电子式电能表的工作原理及AD7755的简介.doc

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。图1 AD7755内部框图图2AD7755引脚排列图3 AD7755性能测试电路图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：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），一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（F1、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0.05IbI0.1Ib11.5%2.5%0.1IbIImax11.0%2.0%0.1IbI0.2Ib0.5滞后0.5超前1.5%1.5%2.5%-0.2IbIImax0.5滞后0.8超前1.0%1.0%2.0%-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。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500。IEC1036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Ib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（Ib)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3200im