ADE7753---多费率全电子数字电能表芯片
ADE7753---多费率全电子数字电能表芯片 作者Email: alecyan@public4.sta.com.cn ADE7753是ADI最新一款功能先进的数字电度表芯片，这是一种带串行接 口和脉冲输出的高精度有功和视在能量计量的集成电路。它集成了二阶∑△ADCs、 一个数字积分器(在CH1上)、一个参考电压源，一个温度传感器，能对电压、电 流有效值(RMS)计算，有功、无功和视在能量的测量(图1)。实际上ADE7753是一 个电能计量片上系统(SOC)的芯片。图1 ADE7753内部困构 1 性能优良的内嵌数字积分器 ADE7753的片内数字积分器能以优良精度的数字积分作用, 实现在频域 内，将－20dB/10倍频程衰减和一种固定的-90(相移作用。数字积分器的相频响应 和幅频响应非常接近于理想情况。片内数字积分器提供直接接口到di/dt微分电流 传感器，从而省去了外部的模拟积分器，因而保证极好的长时间稳定性，与高精 度的电压、电流通道相位匹配。di/dt微分电流传感器彻底消除了锰铜分流器不能 完全隔离、存在寄生电感的缺点，也消除了传统的电流互感器的相位误差和大电 流时过饱和的缺点，而且成本非常低廉，是理想的新一代的电流传感器，有望在 宽量程、大电流、高精度的电能表中据优势地位。基于电流传感器的选择，可以 关断和打开这个积分器。
2 宽电流量程的di/dt微分电流传感器 di/dt微分电流传感器是基于Rogowski线圈原理，一个与传输初级电流的导 线发生互感的电感器。Rogowski线圈通常由空芯线圈构成，因而在理论上不存在 磁滞、饱和或非线性问题。Rogowski线圈电流传感器由环绕一根长直导线排列的 匝数为N的矩形空心线圈组成，并且线圈与该导线中的电流所产生的磁场垂直。
Rogowski线圈基本的工作原理是通过互感效应来检测初级电流。Rogowski 线圈 的输出正比于电流对时间的导数，所以为了作进一步信号处理，需要使用一个数 字积分器将di/dt信号还原成i(t) 形式。利用Rogowski线圈di/dt微分电流传感器和 ADE7753芯片构成的家用电能表，其最大检测电流可达200A。这种新型的电能 表设计在很多方面都优于用传统电流检测技术构成的电能表。在1000:1（60dB） 如此宽的动态范围内其线性误差小于0.1%(图2)。3 实用的电能监测、计量功能 ADE7753包含一个至少保持若干秒满负载累积功率的有功电能寄存器、视 在电能寄存器和电压、电流有效值，可通过串行口读得ADE7753的数据。它同时 提供一个与有功能量成比例的脉冲输出（CF）。除了有效值计算、有功和视在 能量的信息外，ADE7753提供一个有符号的无功能量信息和各种各样的系统校准 特点，比如：通道偏置校准、相位校准和能量校准。它还集成了一个检测线电压 高低跌落的检测电路，可提前发出掉电和过压预警。
ADE7753具有可选正的累积模式，这样仅当检测到正能量时才进行能量的 累积。当空载时，内部空载门限确保ADE7753没有输出。过零输出（ZX）产生 与线电压过零同步的输出信号，ZX信号可用来测量线电压周期，它还用于芯片 内部有功能量和视在能量的周期校准模式。这就能更快、更精确地校准能量计算 结果。该信号也可以用于与线电压过零同步来切换继电器，防止拉弧。
中断请求输出是一种漏极开路的低电平有效逻辑输出。中断寄存器用来指 示中断的种类，中断使能寄存器控制/IRQ脚的输出。
ADE7753采用20脚SSOP封装。
4 ADE7753主要性能特点 * 高精度，支持IEC61036 和 IEC61268 * 片内数字积分器，具有di/dt微分电流传感器接口 * 提供有功、无功、视在功率能量值，采样波形以及电压和电流有效值 * 在1000 ：1的动态范围内误差小于0.1% * 可选正有功能量有效累计 * 用户片内可设置的线电压浪涌阀值和线电压跌落检测 * 电源管理 * 能量、相位和输入偏移可数字校准* 片内集成的温度传感器 （典型值±3℃） * 与SPI兼容的串行接口 * 脉冲输出的频率可设置 * 拥有中断引脚（IRQ）和状态寄存器 * 在环境条件变化很大和长时间使用条件下，专利技术的模数转换器 （ADCs）和数字信号处理器（DSP），确保数据的高精度 * 具有外部过驱动能力的基准电压源2.4V±8% (温度系数典型值 20ppm/℃) * 单5V电源,低功耗(典型值25mW) * 20脚SSOP封装 5 ADE7753 与 CS5460A 功能比较 ADE7753是2002年的新产品，与CS5460相比具有许多新的技术、新的特 性，功能比较可见ADE7753 与 CS5460A 功能比较一览表。
单相电能计量芯片ADE7753 与 CS5460A 功能比较一览表 6 使用ADE7753设计单相复费率电能表的参考方案 使用ADE7753来设计新一代的全电子数字复费率电能表是适合现代生活 的需求，由于国家电力充沛和家庭用电量的猛增，电网寻求昼夜平衡的最佳销售 方案是黑白分时计价，为此政府鼓励居民、企业夜间多用电，我国也与发达国家 一样，正在大力推广黑白分时电价，双费率电能表成为电能表新的发展趋势和需 求热点，上海市自2001年起，五年内需要600万台黑白复费率电能表；
电能表的 电流容量正在向大电流需求方向发展，今天美国家用电能表的电流检测范围从几 个mA到200A，南美发展中国家--巴西也要求电能表的电流检测范围从几个mA到 100A。现有的电能表电流传感器--低阻锰铜分流器、电流互感器和霍尔效应传感 器已经不能满足这样大跨度范围采集的需要，一个体格小巧而对大小电流参数都 能及时采集的新型电流传感器已经成为当今电能表发展的需要。内嵌数字积分器 和具有众多的实用电能监测、计量功能，使ADE7753成为新一代高性能全数字电能表的理想芯片。
图3 使用ADE7753设计单相复费率电能表的方案由原理图 图3是可供参考的使用ADE7753设计单相复费率电能表的方案电原理图。