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ADE7753---多費率全電子數字電能表芯片
作者Email: alecyan@public4.sta.net.cn
ADE7753是ADI最新一款功能先進的數字電度表芯片，這是一種帶串行接口和脈沖輸出的高精度有功和視在能量計量的集成電路。它集成了二階∑△ADCs、一個數字積分器(在CH1上)、一個參考電壓源，一個溫度傳感器，能對電壓、電流有效值(RMS)計算，有功、無功和視在能量的測量(圖1)。實際上ADE7753是一個電能計量片上系統(SOC)的芯片。
圖1 ADE7753內部困構
1 性能優良的內嵌數字積分器
ADE7753的片內數字積分器能以優良精度的數字積分作用, 實現在頻域內，將－20dB/10倍頻程衰減和一種固定的-90(相移作用。數字積分器的相頻響應和幅頻響應非常接近于理想情況。片內數字積分器提供直接接口到di/dt微分電流傳感器，從而省去了外部的模擬積分器，因而保證極好的長時間穩定性，與高精度的電壓、電流通道相位匹配。di/dt微分電流傳感器徹底消除了錳銅分流器不能完全隔離、存在寄生電感的缺點，也消除了傳統的電流互感器的相位誤差和大電流時過飽和的缺點，而且成本非常低廉，是理想的新一代的電流傳感器，有望在寬量程、大電流、高精度的電能表中據優勢地位。基于電流傳感器的選擇，可以關斷和打開這個積分器。
2 寬電流量程的di/dt微分電流傳感器
di/dt微分電流傳感器是基于Rogowski線圈原理，一個與傳輸初級電流的導線發生互感的電感器。Rogowski線圈通常由空芯線圈構成，因而在理論上不存在磁滯、飽和或非線性問題。Rogowski線圈電流傳感器由環繞一根長直導線排列的匝數為N的矩形空心線圈組成，并且線圈與該導線中的電流所產生的磁場垂直。Rogowski線圈基本的工作原理是通過互感效應來檢測初級電流。Rogowski 線圈的輸出正比于電流對時間的導數，所以為了作進一步信號處理，需要使用一個數字積分器將di/dt信號還原成i(t) 形式。利用Rogowski線圈di/dt微分電流傳感器和ADE7753芯片構成的家用電能表，其最大檢測電流可達200A。這種新型的電能表設計在很多方面都優于用傳統電流檢測技術構成的電能表。在1000:1（60dB）如此寬的動態范圍內其線性誤差小于0.1%(圖2)。(范文先生網m.baimashangsha.com收集整理)
3 實用的電能監測、計量功能
ADE7753包含一個至少保持若干秒滿負載累積功率的有功電能寄存器、視在電能寄存器和電壓、電流有效值，可通過串行口讀得ADE7753的數據。它同時提供一個與有功能量成比例的脈沖輸出（CF）。除了有效值計算、有功和視在能量的信息外，ADE7753提供一個有符號的無功能量信息和各種各樣的系統校準特點，比如：通道偏置校準、相位校準和能量校準。它還集成了一個檢測線電壓高低跌落的檢測電路，可提前發出掉電和過壓預警。
ADE7753具有可選正的累積模式，這樣僅當檢測到正能量時才進行能量的累積。當空載時，內部空載門限確保ADE7753沒有輸出。過零輸出（ZX）產生與線電壓過零同步的輸出信號，ZX信號可用來測量線電壓周期，它還用于芯片內部有功能量和視在能量的周期校準模式。這就能更快、更精確地校準能量計算結果。該信號也可以用于與線電壓過零同步來切換繼電器，防止拉弧。
中斷請求輸出是一種漏極開路的低電平有效邏輯輸出。中斷寄存器用來指示中斷的種類，中斷使能寄存器控制/IRQ腳的輸出。
ADE7753采用20腳SSOP封裝。
4 ADE7753主要性能特點
* 高精度，支持IEC61036 和 IEC61268
* 片內數字積分器，具有di/dt微分電流傳感器接口
* 提供有功、無功、視在功率能量值，采樣波形以及電壓和電流有效值
* 在1000 ：1的動態范圍內誤差小于0.1%
* 可選正有功能量有效累計
* 用戶片內可設置的線電壓浪涌閥值和線電壓跌落檢測
* 電源管理
* 能量、相位和輸入偏移可數字校準
* 片內集成的溫度傳感器 （典型值±3℃）
* 與SPI兼容的串行接口
* 脈沖輸出的頻率可設置
* 擁有中斷引腳（IRQ）和狀態寄存器
* 在環境條件變化很大和長時間使用條件下，專利技術的模數轉換器（ADCs）和數字信號處理器（DSP），確保數據的高精度
* 具有外部過驅動能力的基準電壓源2.4V±8% (溫度系數典型值20ppm/℃)
* 單5V電源,低功耗(典型值25mW)
* 20腳SSOP封裝
5 ADE7753 與 CS5460A 功能比較
ADE7753是2002年的新產品，與CS5460相比具有許多新的技術、新的特性，功能比較可見ADE7753 與 CS5460A 功能比較一覽表。
單相電能計量芯片ADE7753 與 CS5460A 功能比較一覽表
功 能 ADE7753 CS5460A 無功、視在能量寄存器 有 無 視在能量增益數字校對 有 無 正有功能量累計模式 有 無 內嵌溫度傳感器 有 無 整周期校對模式 有 無 線電壓高低跌落檢測 有 無 電壓、電流峰過閥值報警 有 無 電壓通道內嵌數字積分器 有 無 線電壓過零輸出信號腳 有 無 線電壓過零超時寄存器 有 無 線電壓周期寄存器 有 無 周期數可設置的能量累計模式 有 無 內嵌空載門限（硬件防潛動） 有 無 電壓通道PGA可設置 1、2、4、6、8、16 1 電流通道PGA可設置 1、2、4、6、8、16 兩檔選擇 通道最大差分輸入值（mV） 500 250 內嵌基準電路 有 60（最大值） 基準電壓溫度系數（ppm/℃） 20（典型值） 有 兼容SPI接口 有 有 電流、電壓有效寄存器 有 有 有功能量寄存器 有 有 /IRQ中斷腳和狀態寄存器 有 有 電壓通道偏移數字校準 有 有 電流通道偏移數字校準 有 有 相位數字補償寄存器 有 有 有功能量偏移、增益數字校準 有 有 線性度（動態范圍1000：1） 0.1% 0.1% 頻率可編輯的輸出腳（CF） 有 有 電源檢測管理 有 有
6 使用ADE7753設計單相復費率電能表的參考方案
使用ADE7753來設計新一代的全電子數字復費率電能表是適合現代生活的需求，由于國家電力充沛和家庭用電量的猛增，電網尋求晝夜平衡的最佳銷售方案是黑白分時計價，為此政府鼓勵居民、企業夜間多用電，我國也與發達國家一樣，正在大力推廣黑白分時電價，雙費率電能表成為電能表新的發展趨勢和需求熱點，上海市自2001年起，五年內需要600萬臺黑白復費率電能表；電能表的電流容量正在向大電流需求方向發展，今天美國家用電能表的電流檢測范圍從幾個mA到200A，南美發展中國家--巴西也要求電能表的電流檢測范圍從幾個mA到100A。現有的電能表電流傳感器--低阻錳銅分流器、電流互感器和霍爾效應傳感器已經不能滿足這樣大跨度范圍采集的需要，一個體格小巧而對大小電流參數都能及時采集的新型電流傳感器已經成為當今電能表發展的需要。內嵌數字積分器和具有眾多的實用電能監測、計量功能，使ADE7753成為新一代高性能全數字電能表的理想芯片。
圖3 使用ADE7753設計單相復費率電能表的方案由原理圖
圖3是可供參考的使用ADE7753設計單相復費率電能表的方案電原理圖。
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