,V2N是負(fù)極輸入。其最大微分信號(hào)為±165mV。輸入電壓以AGND為參考。通道V2的典型連接電路見圖3。典型情況下,ADE7757相對(duì)于中性線有一個(gè)偏差,可用一個(gè)電阻分配器提供一個(gè)正比于線電壓的電壓信號(hào)。另外,調(diào)整Ra,Rb,Rf的比例也是調(diào)整儀表增益刻度的有效方法。
3.3 數(shù)/頻轉(zhuǎn)換
如前所述,低通濾波器(LPF)的數(shù)字輸出中包括有功功率信息。然而由于LPF不是理想的濾波器,因此輸出信號(hào)還包括有削弱了的線頻率及其諧波成分cos(h
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