ADE7755的基本特性及工作原理

ADE7755是ADI公司推出的脉冲输出的高精度电功率测量芯片内部集成了两个2阶16位的 - 模数转换器 电压基准和计量有功功率所需的数字信号处理电路 ADE7755 的内部结构如图1 所示，ADE7755主要包括两路16位 - ADC，用于将电流传感器和电压传感器输出的电压信号转换成数字量 通道1（电流通道） 的ADC前端带一个可编程增益放大器（ PGA ），其输出通过一个相位校正电路（用来消除高通滤波器的相位导前）接一个高通滤波器（ HPF ），以滤掉电流信号的直流分量，从而提高有功功率的计算精度 HPF输出的数字量与电压通道ADC转换后的数字量相乘后再经过一个低通滤波器（ LPF ），以便提取有功功率分量 最后，LPF输出的数字量经过数字频率转换器产生输出频率F1，F2 和CF（ F1 和F2 表示平均有功功率CF表示校准频率，用来对瞬时功率进行校准），电源检测电路对模拟电压连续监控，如果其值低于4+0.05V时，ADE7755将被复位，以保证器件在上电和断电时能正确启动.

2 电能计量电路的基本组成

本文所设计的电能计量电路如图1 所示,主要由检测电路能计量芯片 ADE7755 单片机 AT89C51 LCD 显示电路 存储器 远程通讯接口以及电源部分组成 本电路的特点是在电能的采集部分加入了检测环节, 可以提高整个电路的精度与稳定性 在本文的电能计量电路中采用了单片AT89C51 作为中央控制电路来控制电能的采集 计量以及向上位机的传输 电能显示等工作.

3 电能测量电路

电能测量电路如图 2 所示,主要是由电压检测电路 电流检测电路和电能计量芯片 ADE7755 及其外围电路组成 首先,负载电流经过电流传感器再通过滤波电路后转换成合适的电压信号送入到电能计量芯片 ADE7755 的电流通道, 即 V1P 和V1N 端;而 220V 相电压则通过电压传感器降压后,再通过滤波电路送入电能计量芯片 ADE7755 的电压通道, 即 V2P 和 V2N端 二者经过 ADE7755 转换成有功功率以高频脉冲形式从 CF端输出然后接入到单片机 AT89C51 的外部中断信号输入端,即单片机控制电路从 ADE7755 的 CF 端采集脉冲经过处理后得到的数据送到 LCD 显示电路进行显示,并通过远程通讯电路把数据传送到上位机本文中电压传感器和电流传感器均采用了霍尔传感器,尔传感器是利用半导体霍尔元件的霍尔效应实现磁电转换的一种传感器,具有灵敏度高 线性度好 稳定性好 体积小和耐高温等特性,现在已经得到非常广泛的应用本文中整个电能计量电路的控制系统是由单片机AT89C51 来完成的,AT89C51 控制着整个电能计量电路的正常运行:监控 ADE7755 的工作状态,从 ADE7755 寄存器中读取有功 无功 视在功率和电流 电压值,输出到数码管显示电路,保存数据到存储器中以防止停电时数据的丢失, 实现对键盘操作的响应,以及处理与远程计算机的数据通讯等.

4 软件设计

电能计量电路的软件流程图如图 3所示 首先,进行电能计量电路的初始化,如单片机的初始化 电能计量芯片 ADE7755的初始化以及显示电路和远程通讯的初始化, 再进行电能脉冲复位以及系统各参数的初始化,然后单片机 AT89C51 的中断系统进行是否有抄表命令的判断: 有抄表命令就开始读取各项电能数据并计算出各项功率,然后把电能数据送出并进行 LCD 显示处理;没有抄表命令就等待直至命令的到来再向下执行 执行完每个步骤,最后返回到开始重新执行命令 这是本单相电能计量电路的主流程图 关于电能的计量主要是靠单片机的中断系统来完成的.

其中稳压电源是为了保证试验电路的电压稳定在 220V,电压表 电流表及功率因数表用来测量电风扇的实际功率,根据测量时间就可计算出电风扇在该时间段内的消耗电能, 以此计算值与电能计量电路的测量值进行比较 试验 计算数据如表1所示：

所示从表1可看出计算值与电能测量值之间虽然有一些误差,但误差比较小,均不超过 1% 另外考虑到电压表 电流表和功率因数表自身的消耗,电能测量值略大于计算值也是合理的,由此可以看出该电能计量电路的测量精度是比较高的以专用计量芯片 ADE7755 为核心, 并结合 AT89C51 单片机技术设计出的电子式单相电能计量电路,具有线路简单 功耗低 精确度高 抗干扰能力强 稳定性好等一系列特点,且电路体积小,成本低,易于家庭用户使用,因此该电能计量电路具有较好的应用前景.

创新点:本系统的单相电能计量电路采用了芯片 ADE7755,并且在采集电能环节,采用了霍尔电压 电流传感器,这比传统的采用电压 电流互感器的采集电路在精度以及稳定性方面都得到了较大提高.