ADE7757中文資料

ADE7757中文資料

1. ADE7757功能及特點概述

ＡＤＥ７７５７是美國ＡＤ公司推出的高精度電能測量集成晶元。與原有的同系列ＡＤＥ７７５５相比，其晶元引腳較少，且內置了一個精確的振蕩器電路來給晶元提供時鐘。該晶元的內部電路除了ＡＤＣ和參考電路是模擬電路外，其餘均為數字電路，因此晶元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，並可直接驅動一個機電計數器或與ＭＣＵ的介面。而高頻ＣＦ邏輯則可輸出用於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；

● 採用單５Ｖ電源，功耗較低；

● 採用交流輸入。



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電路將電流感測器和電壓感測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感測器介面電路，並提供了很大的動態範圍，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。瞬時功率等於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衝之間的長時間積累。因此，輸出頻率正比於平均有功功率。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，其輸出頻率正比於瞬時有功功率。

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的範圍。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，以保證晶元的穩定性與線性度。

３．２ 電流與電壓通道的模擬輸入

通常電流感測器的電壓輸出可由通道Ｖ１接入ＡＤＥ７７５７晶元。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於±３０ｍＶ（相對於ＡＧＮＤ），普通應用時為±６．２５ｍＶ。通道Ｖ１的典型連接電路如圖２所示，該圖中的電流感測器實際上是一分流電阻，相對於其它電流感測器（如電流變壓器），該分流電阻的功耗較低，這更有利於小電流儀錶。

電壓感測器的電壓輸出則由通道Ｖ２接入ＡＤＥ７７５７晶元。通道Ｖ２也是一個全微分電壓輸入通道，Ｖ２Ｐ是正極輸入，Ｖ２Ｎ是負極輸入。其最大微分信號為±１６５ｍＶ。輸入電壓以ＡＧＮＤ為參考。通道Ｖ２的典型連接電路見圖３。典型情況下，ＡＤＥ７７５７相對於中性線有一個偏差，可用一個電阻分配器提供一個正比於線電壓的電壓信號。另外，調整Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｆ的比例也是調整儀錶增益刻度的有效方法。

３．３ 數／頻轉換

如前所述，低通濾波器（ＬＰＦ）的數字輸出中包括有功功率信息。然而由於ＬＰＦ不是理想的濾波器，因此輸出信號還包括有削弱了的線頻率及其諧波成分ｃｏｓ（ｈωｔ），其中ｈ＝１，２，３……。由於瞬時功率計算的原因，主要諧波成分為線頻率的兩倍，即２ω。實際上，ＬＰＦ輸出的瞬時有功功率信號仍包括了大量的瞬時功率信息，例如ｃｏｓ（２ωｔ）。

此信號被送入數字頻率轉換器並經過積累，即可得到輸出頻率。信號的積累可以減少瞬時有功功率信號中的任何非直流成分。另外，由於正弦信號的平均值為０，因此ＡＤＥ７７５７產生的頻率與平均有功功率成比例。

頻率輸出ＣＦ隨著時間而變化的原因主要是瞬時有功功率信號中的ｃｏｓ（２ωｔ）成分所致。ＣＦ輸出的頻率可以達到Ｆ１和Ｆ２輸出頻率的２０４８倍，這個高頻輸出是在數字轉換為頻率時積累了很短的時間而產生的。積累時間很短意味著只包括很少的ｃｏｓ（２ωｔ）成分，這就使得一些瞬時有功功率信號通過了數字頻率轉換器。這在實際應用中不成問題，因為當ＣＦ用作校準時，頻率將會通過頻率計數器來平均，由此去掉波紋。

由於Ｆ１和Ｆ２的輸出頻率很低，因此引入了很多的瞬時有功功率信號的平均值，所以輸出的是大大削弱了正弦成分的頻率。

３．４ 傳輸函數

ａ． Ｆ１和Ｆ２的頻率輸出

如前所述，Ｆ１和Ｆ２的頻率輸出是對有功功率信號較長時間的積累，它與平均有功功率成比例。輸出頻率與輸入電壓和電流信號的關係如下：

Ｆｒｅｑ＝（５１５．８４Ｖ１ｒｍｓ Ｖ２ｒｍｓ Ｆ１－４）／Ｖ２ｒｅｆ

其中，Ｆｒｅｑ為Ｆ１和Ｆ２的輸出頻率，單位為Ｈｚ，Ｖ１ｒｍｓ和Ｖ２ｒｍｓ是通道Ｖ１和Ｖ２的差分電壓信號輸入（Ｖ），Ｖｒｅｆ為參考電壓（２．５Ｖ±８％），Ｆ１－４是表２中由邏輯輸入Ｓ０和Ｓ１選擇的四種可能的頻率之一。



表2 F1-4頻率選擇及F1，F2的最大輸出頻率

表3 CF最大輸出頻率與F1，F2的關係

ｂ． ＣＦ的頻率輸出

表３所列為ＣＦ最大輸出頻率與Ｆ１、Ｆ２之間的關係。當邏輯輸入ＳＣＦ為０，而Ｓ１和Ｓ０為１時，其最大值為２．８６７ｋＨｚ。

３．５ ＡＤＥ７７５７與微控制器的介面

ＡＤＥ７７５７與微控制器最簡易的連接方式可利用ＣＦ的高頻輸出來完成。連接時，可將ＣＦ設置為最大輸出頻率（如圖４所示），並將ＣＦ連接至ＭＣＵ計數器或介面，然後在ＭＣＵ內部定時器規定的時間內計數脈衝，並取平均功率等於平均頻率，同時，該值也等於計數所得值與計數時間的比值。這樣，此計數時間內所消耗的能量為平均功率與時間的乘積，也就是說計數值／時間與時間乘積的計數值。