电子式电能表的工作原理及AD7755的简介

电子式电能表的工作原理及AD7755的简介电子式电能表的工作原理为：由分压器完成电压取样，由取样电阻完成电流取样，取样后的电压、电流信 号由乘法器转换为功率信号，经V/F变换后，输出的脉冲信号推动计数器工作，如果是智能电表，则将脉 冲信号输入单片机系统进行处理。要完成上述功能，就要采用专用的电功率测量芯片，其中最常用的AD7755就是一种高精度的电功率测量 芯片，其内部的乘法器是数字型乘法器。AD7755的功能框图见图1,引脚见图2。它输出的脉冲信号可以直接驱动计数器的步进电机。AD7755的性 能测试电路见图3。其中V1P、V1N为电流传感器的模拟输入端，V2P、V2N为电压传感器的模拟输入端。 按图中SCF、S1、SO的接法，CF输出频率是F1和F2的16倍。G0G1 WOO16-15AO7755AC/bC OVDD DGNDnon 001.RESEI13CLKIN匚LKOUT SCF 0 S REVPCF Pl F2图1 AD7755内部框图B AD77557$101112GVDD 匚AG/DC 匚 应DD匚NC匚 屮P匚 叩悯匚 匚瓏碩C： REFIHfQUT 匚 AGND C SCF匸24 JFT23 3F222 3CF20 JREVP18 3CLKCUT 存 JGLKIM15ZIGJMJ SO133S14CATOJDmA5CXi +1 5iriIk1伽J诋9_J妙宁图2AD7755引脚排列VDDDVDD4&KICyipREV?Vi NO-K9PS25Q1 -1ClXOlITVT V2NAC/DC AVDDVaon =i_A33tti&冷说FD?755-riJREFJWQUTF4E5.ET AG NDOO79：1t6VDDV019La33pifT J- gJj79 3 sew l 33p H1$ IR ArtCLKtNSCFGODGNDTVDDO !宰 sfeiGn *zrlOr-w&a(CHZQ-/TdC：il :姣丰!_转珏祀强图3 AD7755性能测试电路I 如平-報率碼MU p TI讯冋n x KbMfDufH DQSCtuf） 心卜可X卫飢曲Uv J即；二号上PM训圳嗣衿功加鼻怙吗图4 AD7755信号处理框图AD7755的信号处理框图见图4。两个ADC分别对来自CH1 （交流电流取样）和CH2 （交流电压取样）的电 压信号进行数字化，这两个ADC都是16位的数模转换器。电流通道内的高通滤波器（HPF）滤掉电流信号 中的直流分量，从而消除了曲于电流或电压失调所造成的有功功率计算上的误差。瞬时功率由电压信号和 电流信号直接相乘得到，通过低通滤波器(LPF)得到有功功率。再经电压一频率转换，引脚F1和F2以较低频率形式输出有功功率平均值，此脉冲推动计数器计数，引脚CF以较高频率形式输出有功功率瞬时 值，用于仪表校验，由于其输出频率高，便于进行处理，因此本文利用CF输出的脉冲信号作为测量信号AD7755在电子电度表电路中的应用AD7755是一种高准确度电能测量集成电路。AD7755只在ADC和基准源中使用模拟电路，其它信号处理(如 相乘和滤波)都使用了数字电路，这使AD7755在恶劣的环境条件下仍能保持极高的准确度和长期的稳定 性。AD7755有24脚DIP和SSOP两种封装。功能框图:V1Pvinvan匚67做了啲书賢禊解2.EUflFFrticrtJT 旳 CLrt*irr scf 射 si 羽罰a 4f 虧 fzAD7755X1 庇XB. Xlfi甘畑 IKHQJL. k-k-k,x-S:K-K-K-S： SrK- K 苹：申十护也；fi：-KESTTPHASE2A VIPHEVlAV1M戶IQClbJ7VR51.7A.VM 心尢 OVMcVoo C14 =AO7755 “库IDSife 3% NCdlK1 -o fhwni -oK2G1CLK(nnYCE2mtCLKIN必IGREBTT AttbO XWR22c=；KJJ； C15MF4socnpsawnrX 3200 iirpiiTiWir JBIp； T.fewAVDD AC/W DVDDAD7755GLKOUTCLKINiATION OF ELECTRONEF附中SCF39VG2OV LCOU3V l 丽COTqi*OS-1/呻M酬用AD7755设计的低成本电能表2008-03-25 01:21:48概述本文介绍了用美国Analog Devices Inc. （ADI）公司生产的AD7755设计的一种低成本、高精度电能 表。本电能表是为单相、两线制系统设计的，但也容易适合特殊地区的设计要求，例如美国的配电系统通 常要求居民电表采用单相、三线制系统。采用AD7755设计电子式电能表是一种电能测量的低成本单片解决方案。AD7755内部包含两路模数转 换器（ADC）, 个基准电压源和用来计算有功功率的全部信号处理电路AD7755还包含直接驱动机电式 计度器（即电能记录器）的数字频率转换器（Fl、F2）和用于校验和通信的高频脉冲输出电路（CF）。有关AD7755功能请参考脉冲输出的电能计量集成电路资料。表1精度要求电流值1PF2百分比误差范围31级2级0.05IbWIV0.1Ib11.5%2.5%0.1IbWIVImax11.0%2.0%0.1IbWIV0.2Ib0.5滞后1.5%2.5%0.5超前1.5%0.2IbWIVImax0.5滞后1.0%2.0%0.8超前1.0%注：1.表1中示出的规定精度的电流范围都用基本电流（Ib）表示。根据IEC1036 （1996-09）标准 3.5.1.1节规定，Ib是指与一个直接连接的电表相关性能一致的电流值。最大电流（Imax）是指保持规定 精度的最大电流。2表1中列出的功率因数（PF）表征了基波（45-65HZ）电压与电流波形之间的相位关系。在这种情 况下PF简单定义为PF=cos （），其中表示纯正弦电流和电压之间的相位角。3根据IEC1036 （1996-09）标准的3.5.5节，电表等级定义为百分比误差的范围。百分比误差定为： 百分比误差=（测量值-真值）/真值*100%设计目的按照1级和2级交流有功功率电能表国际标准IFC1036 （1996-09），作为本设计的主要依据。对于 比较熟悉ANSIC12.6标准的读者，请见本文最后一节ANSI C12.16与ICE1036标准比较，本节只对与ANSI 相对应的IEC10236标准的主要内容作一些解释。Rjai! Ifl-5 J t - r Wrrw为满足多种情况下的精度要求，例如功率因数（PF）等于1时的精度要求和PF较低（PF=0.5）时精 度要求，设计技术指标应该远远高过基本技术指标。另外电能表的动态范围也超过500IEC1036标准规 定在5%Ib-Imax电流范围内达到规定的精度要求，见表流范围内达到规定的精度要求，见表1。Imax的典 型值是lb的400%600%。表1列出了静态电能表的精度要求。对应一家精度的电流范围（动态范围）都 用基本电流（lb）表示。图1示了用AD7755设计的一种简单、低成本电能表工作原理图。为了给AD7755提供必要的电流电压 转换，本设计采用分流器，并且为衰减线电压采用了简单的分压网络。电能记录器（kWh）是用两相步进电 机构成的简单机电式计度器。AD7755的F1、F2引脚能够直接驱动这种计度器，CF引脚还可提供仪表常数 为3200imp/kWh （脉冲数/千瓦小时）的高频输出，所以这种高频输出可用LED和光电耦合器输出。这种高 频输出还可以加快电表的校验过程，从而为生产电表提供本种快捷的校验方法。本设计利用电阻网络R5-R4 改变线电压的衰减来校验电表。F1U-=2AD7755 grQ沖p命