ADE7751高精度防窃电计量电路的设计

极限参数

电参数

AVDD=DVDD=5V±5%, AGND=DGND=0V, 片内基准, CLKIN=3.58MHz, 温度范围= –40℃～+85℃

功能说明

ADE7751 是一种用于单相高精度电能计量表的集成电路，它只在ADC 和基准电路中使用了模拟电路，其它的信号处理都由数字电路完成，在恶劣的环境下仍可以保持极高的准确度和长时间的稳定性。

ADE7751 内部结合了一个新颖的FAULT 检测电路，可以在检测到FAULT 时报警并且继续精确的进行电能计量，持续的监测相线和中线(回路)电流。当两个电流差超过12.5%时电路检测到FAULT发生。当两个电流差超过14%，电路按照两个电流中较大的电流进行计量。

ADE7751 通过引脚F1、F2 以低频率形式输出有功功率的平均值，可以直接驱动机电式计数器，或与微控制器接口。从引脚CF 以高频形式输出有功功率的瞬时值，用于电能计量表的校准。

在ADE7751 内部有一对AVDD 电源引脚进行监控的电路，在AVDD 引脚上的电压上升到4V 之前，电路一直保持复位状态。当AVDD 引脚上的电压降到4V 以下时，电路也会产生复位，CF、F1、F2 没有输出。

无论通道1 内的高通滤波器(HPF)是接通还是断开的，内部相位匹配电路使电压和电流通道的相位始终是匹配的。内部的空载阀值特性保证了ADE7751 在空载时不会产生潜动。

工作原理

两个 ADC 对来自电流和电压传感器的电压信号进行数字化，这两个ADC 都是16 位二阶ΣΔ模数转换器，，过采样速率达900kHz。ADE7751 的模拟输入结构具有宽动态范围，大大简化了传感器接口(可以与传感器直接连接)，也简化了抗混叠滤波器的设计。电流通道中的PGA 进一步简化了传感器接口。电流通道中的HPF 滤掉电流信号中的直流分量，从而消除了由于电压或电流失调所造成的有功功率计算上的误差。

有功功率是从瞬时功率信号推导计算出来的，瞬时功率信号是用电流和电压信号直接相乘得到的。为了得到有功功率分量(即直流分量)，只要对瞬时功率信号进行低通滤波就行了。下图示出了有功功率信号进行低通滤波来获取有功功率，这个设计方案也能正确计算非正弦和电压波形在不同功率因数情况下的有用功率。所有的信号处理都是由数字电路完成的，因此具有优良的温度和时间稳定性。

频率输出

脉冲输出CF端主要用于仪表校验。CF端输出的脉冲频率可高达F1 和F2 的输出脉冲频率的2048倍。F1-4 频率选得越低，CF 得倍率越高。下表给出了两者之间的关系，它们取决于逻辑输入S0、S1和SCF 的状态。因为CF 输出的频率比较高，所以它与瞬时有用功率成正比。如同F1 和F2 一样，CF 输出频率也是相乘后经低通滤波器获得的。然而，因为输出频率较高，有功功率的累计时间非常短，因此在数字-频率转换过程中完成的平均作用较小。由于对有功功率信号的平均作用较小，所以CF 的输出对功率波动的响应较敏感，见信号处理框图。