內置振蕩器的電能測量芯片ADE7757及其應用

摘　要：ADE7757是美國AD公司研制生產的高精度電能測量芯片。這種芯片非常適合動態范圍大，干擾嚴重的測量系統。文中介紹了ADE7757的結構特點和工作原理，給出了ADE7757在電能測量儀表中的應用電路。

關鍵詞：ADE7757；瞬時有功功率；平均有功功率

１　概述

　　ＡＤＥ７７５７是美國ＡＤ公司推出的高精度電能測量集成芯片。與原有的同系列ＡＤＥ７７５５相比，其芯片引腳較少，且內置了一個精確的振蕩器電路來給芯片提供時鐘。這就使得使用ＡＤＥ７７５７的儀表省掉了外部晶體或者共振器，因此可以降低總體成本。

　　該芯片的內部電路除了ＡＤＣ和參考電路是模擬電路外，其余均為數字電路，因此芯片在長時間與極端工作條件下具有卓越的穩定性與精度。

    ＡＤＥ７７５７可在低頻輸出引腳Ｆ１、Ｆ２上輸出平均有功功率，并可直接驅動一個機電計數器或與ＭＣＵ的接口。而高頻ＣＦ邏輯則可輸出用于校準的瞬時有功功率。ＡＤＥ７７５７的基本特性和參數如下：

　　● 帶有片內振蕩器，可作為時鐘源；

　　● 精度高，且與５０Ｈｚ／６０Ｈｚ的ＩＥＣ５２１／１０３６標準兼容；

　　● 邏輯輸出引腳ＲＥＶＰ可用來指示可能的接線錯誤或負功率；

　　● 帶有片內電源監視器；

　　● 采用單５Ｖ電源，功耗較低；

　　● 采用交流輸入。

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２　內部結構及引腳功能

　　ＡＤＥ７７５７是１６腳ＳＯＩＣ封裝，圖１為其內部結構框圖，各引腳的功能見表１所列。

表1 ADE7757的引腳功能

３　ＡＤＥ７７５７的原理特性

　　圖１所示是ＡＤＥ７７５７的內部原理圖，圖中，兩個ＡＤＣ電路將電流傳感器和電壓傳感器送入的電壓信號進行數字化。這個模擬輸入結構大大簡化了傳感器接口電路，并提供了很大的動態范圍，同時簡化了濾波器的設計。電流通道（Ｖ１通道）的高通濾波器（ＨＰＦ）去掉了電流信號里的全部直流成分，從而減少了有功功率計算中由電壓或電流信號偏移帶來的不精確性。

　　有功功率的計算可由瞬時功率信號獲得。瞬時功率等于電流與電壓信號的乘積。

　　低頻輸出Ｆ１、Ｆ２可由有功功率的積累來獲得。低頻意味著在輸出脈沖之間的長時間積累。因此，輸出頻率正比于平均有功功率。平均有功功率的信息積累（如用一計數器）可得到有功能量。相反地，ＣＦ腳輸出高頻率可縮短積累時間，其輸出頻率正比于瞬時有功功率。

３．１ 片內振蕩器（ＯＳＣ）

　　ＡＤＥ７７５７的片內振蕩器頻率與內部振蕩器的使能端ＲＣＬＫＩＮ的外接電阻成反比。外接電阻為５．５～２０ｋΩ時，振蕩器可正常工作，但一般選用５．５～６．４ｋΩ的范圍。當ＲＣＬＫＩＮ接６．２ｋΩ電阻時，內部振蕩器的頻率為４６６ｋＨｚ。因為輸出頻率是與振蕩器頻率直接成比例的，因此外接電阻必須具有低公差和低溫度漂移等特性，以保證芯片的穩定性與線性度。

３．２ 電流與電壓通道的模擬輸入

　　通常電流傳感器的電壓輸出可由通道Ｖ１接入ＡＤＥ７７５７芯片。通道Ｖ１是一個全微分電壓輸入通道，Ｖ１Ｐ是正極輸入，Ｖ１Ｎ是負極輸入。特殊應用時，通道Ｖ１的最大微分信號應小于