ADE7755构成的电能表典型电路外围参数的计算_薛琳

Peripheral Parameters Calculation of the Typical Watt-hour M eter Circuit Composed of ADE7755

薛琳1,王振林2,张丽丽1,刘春晖1

（1.山东科技大学信息与电气

工程学院,山东青岛266590;2.山东里能鲁西矿业有限公司,山东济宁272053）

Xue Lin 1,Wang Zhen-lin 2,Zhang Li-li 1,Liu Chun-hui 1(1.College of Information and Electrical Engineering,Shandong University of Science and Technology,Shandong Qingdao 266590;2.Western Shandong Lineng M ining Co.,Ltd.,Shandong Jining 272053）

摘要：简要介绍了ADE7755内部结构和引脚功能，并给出了由ADE7755构成单相电子式电能表的典型电路，并用实例对其外围的电流取样、电压取样的元件参数进行了设计计算和说明。关键词：电能表；ADE7755；参数计算中图分类号：TM933.4

文献标识码：B

文章编号：1003-0107(2012)09-0008-04

Abstract:This paper briefly introduces the internal structure and pin function of ADE7755and gives the typical circuit of single-phase electronic watt-hour meter which is composed of ADE7755.Moreover,this paper also makes the design calculation and explanation to peripheral element parameters of circuit current and voltage sampling by example.

Key w ords:Watt-Hour Meter;ADE7755;Parameter Calculation CLC num ber:TM933.4

Docum ent code:B

Article ID ：1003-0107(2012)09-0008-04

作者简介：薛琳(1970-)，女，实验师，主要研究方向为检测技术、智能仪表。

图1ADE7755功能框图

0引言

随着近几年国家城网、农网改造项目的推进以及各地"一户一表"工程的实施，电子式电能表以功耗少、防潜动、启动电流小、防窃电、稳定性好、计量准确等诸多优点而淘汰了感应式电能表，实现了我国电能计量的一次。在电子式电能表中，目前在国内市场占有一定份额的单相电能计量专用芯片，国产的有上海贝岭的BL093X 、BL095X 、BL650X 等系列，上海复旦微电子的FM 775X 系列，珠海炬力的ATT7021等；国外的有ADI 公司的ADE7755，CRYSTAL 公司的CS5460，M icrochip 公司的

M CP3906等。其中，ADE7755的市场份额最大，而且BL095X 系列、BL650X 系列、FM 775X 系列、ATT7021均兼容ADE7755[1]，这里以ADE7755来介绍单相电能表的设计电路及参数计算方法。

1ADE7755简介

ADE7755是ADI 公司推出的一款高精度电能计量芯片，其技术指标超过了GB/T17215-2002的国家标准及IEC1036国际标准。ADE7755的内部除了ADC 和基准源使用模拟电路外，其他的信号处理均使用数字电

ADE7755内部主要由电流输入通道、电压输入通道、两个ADC转换器、带相位校正的数字乘法器、低通滤波器、数字-频率转换器以及电源监控电路等组成。

ADE7755主要的引脚功能如下[2]：

(1)V1P，VIN：通道1(电流通道)的正、负模拟输入引脚。通道1包含一个PGA，增益由G1G0引脚电平选择。

(2)V2P，V2N：通道2(电压通道)的正、负模拟输入引脚。

(3)REF IN/O U T：基准电压输入/输出引脚。片内基准电压为2.5V±8％，片外基准源可以直接连接到该引脚。

(4)G1，G0：通道1的PGA的增益选择，可能的增益有1，2，8和16。

(5)CLKIN，CLKOUT：一般外接3.579545M Hz晶体，作为ADE7755提供时钟源。

(6)SCF：校验频率选择。如表2所示。

(7)S1，S0：数字/频率转换系数选择引脚。如表1、表2所示。

(8)CF：频率校验输出引脚，输出反映瞬时有功功率的大小。

(9)F2，F1：低频输出引脚，输出反映平均有功功率的大小，可直接驱动机电式计度器或两相步进电机。

(10)AC/DC：高通滤波器HPF选择引脚，在电能计量时为高，选通HPF。

(11)AV D D，DV D D：模拟电源引脚，数字电源引脚。

(12)AGND，DGND：模拟电路参考地，数字电路参考地。

2由ADE775构成的单相电能表典型电路

ADE7755是AD7755的增强型产品，它主要解决了电表空载阈值附近的F1/F2引脚的频率输出与CF引脚频率输出的不同步问题，从而避免了由AD7755设计的电子式电能表机电式计度器和自动抄表器之间数据的不一致。由ADE7755构成的电子式电能表根据电流取样的方式，一般有电流互感器接入方式和锰铜电阻直接采样方式。电流互感器方式的优点是被测电能的主回路与二次回路、电压和电流回路可以隔离，有利于电能表的抗干扰性能，缺点是在起动电流、线性范围、功耗和精度等指标方面皆不如直接采样，尤其是小电流时更为突出；电阻直接取样的优点是电路形式简单，缺点是负载电流大时，因取样电阻发热，也会影响线性度指标。但无论哪种方式，面市的电子式电能表都必须符合电子式电能表的国家标准。本文给出由ADE7755构成的直接接入式的典型单相电能表电路，如图2所示。

图2由ADE7755构成的单相电能表典型电路图电流信号的获取是通过分流器锰铜片上的差动电压实现的，电压信号的获取是通过简单的电阻分压网络实现的。这种采用电阻分压衰减网络的优点是，即使当衰减程度改变时，电流通道1和电压通道2之间仍能保持相位匹配。在对电能表进行精确校准时，采用对电压衰减网络逐次逼近的方法，直到合适为止，即接通或断开某些权值电阻，采用这种电阻串并组合修调方便、快捷、成本低，而且比可调电位器修调稳定性、可靠性高。

电路中设计Z3、Z4两个铁氧体与分流器串联，主要用于减缓ESD电流脉冲快速上升的时间，铁氧体Z1对RF辐射能起到明显的衰减作用，同时为了使ADE7755周围的信号地与外部接地点隔离，设计采用了铁氧体Z2实现分隔，有助于模拟地与高频干扰隔离，可有效增强系统的抗高频干扰能力。

CF的频率信号输出与后级电路采用光耦隔离。

3外围参数计算方法

3.1分流器的选择

为了使通道VI(电流通道)的动态范围较大，分流器选为300μΩ。为电表选择分流器时要考虑几个重要问题：第一，不能因为分流器的电流采样而增加电表本身的功耗，因此分流器的功耗要低；第二，如果分流器的阻值较大，则在重载、高温情况下因分流器的发热而导致分流器阻值发生变化，从而造成电表超出允差范围；第三，要考虑相电压短路可能带来对电表的损害，由于分流器的阻值非常小，因此当相电压短路时对分流器的影响也非常小。但分流器选择太小，则在轻载情况下造成电流通道的信号过小,以及造成电表的启动电流过小而不符合国家标准的精度要求，显然也是不合适的。

3.2设计值的计算说明

在设计中，设Ib=10A，Imax=60A，计度器仪表常数F1/F2＝100imp/kWh，脉冲常数CF＝1600imp/kWh，分流器阻值＝300μΩ。

假设在Ib=10A条件下进行校表，则此时有：

Ib条件下功耗＝220V×10A＝2.2kW；

Ib条件下F1/F2频率＝2.2×100/3600

＝0.061111Hz；

Ib条件下分流器两端电压＝10A×300μΩ＝3mV；

当Imax=60A时，F1/F2频率＝6×0.061111

＝0.366667Hz；

由表1可知，与0.366667Hz最接近的频率为0.34Hz，与之对应的F1-4=6.8Hz是最好的选择，此时S0S1=10。

表1半满度交流输入时F1和F2的输出频率

由于电流通道1有一个可编程增益放大器，其增益可由用户设计选择为1、2、8或16。本设计中选择G1G0=11，增益为16，最大差动信号为±30mV。

由于仪表的脉冲常数是计度器仪表常数的16倍，因此根据表2，可查得SCF的逻辑为0，这也是图2该引脚接地的原因。

表2CF与F1，F2的输出频率关系表

ADE7755的电流通道1和电压通道2的输入分别经过各自的ADC并经过数字乘法器，并经信号处理电路中的低通滤波器，从而获得有功功率信息，并最终转化为频率信号。其输出频率与输入电压的关系由下式确定：F=(8.06×V1×V2×G×F1-4)/V REF2

式中：F为引脚F1，F2输出的脉冲频率；

V1为通道1差动输入电压有效值；

V2为通道2差动输入电压有效值；

G为PGA的增益，此处为16；

V REF是片内的基准电压(2.5V±8%)；

F1-4由主时钟CLKIN分频获得，本例中为6.8Hz。

故，在Ib条件下，有：

0.061111=(8.06×V2×3mV×16×6.8)/2.52

可得：

V2=145.2mV

计算分压电路的衰减比220V：145.2mV＝1515：1。实际上，由于采用的内部参考V REF为2.5V±8%，因此，采用不同的芯片，各电能表的频率输出实际上存在一定的偏差，必须靠衰减网络进行校准。

设计取样电阻R5=1K，衰减网络的其余电阻取值如下：R14＝1.1M，R13＝300K，R12＝200K，R11＝100K，S0S1F1-4/Hz F1和F2的输出频率(Hz)

00 1.70.085

01 3.40.17

10 6.80.34

1113.60.68

SCF S0S1F1-4/Hz CF的输出频率/Hz

100 1.7128×F1，F2

000 1.7×F1，F2

101 3.4×F1，F2

001 3.432×F1，F2

110 6.832×F1，F2

010 6.816×F1，F2

11113.616×F1，F2

01113.62048×F1，F2

部件控制和数据通信的逻辑纽带。系统软件主要包括检测数据实时采集，自动数据统计分析判断，自动上传功能三大核心模块。检测数据实时采集是指：自动接收工位1，工位2的数据，对工位3的9656H 测试仪发布命令和接收数据，同时接收来自测试盒的开关量信号。自动数据统计分析判断是指：接收到数据包含条码信息，系统将以条码信息为准，将相应数据放置到数据库与条码相对应的位中，并根据预先设置的条件判断该项检测是否合格。上传功能是指：与M ES/ERP 等管理系统进行无缝联接，接受系统指令、上传数据信息。

软件采用Visual Basic6.0开发的OKING 数据采集系统软件。数据采集主要使用RS232协议和下位机通讯。标准的数据传输协议如下：8bit 数据位，1bit 停止位。波特

率可以选择设置。数据存储将采集的数据按一定的顺序保存到数据库文件中。用户可以自行选择将数据保存的格式，如EXCEL,ACESS,M icrosoft SQL server 等。软件里面针对常用的数据库均作了定义和连接。软件流程图如图3所示。

3结束语

本文阐述了安规综合测试系统的组成，以及硬件和软件设计思路。详细介绍了如何实现综合的功能以及稳定工作的基础。目前，

此系统已在多家公司应用，并且运行正常。实力雄厚的公司可以在此基础上建立覆盖全公司的数据收集和管理系统，将整个公司提高到更高的管理层次。

R 10＝51K ，R 9＝24K ，R 8＝12K ，R 7＝5.1K ，R 6＝2.2K 。R 14是衰减网络必须串入的，可以证明R 13～R 6的8级

电阻与0Ω电阻串并结构可使分压电路的衰减比误差小于0.1%，即便加上构成电能表的其他误差因素，对于国家规定的民用电表2％的允差是完全能够达到(在正常负载情况下很容易达到0.5%)。

生产电表时一般将所有的8个0Ω电阻(贴片，自动焊接工艺)均焊接上，

这时由于实际分压比为R 14：R 5，小于上面计算的1515：1，因此线路中V 2的值大于145.2mV ，造成频率输出的正偏差。在进行校准时熟练的校表员只要看正偏差值的大小凭经验就可将不要的那些0Ω电阻用烙铁划掉，从而达到精度修调的目的。为了提高分压系数的稳定性，保证电能表的精度，建议选用误差优于1%、

温度系数小于100ppm/℃的贴片电阻[3]

。4结语

电能表的设计不仅关系到生产电能表厂商的产品质

量，更关系到千家万户老百姓的实际切身利益。一块让市场放心的电能表，除了本文没有涉及到的电能表具体功能(如是否是卡式表、是否能构成网络表具、是否具有复费率功能等)，以及本文提到的关于一些参数的设计计算问题外，还包括安装工艺、电磁兼容设计等诸多十分重要的实际问题。

参考文献：

[1]盘点电子电能表计量芯片市场[EB/OL].(2005-8-8).http://www .bizll.com/new_view .asp?id=5809.

[2]脉冲输出的电能计量集成电路AD7755[EB/OL].(2009-5-4).http://download.csdn.net/download /haiqiu 1982/1269975.

[3]张丽丽.多用户复费率电表及其远程抄表系统的设计[D].泰安:山东科技大学硕士学位论文

,2002.

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