基于ATT7022B的交流配电柜设计

0 引言

具有对各项电力参数监测的智能型交流配电柜，在电力及通讯行业应用越来越广泛。使用专用电能计量芯片实现对电力参数的采集和测量有比较明显的优势，它克服了传统设计中元器件数量多，电路复杂，成本高等缺点。ATT7022B是一款三相多功能电能计量芯片，具有精密测量多种电力参数功能，已经广泛应用于三相电度表或其他三相电能计量仪表中。本文介绍在电力配电系统中对较大电流监控中应用该芯片的一些实践经验，供读者参考。

l ATT7022B特性

1．1 功能简介

ATr7022B是一颗精度高且功能强的多功能防窃电基波谐波三相电能专用计量芯片，它集成了六路二阶sigma—delta ADC，其中三路用于三相电压采样，三路用于电流采样，还有一路可用于零线电流或其他防窃电参数的采样，输出采样数据和有效值，使用十分方便。该芯片适用于三相三线和三相四线应用。

该芯片还集成了参考电压电路以及所有包括基波、谐波和全波(基波+谐波)的各项电参数测量的数字信号处理等电路。ATT7022B能够测量各相以及合相包括基波、谐波和全波的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数相角、频率等参数，充分满足三相复费率多功能电能表的需求。

ATF7022B支持全数字域的增益、相位校正，即纯软件校表。有功、无功电能脉冲输出CFl、CF2提供瞬时有功、无功功率信息，可以直接接到标准表，进行误差校正。可以对基波有功、无功功率进行测量，提供脉冲输出CF3和CF4提供瞬时基波有功功率以及基波无功功率信息，可直接用于基波的校正。提供两类视在能量输出，RMS视在能量以及PQS视在能量，CF3和CF4也可被配置为视在能量脉冲输出。

ATT7022B内部的电压检测电路可以保证加电和断电时芯片正常工作。提供一个SPI接口，方便于外部MCU之间进行计量参数以及校表参数的传递，所有计量参数都可以通过SPI接口读出。

1．2 芯片特性

内部集成七通道(ATT7022A为六通道)的16位高精度ADC和24位高速DSP，在输入动态工作范围(1000：1)内，非线性测量误差小于0．1％；
　　有功测量满足0．2S、0．5S，支持IEC 62053—22、GB/T 17883—1998；
　　无功测量满足2级、3级，支持IEC 62053—23、GB/T 17882—1999；
　　提供基波、谐波电能以及总电能测量功能。可单独计量基波电能，消除谐波影响，公平计费；
　　电压通道输入有效值为10mV到1V信号，或电流通道输入有效值为2mV到1V信号时输出电压或电流有效值的误差小于0．5％；
　　第七路ADC提供零线电流检测，也可用于防窃电(ATT7022A只有六路)；
　　提供失压判断功能，具有反向功率指示；
　　提供有功、无功、视在校表脉冲输出；
　　提供基波有功、基波无功校表脉冲输出；
　　合相能量绝对值相加与代数相加可选；
　　电表常数、起动电流可调；
　　可准确测量到含21次谐波的有功、无功和视在功率；
　　支持增益和相位补偿、小电流非线性补偿；
　　具有SPI接口，方便与单片机或其它设备通讯；
　　适用于三相三线和三相四线模式，可选择；
　　电压、电流信号均以交流差动电压方式输入，外部电路极为简单；
　　提供2．45V基准电压作为外部交流输入信号的直流偏置电压，避免输入失真；
　　采用QFP44封装，单+5V供电。

1．3 内部框图

内部框图如图1所示。

2 配电柜电力参数监控整体电路设计

2．1 总体设计

交流配电柜主要检测的电力参数有三相电压、电流有效值，各相或合相的有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、相位等，同时对开关状态、熔丝通断等开关量进行检测。在传统的设计中经常使用集成运算放大器等分立电子器件实现上述功能，这样的电路一般是一套非常复杂、庞大的电路，不但成本很高，而且设计、调试都可能遇到很大困难，甚至有的功能很难实现。

本文提出一种用ATT7022B智能芯片设计400A三相交流配电柜电力参数监控的方案，如图2所示，其工作原理如下所述。

ATT7022B智能芯片应用到交流配电柜监控系统中则非常方便地测量各项电力参数，特别是三相电压、三相电流信号均为交流电压差动输入方式，只要将被测系统的电压经过电压互感器降压到芯片允许范围，并经电流互感器或电流一电压转换器将被测电流转换成芯片允许范围内的电压值，以差动方式输入芯片，即可完成各种参数的自动测量。

系统输入数据分为模拟信号和数字信号两部分。模拟信号是来自电压互感器的三路相电压差动信号；来自电流互感器的三路线电流差动信号和一路零线电流差动信号。