ADE7751高精度防窃电计量电路的设计

概述

不论在发达国家还是在发展中国家,窃电都是一个非常棘手的问题,各种窃电手段层出不穷，每年都给供电企业造成巨大损失。现在的防窃电方法多是从管理上采取措施,用这些方法即使查出了窃电行为,也往往由于缺乏依据而无法确定处罚额,甚至有时供电企业面临无法拿出窃电证据的尴尬。只有提高电能表本身的防窃电技术,才能从根本上杜绝窃电发生。提高计量芯片的计量精度，有利于电力公司进行有效管理，使居民能更精确的了解自己的用电情况，也能帮助居民用户养成良好的用电习惯。ADE7751 是一款高精度的防窃电电能计量芯片，支持IEC687/1036，国标GB/T 17215-1998，适应于单相电子式电度表。它只在ADC 和基准电路中使用了模拟电路，其它的信号处理都由数字电路完成，在恶劣的环境下仍可以保持极高的准确度和长时间的稳定性。本文总结了ADE7751的功能特点，工作原理，并给出了基于ADE7751的高精度防盗电计量电路的参考设计方案。

功能特点

精度高，在 500:1 动态范围内线性误差低于0.1%;

高频输出 CF 用于校准，并提供即时有功功率;

具有电能-脉冲转换功能，F1，F2 输出频率表示平均有功功率;

F1，F2 可直接驱动机电计数器和两相步进电机;

REVP 端出可以用来指示错误接线或负功率;

可选择通道增益，模拟输入范围广;

在片电源监控电路;

具有防盗电，防潜动功能;

在片电压源 2.5V±8%;

单 5V 电源，低功耗;

采用 SKDIP24 或SSOP24 封装。

引脚说明

功能框图
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极限参数

电参数

AVDD=DVDD=5V±5%, AGND=DGND=0V, 片内基准, CLKIN=3.58MHz, 温度范围= –40℃～+85℃

功能说明

ADE7751 是一种用于单相高精度电能计量表的集成电路，它只在ADC 和基准电路中使用了模拟电路，其它的信号处理都由数字电路完成，在恶劣的环境下仍可以保持极高的准确度和长时间的稳定性。

ADE7751 内部结合了一个新颖的FAULT 检测电路，可以在检测到FAULT 时报警并且继续精确的进行电能计量，持续的监测相线和中线(回路)电流。当两个电流差超过12.5%时电路检测到FAULT发生。当两个电流差超过14%，电路按照两个电流中较大的电流进行计量。

ADE7751 通过引脚F1、F2 以低频率形式输出有功功率的平均值，可以直接驱动机电式计数器，或与微控制器接口。从引脚CF 以高频形式输出有功功率的瞬时值，用于电能计量表的校准。

在ADE7751 内部有一对AVDD 电源引脚进行监控的电路，在AVDD 引脚上的电压上升到4V 之前，电路一直保持复位状态。当AVDD 引脚上的电压降到4V 以下时，电路也会产生复位，CF、F1、F2 没有输出。

无论通道1 内的高通滤波器(HPF)是接通还是断开的，内部相位匹配电路使电压和电流通道的相位始终是匹配的。内部的空载阀值特性保证了ADE7751 在空载时不会产生潜动。

工作原理

两个 ADC 对来自电流和电压传感器的电压信号进行数字化，这两个ADC 都是16 位二阶ΣΔ模数转换器，，过采样速率达900kHz。ADE7751 的模拟输入结构具有宽动态范围，大大简化了传感器接口(可以与传感器直接连接)，也简化了抗混叠滤波器的设计。电流通道中的PGA 进一步简化了传感器接口。电流通道中的HPF 滤掉电流信号中的直流分量，从而消除了由于电压或电流失调所造成的有功功率计算上的误差。

有功功率是从瞬时功率信号推导计算出来的，瞬时功率信号是用电流和电压信号直接相乘得到的。为了得到有功功率分量(即直流分量)，只要对瞬时功率信号进行低通滤波就行了。下图示出了有功功率信号进行低通滤波来获取有功功率，这个设计方案也能正确计算非正弦和电压波形在不同功率因数情况下的有用功率。所有的信号处理都是由数字电路完成的，因此具有优良的温度和时间稳定性。

频率输出

脉冲输出CF端主要用于仪表校验。CF端输出的脉冲频率可高达F1 和F2 的输出脉冲频率的2048倍。F1-4 频率选得越低，CF 得倍率越高。下表给出了两者之间的关系，它们取决于逻辑输入S0、S1和SCF 的状态。因为CF 输出的频率比较高，所以它与瞬时有用功率成正比。如同F1 和F2 一样，CF 输出频率也是相乘后经低通滤波器获得的。然而，因为输出频率较高，有功功率的累计时间非常短，因此在数字-频率转换过程中完成的平均作用较小。由于对有功功率信号的平均作用较小，所以CF 的输出对功率波动的响应较敏感，见信号处理框图。

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CF 的最高输出频率(交流信号)

典型应用线路图