解析 ADE7978/ADE7933/ADE7932/ADE7923 芯片組：三相電能計量的理想之選

在電力系統(tǒng)中，準(zhǔn)確的電能計量至關(guān)重要。今天，咱們就來深入探討一下 Analog Devices 推出的 ADE7978/ADE7933/ADE7932/ADE7923 芯片組，它在三相電能計量領(lǐng)域表現(xiàn)卓越，能為工程師們提供高精度的解決方案。

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1. 芯片組概述

ADE7978、ADE7933/ADE7932 和 ADE7923 共同構(gòu)成了一個專門用于使用分流器作為電流傳感器來測量三相電能的芯片組。其中，ADE7933/ADE7932 是用于多相電能計量應(yīng)用的隔離式 3 通道 sigma - delta 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Σ - Δ ADC），而 ADE7923 則是用于中性線的非隔離式 3 通道 Σ - Δ ADC。

1.1 芯片特性

• 高精度測量：支持 EN 50470 - 1、EN 50470 - 3、IEC 62053 - 21 等多種標(biāo)準(zhǔn)，在 25°C 時，有功和無功能量在 2000 到 1 的動態(tài)范圍內(nèi)誤差小于 0.2%，電壓均方根（rms）在 500 到 1 的動態(tài)范圍內(nèi)誤差小于 0.1%，電流 rms 在 500 到 1 的動態(tài)范圍內(nèi)誤差小于 0.25%。
• 抗磁干擾：采用空氣芯變壓器，對直流磁場具有免疫能力，能有效抵抗外界磁場干擾，確保測量的準(zhǔn)確性。
• 多種接口：具備靈活的 I2C、SPI 和 HSDC 串行接口，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸。
• 安全認(rèn)證：獲得 UL、CSA、VDE 等多項安全和法規(guī)認(rèn)證，為產(chǎn)品的可靠性和安全性提供保障。

1.2 典型應(yīng)用

該芯片組適用于多種場景，如基于分流器的多相電表、電能質(zhì)量監(jiān)測、太陽能逆變器、過程監(jiān)測、保護(hù)設(shè)備、隔離傳感器接口以及工業(yè)可編程邏輯控制器（PLC）等。

2. 芯片詳細(xì)介紹

2.1 ADE7978

這是一款高精度的三相電能測量 IC，具有串行接口和三個靈活的脈沖輸出。它可以與多達(dá)四個 ADE7933/ADE7932 和 ADE7923 設(shè)備接口，能夠執(zhí)行總（基波和諧波）有功、無功和視在能量測量以及 rms 計算，還能進(jìn)行僅基波的有功和無功能量測量及 rms 計算。

2.2 ADE7933/ADE7932

它們是隔離式 3 通道 Σ - Δ ADC，包含 isoPower? 集成隔離式 DC - DC 轉(zhuǎn)換器，可提供 ADC 第一級所需的穩(wěn)壓電源，無需外部 DC - DC 隔離模塊。其中，ADE7933 有三個 ADC，而 ADE7932 有兩個 ADC。

2.2 ADE7923

這是 ADE7933 的非隔離版本，適用于不需要中性線隔離的中性電流測量場景。它有兩個電壓通道和一個電流通道，可用于輔助電壓測量。

3. 工作原理

3.1 模擬輸入

ADE7933/ADE7932 和 ADE7923 有三個模擬輸入通道：一個電流通道和兩個電壓通道。電流通道使用分流器來感應(yīng)電壓，采用偽差分配置；電壓通道的輸入為偽差分單端電壓，最大輸入電壓為 ±500 mV。

3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換

芯片采用二階 Σ - Δ ADC，結(jié)合過采樣和噪聲整形技術(shù)來實現(xiàn)高分辨率。過采樣將量化噪聲分散到更寬的帶寬，降低了感興趣頻段內(nèi)的量化噪聲；噪聲整形則使大部分噪聲位于高頻，可通過數(shù)字低通濾波器去除。

3.3 數(shù)字信號處理

ADE7978 包含一個固定功能數(shù)字信號處理器（DSP），用于計算所有功率和 rms 值。它通過執(zhí)行特定程序，每 8 kHz 進(jìn)行一次計算，并通過設(shè)置 STATUS0 寄存器中的 DREADY 位來信號計算結(jié)束。

4. 電能計算與測量

4.1 有功功率與能量計算

芯片通過對電壓和電流信號進(jìn)行處理，計算出瞬時有功功率，并通過積分得到有功能量。在不同的積累模式下，如線周期有功能量積累模式，能有效減少能量計算中的正弦分量，提高能量計算的準(zhǔn)確性。

4.2 無功功率與能量計算

無功功率的計算考慮了電壓和電流波形的相位差，通過對無功功率進(jìn)行積分得到無功能量。同樣，線周期無功能量積累模式可提高無功能量計算的精度。

4.3 視在功率與能量計算

視在功率通過電壓 rms 值和電流 rms 值相乘得到，視在能量則是視在功率的積分。芯片支持多種視在功率的計算方式，可根據(jù)實際需求進(jìn)行配置。

4.4 rms 測量

芯片對電流和電壓的 rms 值進(jìn)行測量，通過低通濾波和