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內(nèi)置振蕩器的電能測量芯片ADE7757及其應(yīng)用
摘要：ADE7757是美國AD公司研制生產(chǎn)的高精度電能測量芯片。這種芯片非常適合動(dòng)態(tài)范圍大，干擾嚴(yán)重的測量系統(tǒng)。文中介紹了ADE7757的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，給出了ADE7757在電能測量儀表中的應(yīng)用電路。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(nèi)置了一個(gè)精確的振蕩器電路來給芯片提供時(shí)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(nèi)部電路除了ＡＤＣ和參考電路是模擬電路外，其余均為數(shù)字電路，因此芯片在長時(shí)間與極端工作條件下具有卓越的穩(wěn)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(qū)動(dòng)一個(gè)機(jī)電計(jì)數(shù)器或與ＭＣＵ的接口。而高頻ＣＦ邏輯則可輸出用于校準(zhǔn)的瞬時(shí)有功功率。ＡＤＥ７７５７的基本特性和參數(shù)如下：
● 帶有片內(nèi)振蕩器，可作為時(shí)鐘源；
● 精度高，且與５０Ｈｚ／６０Ｈｚ的ＩＥＣ５２１／１０３６標(biāo)準(zhǔn)兼容；
● 邏輯輸出引腳ＲＥＶＰ可用來指示可能的接線錯(cuò)誤或負(fù)功率；
● 帶有片內(nèi)電源監(jiān)視器；
● 采用單５Ｖ電源，功耗較低；
● 采用交流輸入。
２ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能
ＡＤＥ７７５７是１６腳ＳＯＩＣ封裝，圖１為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，各引腳的功能見表１所列。
表1 ADE7757的引腳功能
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圖１所示是ＡＤＥ７７５７的內(nèi)部原理圖，圖中，兩個(gè)ＡＤＣ電路將電流傳感器和電壓傳感器送入的電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。這個(gè)模擬輸入結(jié)構(gòu)大大簡化了傳感器接口電路，并提供了很大的動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)簡化了濾波器的設(shè)計(jì)。電流通道（Ｖ１通道）的高通濾波器（ＨＰＦ）去掉了電流信號(hào)里的全部直流成分，從而減少了有功功率計(jì)算中由電壓或電流信號(hào)偏移帶來的不精確性。
有功功率的計(jì)算可由瞬時(shí)功率信號(hào)獲得。瞬時(shí)功率等于電流與電壓信號(hào)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(shí)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(jì)數(shù)器）可得到有功能量。相反地，ＣＦ腳輸出高頻率可縮短積累時(shí)間，其輸出頻率正比于瞬時(shí)有功功率。
３．１ 片內(nèi)振蕩器（ＯＳＣ）
ＡＤＥ７７５７的片內(nèi)振蕩器頻率與內(nèi)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(shí)，振蕩器可正常工作，但一般選用５．５～６．４ｋΩ的范圍。當(dāng)ＲＣＬＫＩＮ接６．２ｋΩ電阻時(shí)，內(nèi)部振蕩器的頻率為４６６ｋＨｚ。因?yàn)檩敵鲱l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(wěn)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(gè)全微分電壓輸入通道，Ｖ１Ｐ是正極輸入，
Ｖ１Ｎ是負(fù)極輸入。特殊應(yīng)用時(shí)，通道Ｖ１的最大微分信號(hào)應(yīng)小于±３０ｍＶ（相對于ＡＧＮＤ），普通應(yīng)用時(shí)為±６．２５ｍＶ。通道Ｖ１的典型連接電路如圖２所示，該圖中的電流傳感器實(shí)際上是一分流電阻，相對于其它電流傳感器（如電流變壓器），該分流電阻的功耗較低，這更有利于小電流儀表。
電壓傳感器的電壓輸出則由通道Ｖ２接入ＡＤＥ７７５７芯片。通道Ｖ２也是一個(gè)全微分電壓輸入通道，Ｖ２Ｐ是正極輸入，Ｖ２Ｎ是負(fù)極輸入。其最大微分信號(hào)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相對于中性線有一個(gè)偏差，可用一個(gè)電阻分配器提供一個(gè)正比于線電壓的電壓信號(hào)。另外，調(diào)整Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｆ的比例也是調(diào)整儀表增益刻度的有效方法。
３．３ 數(shù)／頻轉(zhuǎn)換
如前所述，低通濾波器（ＬＰＦ）的數(shù)字輸出中包括有功功率信息。然而由于ＬＰＦ不是理想的濾波器，因此輸出信號(hào)還包括有削弱了的線頻率及其諧波成分ｃｏｓ（ｈ
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