【文章內(nèi)容簡介】 器 PT測量，二次側(cè)的輸出送差分放大器去除共模信號后放大以滿足 A/D量程。在CT的輸出串聯(lián)兩個一樣阻值的電阻，并在中心點接地。 A/D轉(zhuǎn)換器的輸出中的直流分量通過高通濾波器濾除。數(shù)字乘法器將瞬時電壓和瞬時電流相乘后得到瞬時功率 S(t)。下面用時域中模擬電壓和電流的乘積來定性解釋離散數(shù)字域中瞬時功率 S(k)的構(gòu)成。 L N高 精 度A / D差 分 放 大差 分 放 大高 精 度A / DH P FH P F數(shù) 字乘 法 器L P FP ( t )C TP T下面用時域中模擬電壓和電流的乘積來定性解釋離散數(shù)字域中瞬時功率 S(k)的構(gòu)成。設(shè)瞬時電壓 和瞬時電流 分別為： )sin(2)( ?? ?? tUtu tIti ?sin2) ?則瞬時功率 )()]2cos(cossin)sin()()()( tQPtUIUIttIUtitutS mm ???????? ??????瞬時電能 S(t)中包含的直流成分 UIcos? 就是有功功率 P，交流成分 UIcos(2?t+?) 就是瞬時無功 Q(t)，并且 Q(t)為兩倍基波的交流量，經(jīng)低通濾波器 LPF濾除 Q(t)后，得到有功功率 P。 三相多功能數(shù)字電能計量芯片 ADE7878 實際的電能計量中需要考慮各種因數(shù)，如負載電壓和電流中除 50Hz基波外還包含高次諧波，測量系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)存在相位誤差，三相供電線路故障等。 ADI公司綜合了其在模擬信號處理、高精度 Σ?模數(shù)轉(zhuǎn)化器、數(shù)字信號處理等方面的技術(shù)，推出了高性能三相數(shù)字電能計量芯片 ADE78xx系列，大大簡化了三相智能電表的設(shè)計開發(fā)。 ADE78xx內(nèi)部的數(shù)字信號處理模塊包含許多內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器，用來存放測量和運算的結(jié)果，這些數(shù)據(jù)可以通過片上的數(shù)據(jù)通信接口（ SPI、 I2C和 HSDC）傳給外部的 MCU用來計量一段時間的用電量。 AD78xx系列電能計量芯片 ADE7854 ADE7858 ADE7868 ADE7878 ADC精度 24bit Σ? 24bit Σ? 24bit Σ? 24bit Σ? 三相接線方式 三相三線 /四線 三相三線 /四線 三相三線 /四線 三相三線 /四線 測量總有功 是 是 是 是 測量總無功 否 是 是 是 測量基波有功 /無功 否 否 否 是 波形數(shù)據(jù)寄存器 可讀 可讀 可讀 可讀 電流傳感器 CT或 Rogowski線圈 CT或 Rogowski線圈 CT或 Rogowski線圈 CT或 Rogowski線圈 測量中線電流 否 否 否 是 校正功能 RMS。相位 。增益 RMS。相位 。增益 RMS。相位 。增益 RMS。相位 。增益 通訊接口 SPI， I， HSDC SPI， I， HSDC SPI， I， HSDC SPI， I， HSDC Tamper檢測 無 無 有 有 ADE7878 的特點 ADE7878除了常規(guī)的總有功功率測量，還可以測量總無功功率，也能計量基波有功和無功，并能在三相四線制系統(tǒng)處于 TAMPER方式下采用電池供電保持電能計量。 TAMPER方式是指三相四線制種的中線斷線，相電壓無法檢測，但線電流仍然處于正常范圍內(nèi)的一種工作方式。此時，由于沒有輸入電壓數(shù)據(jù)，計算電能時，ADE7868/7878用系統(tǒng)額定電壓計算電能。 ADE78XX完成的是瞬時功率（有功和無功）的測量，而電能計量指的是長期的用電量的計量，而智能電表還需具備分時計量的功能，這樣還需要一片 MCU來統(tǒng)計不同時段的電量數(shù)據(jù)。 管腳號 管腳名稱 描 述 3， 2 PM1： PM0 設(shè)置 ADE78xx的工作方式為下列四種工作方式的之一 PSM0Normal Power Mode。 PSM1Reduced Power mode。 PSM2Low Power mode。 PSM3Sleep Mode 其中 PSM1和 PSM2只使用于 ADE786 ADE7878 4 RESET 外部復位輸入 ， 低有效 ， 低電平持續(xù)時間大于 10 us 7， 8 IAP， IAN A相電流差分輸入至內(nèi)部的可調(diào)增益放大器 ， 輸入范圍 ? 9， 12 IBP， IBN B相電流差分輸入至內(nèi)部的可調(diào)增益放大器 ， 輸入范圍 ? 13， 14 ICP， ICN C相電流差分輸入至內(nèi)部的可調(diào)增益放大器 ， 輸入范圍 ? 18 VN 三相電壓輸入的公共端 23,22,19 VAP， VBP， VCP 三相電壓輸入 （ 相對于 VN的單端信號 ） ， 輸入范圍 ? 17 REFIN/OUT 內(nèi)部 ；與 AGND間并聯(lián) 100nF瓷片電容 29 32 IRQ0 IRQ1 低電平有效 ， 中斷請求輸出 。 一般連接 MCU或 DSP的外部中斷請求輸入 27 CLKIN 外部時鐘輸入；或在 CLKIN和 CLKOUT間并聯(lián)一個晶振 ， 利用內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生所需時鐘 。 28 CLKOUT 時鐘輸出；或在 CLKIN和 CLKOUT間并聯(lián)一個晶振 ， 利用內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生所需時鐘 。 33,34 35 CF1,CF2， CF3/HSCLK 邏輯輸出；不同的邏輯組合反映了當前計量的電能信息 （ 總的有功或無功 、 基波的有功或無功 、 傳輸容量 、 相電流有效值值總和 ） ； CF3與 HSCLK復用 Pin35。 36 SCLK/SCL SPI接口的時鐘輸入或 I接口的時鐘輸入 37 MISO/HSD SPI接口的數(shù)據(jù)發(fā)送端或 HSDC接口的數(shù)據(jù)發(fā)送端 38 MOSI/SDA SPI接口的數(shù)據(jù)輸入口或 I接口的數(shù)據(jù)輸入口 39 SS/HSA 采用 SPI或 HSDC接口方式時從片選擇端 ADE78xx主要管腳及功能描述 ADE78xx系列的典型應(yīng)用接線圖 P h a s e A C u r r e n t I n p u tP h a s e C V o l t a g e I n p u tL E D抗混迭濾波器 電流輸入通道中的一階 RC無源濾波環(huán)節(jié)是 A/D轉(zhuǎn)換的抗混迭濾波器，由于 ADE78xx對輸入電流信號的采樣頻率為 1024kHz，而實際需要測量的電流的頻率范圍主要考慮基波和 2kHz以內(nèi)的高次諧波，所以抗混迭濾波器的轉(zhuǎn)折頻率設(shè)在 20kHZ時可以保證 20kHz及以上頻率的輸入信號能至少衰減 20dB，同時 RC濾波器的轉(zhuǎn)折頻率應(yīng)小于 Nyquist頻率 512kHz。 根據(jù)圖中的參數(shù)（ R=1k?, C=18nF），一階 RC濾波的轉(zhuǎn)折頻率應(yīng)為： 這個轉(zhuǎn)折頻率是符合高于 20kHz并低于 512kHz的要求的。 kHzRCf c 11 93 ????? ?智能電表的總體方案 由于 ADE78xx提供三種數(shù)據(jù)通信接口 SPI、 I2C和 HSDC，可以與單片機 LPC2368方便地構(gòu)成一個完整的智能電表。下圖是一個智能電表的參考設(shè)計方案 。 數(shù)字化測量常用算法 數(shù)字化測量常用算法 ?有效值的計算與數(shù)字積分 ?諧波分析和 DFT變換 ? 噪聲抑制與數(shù)字濾波 有效值的計算與數(shù)字積分 ( ) 2 si n( )Uu t U w t ???( ) 2 si n( )Ii t I w t ?離散化 22 si n( )nuu U n N? ?? ? ?22 si n( )nIi I n N? ?? ? ?電壓、電流信號有效值 201 u dtTUT? ?201 dtTIiT? ?離散化 1 201 NnnU u TT ??? ?1 201 NnnI i TT ??? ?半周積分算法 11( 2 ) 2I 0222 I si n( t+ dt 2 I si n tdtt T TtIS ? ? ???? ? ???210NnnS i T??? ?電流的有效值 22IS ??諧波分析和 DFT變換 諧波的基本特性和檢測方法 畸變的周期性電壓和電流分解成傅里葉級數(shù)可描述為 11( ) 2 si n( )M hhhu t U hw t ????? 11( 2 si n( )Mhi I hw t ??諧波問題的描述及其性質(zhì) ?所謂諧波 ?間諧波和次諧波 ?諧波和暫態(tài)現(xiàn)象 ?短時間諧波 ?陷波 諧波的含量 20hhiII??? ?諧波電流的含有率 1100%hh IH RI I??總諧波畸變率 221100%MhhIIT H DI???? 基于快速傅立葉變換的諧波分析 時域分析法 頻域分析法 ?離散傅里葉變換（ DFT）