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      內置振蕩器的電能測量芯片ADE7757及其應用

      時間:2024-06-29 02:16:11 理工畢業論文 我要投稿
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      內置振蕩器的電能測量芯片ADE7757及其應用

      摘要:ADE7757是美國AD公司研制生產的高精度電能測量芯片。這種芯片非常適合動態范圍大,干擾嚴重的測量系統。文中介紹了ADE7757的結構特點和工作原理,給出了ADE7757在電能測量儀表中的應用電路。

      1 概述

      ADE7757是美國AD公司推出的高精度電能測量集成芯片。與原有的同系列ADE7755相比,其芯片引腳較少,且內置了一個精確的振蕩器電路來給芯片提供時鐘。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。

      該芯片的內部電路除了ADC和參考電路是模擬電路外,其余均為數字電路,因此芯片在長時間與極端工作條件下具有卓越的穩定性與精度。

      ADE7757可在低頻輸出引腳F1、F2上輸出平均有功功率,并可直接驅動一個機電計數器或與MCU的接口。而高頻CF邏輯則可輸出用于校準的瞬時有功功率。ADE7757的基本特性和參數如下:

      ● 帶有片內振蕩器,可作為時鐘源;

      ● 精度高,且與50Hz/60Hz的IEC521/1036標準兼容;

      ● 邏輯輸出引腳REVP可用來指示可能的接線錯誤或負功率;

      ● 帶有片內電源監視器;

      ● 采用單5V電源,功耗較低;

      ● 采用交流輸入。

      2 內部結構及引腳功能

      ADE7757是16腳SOIC封裝,圖1為其內部結構框圖,各引腳的功能見表1所列。

      表1 ADE7757的引腳功能

      引 腳名 稱功 能1VDD電源2,3V2P,V2N通道V2(電壓通道)的模擬輸入4,5V1P,V1N通道V1(電流通道)的模擬輸入6AGND模擬地7REF IN/OUT片內參考電壓8SCF選擇校準頻率9,10S1,S0頻率選擇11RCLKIN內部振蕩器使能端12REVP負功率檢測腳13DGND數字地14CF校準頻率邏輯輸出15,16F2,F1低頻邏輯輸出

      3 ADE7757的原理特性

      圖1所示是ADE7757的內部原理圖,圖中,兩個ADC電路將電流傳感器和電壓傳感器送入的電壓信號進行數字化。這個模擬輸入結構大大簡化了傳感器接口電路,并提供了很大的動態范圍,同時簡化了濾波器的設計。電流通道(V1通道)的高通濾波器(HPF)去掉了電流信號里的全部直流成分,從而減少了有功功率計算中由電壓或電流信號偏移帶來的不精確性。

      有功功率的計算可由瞬時功率信號獲得。瞬時功率等于電流與電壓信號的乘積。

      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(如用一計數器)可得到有功能量。相反地,CF腳輸出高頻率可縮短積累時間,其輸出頻率正比于瞬時有功功率。

      3.1 片內振蕩器(OSC)

      ADE7757的片內振蕩器頻率與內部振蕩器的使能端RCLKIN的外接電阻成反比。外接電阻為5.5~20kΩ時,振蕩器可正常工作,但一般選用5.5~6.4kΩ的范圍。當RCLKIN接6.2kΩ電阻時,內部振蕩器的頻率為466kHz。因為輸出頻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是一個全微分電壓輸入通道,V1P是正極輸入,V1N是負極輸入。特殊應用時,通道V1的最大微分信號應小于±30mV(相對于AGND),普通應用時為±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際上是一分流電阻,相對于其它電流傳感器(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也是一個全微分電壓輸入通道,V2P是正極輸入,V2N是負極輸入。其最大微分信號為±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相對于中性線有一個偏差,可用一個電阻分配器提供一個正比于線電壓的電壓信號。另外,調整Ra,Rb,Rf的比例也是調整儀表增益刻度的有效方法。

      3.3 數/頻轉換

      如前所述,低通濾波器(LPF)的數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,因此輸出信號還包括有削弱了的線頻率及其諧波成分cos(h

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