基于SPI總線和ADE77xx專用芯片的三相多功能電度表的原理與應(yīng)用
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我國經(jīng)過二十多年的改革開放和技術(shù)引進(jìn)，在高技術(shù)方面已與國外縮小了不少差距，但能源利用效率，尤其是電能的綜合利用率仍然差距較大?！笆晃濉币?guī)劃提出了達(dá)到同一GDP增長率需節(jié)能20％的奮斗目標(biāo)，以科學(xué)的發(fā)展觀，創(chuàng)新、節(jié)能、環(huán)保是當(dāng)前技術(shù)革命的三大重點(diǎn)。
我國是能源消耗大國，而能源又十分缺乏，它極大地制約了我國國民經(jīng)濟(jì)的健康、快速、持續(xù)發(fā)展，因此一方面要大力尋找新能源，如風(fēng)能、核能、太陽能，同時又要大力節(jié)約能源。
用SPI總線把ADE77xx系列專用電能計測芯片如表1所示和單片微機(jī)組合而成的多功能、峰谷用電，分時計費(fèi)的電度表是目前的主流，應(yīng)大力推廣。
1 電度表工作原理
1.1 原理框圖
電度表主要有信號采集傳感器和電壓、電流取樣電路、ADE77xx計量芯片和電能脈沖輸出驅(qū)動電路、MCU單片微機(jī)、外擴(kuò)鐵電E2PROM、晶體和時鐘電路、128×64點(diǎn)陣LCD、RS485及隔離驅(qū)動串行接口、開關(guān)量輸出、4~20mA模擬量輸出、鍵盤接口等組成。ADE7758、E2PROM、RTC等3種芯片與MCU之間用SPI總線、CS片選和不同中斷引線連接成系統(tǒng)。上述系統(tǒng)較容易實(shí)現(xiàn)0.5級多功能電度表。
圖1 電度表原理框圖
電壓取樣采用玻膜合金制成的微型電壓型電流互感器（PT），其變比為2mA/2mA，在電壓動態(tài)范圍為（50～200）％Un（Un為額定電壓，AC220或AC380）時其比差非線性度為±0.1％，角差非線性度為±5角分。負(fù)載阻抗≤300Ω。電壓互感器輸出直接與ADE7758相連，單端輸入，電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 電壓采樣電路
當(dāng)輸入電壓為AC380V時，圖2中電阻R取200 kΩ/2W×2，AC500V滿量程。
電流取樣選用高精度微型電流互感器CT，電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。與ADE7758的連接采用差動輸入，以提高抗共模干擾能力。
CT1為0.2級電力電流互感器，儀表可測最大電流為7000A，K1（CT1互感器變比，1~1400倍，可根據(jù)主回路電流I1大小選擇K1）為CT1變比，K1=I1/I2，I2一般取5A，根據(jù)用戶需要也可選1A或其他電流。
CT2為玻膜合金制成的微型電流互感器，K2（CT2的變比）一般取5A/5mA（為1000倍），原邊輸入電流(I2)的5％～120％(250mA～6A)范圍內(nèi)比差非線度為±0.1％，負(fù)載阻抗
(R)≤100Ω，角差非線度±5角分。R取值與ADE7758輸入量程有關(guān)。
圖3 電流采樣電路
ADE7758具有6路24位Σ—ΔADC，采樣速率最高為26kSPS，三路電流采樣為差動輸入，抗共模干擾能力較強(qiáng)，三路電壓采樣為單端輸入。電壓和電流信號最大輸入為±0.5V，±0.25V，±0.125V，可編程增益控制。AD具有內(nèi)部基準(zhǔn)參考電壓，若電度表的測量精度高于0.5級（如需制造0.2級，0.1級）時建議使用AD公司的高精度電壓基準(zhǔn)芯片（如ADR441B；2.500V±1mV，3PPm/℃）。
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