ADE7755在带CAN总线的工业用电度表中应用

　　随着国民经济的不断发展，电力已经成为国家的最重要能源。就民用电力来说，由于人民物质生活的极大丰富，生活质量迅速提高，对电力的需求也越来越大。但是，当前居民用电的管理过于落后，居民用电管理收费多年来一直采用先用电、后抄表、再付费的传统作业方式。工业用电大多使用三相电压，如三相380VAC,三相660VAC等。工业用电与居民用电的区别：工业用电大多使用三相电压，而民用电采用的是单相220VAC对居民供电，价格不同，工业用电价格高 ,在用电高峰期，往往因负荷过大而导致断电，而且工业用电的电压往往高于居民用电，也容易把家中的电器烧坏，存在极大的安全隐患。另外，如果断电后相当长的时间内难以恢复供电！据统计，仅电力部门的抄表队伍人数就数以万计，且人为方式弊端多，工作效率低，给管理部门造成了人力、物力、时间上的极大浪费。为了适应社会的需要，保证用户安全、合理、方便地用电，对传统的电表和用电的管理模式进行改造，使之符合社会发展的需要就显得很有必要。为了改进现有机车上使用的电度表，根据美国AD公司推出的电量计量专用芯片ADE7755,提出了一种新型的电量计量方案。根据本方案设计的电度表除具有精度高、抗干扰和电量数据能够实时传输的功能外，还具有可以修改电度表初值的优点。

　　硬件电路设计

　　目前广泛使用机械式、电磁型和机电型等电度表普遍存在一个不能实时传输电量数据的缺陷，且各自又有或精度差或抗干扰能力差等弱点。作者结合当前普遍流行的现场总线技术和AD公司的ADE7755电量计量专用芯片以及飞利普公司的P87C591单片机，提出了一种能实现数据实时传输且具有抗干扰能力的电量计量方案。总体电路框图如图1所示：

图1 总体电路框图

　　图 1中，由PT和CT在电网中测得相应的电压和电流信号，送到ADE7755中进行电量计算，算出来的功率值分两种，一种是低频的平均功率值，送往机电式电度表用于显示；另一种是高频瞬时功率值，送入带CAN总线控制器的P87C591单片机，根据上位机的要求算出目前使用的电量值，并通过CAN总线，与上位机之间实现通信。

　　其中电压输入通道(V2N，V2P)输入电压信号是PT测得的电压信号在经过预防电磁干扰作用的铁氧体和衰减网络后进入的。

　　在电流和电压信号的输入端，进行了相应的滤波处理，以增强抗干扰能力。

　　ADE7755工作原理

　　美国模拟器件公司（ADI）的电力计量产品AD7755在中国市场上得到了一致的认可和广泛的应用，采用该芯片的电能表通过了IEC1036规范的认证，AD7755的高质量和高可靠性为电能形式表的质量提供了保证。ADE7755是一种高准确度电能测量集成电路，其技术指标超过了IEC1036规定的准确度要求。ADE7755只在ADC和基准源中使用模拟电路，所有其他信号处理（如相乘和滤波）都使用数字电路，这使ADE7755在恶劣的环境条件下仍能保持极高的准确度和长期稳定性。

　　若电压U(t)和电流I(t)均为正弦波，且：

　　则瞬时功率P(t)为

　　平均功率P为：

　　ADE7755 是一种采用电压和电流直接相乘的方法得到瞬时有功功率，再由瞬时有功功率求出平均有功功率。如图2所示，由电压传感器和电流传感器得到电压和电流信号分别经两路A/D转换器转换成数字信号送入电压通道V2N、V2P和电流通道V1N、V1P。电流通道中的高通滤波器是用来滤除电流分量中的直流电流，以便减小电流直流分量对瞬时有功功率计算的影响。经滤波后的电压和电流信号经乘法器相乘后，所得的信号经低通滤波器后滤掉交流分量后，得到的直流分量就是瞬时有功功率。此信号经过数频转换器转换成与平均有功功率成正比的低频信号经过F1、F2端口输出，同时从高频口CF输出与瞬时有功功率成正比的脉冲信号。低频端口F1和F2的输出脉冲频率freq与高频端口CF输出脉冲频率fCF可由下式确定：

　　其中系数Gin为输入增益，F 1-4为可由主时钟CLKIN获得的分频，Uref为基准电压，K为比例系数。

　　ADE7755的外围电路中，通过输出频率设置电路实现对CF口输出频率的设置，即电表常数的设置。本电表的电表常数设定为3200imp/kwh，即计录一千瓦的功率，要求ADE7755在CF口输出3200个脉冲。

图2 ADE7755的内部框图

　　ADE7755是一种高精度的电量计量芯片，在工频情况下，在500：1的动态范围内，精度达到0.1%。技术指标超过了IEC1036标准的要求。

　　唯一的模拟电路是模数转换电路，其他电路都是采用数字电路，这保证了该芯片具有足够的抗干扰的能力。通过F1和F2实时输出功率信息，能直接驱动电度表计数器或直接和单片机连接。