电能量计量系统设计技术规程，使用AD7755进行基于微控制器的能量计量

很多朋友对电能量计量系统设计技术规程，使用AD7755进行基于微控制器的能量计量不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

随着电能计量行业从机电仪表转向更精确的固态仪表，电力系统设计人员有机会集成以前无法实现的新功能。现在需要的是固态电表，它比机电电表测量能量更准确，包括多费率计费，并且可以由公用事业公司远程读取。介绍了AD7755电能表集成电路如何用于三相电能计量，具有掉电检测和计量备份功能，以及远程、自动、多费率计量。

AD7755是一款精密(0.1%)单相电能计量ic。它接受一对代表电力线电压和电流的电压输入。在内部，这些信号通过过采样模数转换器转换到数字域。固定功能数字信号处理器将两个信号连续相乘；它们的乘积与瞬时功率成正比。经过低通滤波后，数字信号被转换为频率(根据可选设置进行缩放)，以在端子F1、F2和CF处产生频率输出。

F1和F2的信号可用于驱动机电计数器(通常以0.5至5 Hz的满量程速率)，而频率更高的CF信号适用于校准。脉冲输出的频率(或速率)与仪器监控的瞬时有功功率成正比。因此，在给定的时间间隔内，这些输出端产生的脉冲总数与传输至负载的能量成正比。反极性逻辑信号指示测量的瞬时功率何时变为负值(即负载将净功率返回到线路)。

图一。1.AD7755原理框图CF频率输出为与F1、F2输出成正比的脉冲序列，交流输入的满量程输出速率为21.76 Hz、43.52 Hz和5.57 kHz。它非常适合与执行计算和决策的微控制器接口。图2显示了如何将三个AD7755(每相一个)与微控制器配合使用来构成三相电表。图二。基于三相微控制器的电能表功能框图。

微控制器充当系统的“大脑”，执行所有必要的内务处理任务，并与其他组件(电度表IC、电源、EEPROM、显示器和操作仪器的按钮)交互，以检查能量或功率、校准相位或清除读数。除了低成本，对微控制器的基本要求是：*足够的I/O来驱动显示器。如果你使用液晶显示器，你需要一个驱动程序。如果LED显示器没有集成到MCU中，则可以通过3至8解码器轻松控制LED显示器。

*中断。为了避免错过任何电能指示脉冲，系统可以配置为在MCU中触发中断。当电源监控器检测到电源故障时，它可以产生MCU中断并启动紧急电源测量备份。*EEPROM串行接口。只需使用两条或三条I/O线就可以创建一个简单的串行接口。内置串行接口的MCU使设计更加简单。*计时器。

需要保持两个主要的时间间隔。首先，显示更新速率必须设置为大约2秒。此外，如果使用LED显示屏，计时器必须以足够的速率循环显示数字，以尽量减少闪烁。此外，校准程序必须仔细计时，但可以通过使用中断后分频器来实现。作为附加功能，第二个串行接口可用于与主机系统通信，以实现远程/自动计量。此外，可以使用外部或内部时钟来实现多速率计量。

参考设计我们使用三相电能表的参考设计(图2)来演示如何将多个AD7755连接到微控制器。它采用微芯片PIC16C67微控制器、串行EEPROM、8位LED显示屏、用于电流检测的电流互感器和用于电压检测的电阻分压器。电源由基于变压器的电源提供，具有掉电检测功能。

AD7755s的模拟接口为电压通道配备一个分压电阻，为电流通道配备一个电流互感器。电流互感器提供一定程度的电气隔离，无需在仪器中安装电流检测分流器。微控制器代码用C编程语言编写，已经编程到PIC16C67中。所用的特定编译器还包括一组连接到微芯片串行EEPROM的指令，用于存储校准模式下获得的电能测量值和计算限值。

显示屏由8个LED数字组成，由3-8个解码器多路复用。电源采用三个变压器、一个整流器、一个调压器将220V三相交流电转换成DC电压，即使一相没电也能给电表供电。提供参考设计数据手册/应用笔记。

因为用户的能源成本是由电表决定的，所以对电表最重要的要求是随着时间推移的可靠性和准确性。能量以一种相当简单的方式测量——通过脉冲极限比较。在这种方法中，微控制器计算相位中的脉冲数，直到总数达到校准限值。此时，能量读数以显示范围内的最小单位(本例中为0.01 kWh)增加。

这项技术意味着只需要在必要时更新显示寄存器，同时也避免了可能导致仪器低效运行的复杂数字操作。

慢速模式下CF的最大输出频率为43.52 Hz，即156，672脉冲/小时。考虑到裕量，可以校准一个220伏、60安的系统，使0.01千瓦时的测量能量在CF上产生约100个脉冲，校准在高频模式下完成，此时CF上的最大频率快128倍，即5.57 kHz。在校准期间，线路上的固定功率被设置为在校准间隔期间产生1/128 kWh的值。

由于比例因子为128，当AD1返回低频模式时，校准期间计数的脉冲数相当于7755 kWh。

假设在这个时间间隔内计数了10287个脉冲。那么，每0.01个脉冲显示必须增加102.87 kWh，而不是每100个脉冲。这种小数n分频计数可以通过多种方式实现。例如，在以100个增量推动显示器所需的时间中(即，以1.00 kWH的步长累积0.01 kWh)，通过计数102个脉冲可以产生13个步长，而其他87个步长需要计数103个脉冲。

已经使用的替代方案是从每步102个脉冲开始，每8个脉冲增加10个脉冲千步，每7个脉冲增加100个脉冲千步。

AD7755s的高频设置可以在更短的校准时间(约30秒)内产生更好的结果。由于系统和历史实践中可能发生的变化，三相电表的每一相都要单独校准。结论

如上所述的基本固态仪器设计可能比机电仪器更精确、更可靠且更便宜，并且将允许增加有益于客户和公用事业公司的功能。在不久的将来，公用事业公司将远程监控你的能源消耗，根据高峰和非周期使用情况向你收费，甚至(在摩托罗拉系统中)允许你跟踪使用情况。不仅计量会更加准确，而且在整个电网实施的固态计量可以实现更加高效的能量管理。审计郭婷

以上知识分享希望能够帮助到大家！