随着能源计量行业从机电电表转向更精确的固态电表，电力系统设计人员有机会加入以前不可能实现的新功能。现在需要的是固态电表，它比机电电表更准确地测量能量，包含多种费率计费，并且能够由公用事业公司远程读取。本文介绍了AD7755电能表集成电路如何用于具有停电检测和测量备份的三相电能计量，以及远程，自动化，多速率计量。

AD7755是一款精确(准确度为0.1%)的单相能量测量IC。它接受一对电压输入，代表电源线的电压和电流。在内部，这些信号通过过采样A/D转换器转换到数字域。固定功能的数字信号处理器连续地将两个信号相乘;它们的乘积与瞬时功率成正比。经过低通滤波后，数字信号根据可选设置转换为频率缩放，在F1, F2和CF端子产生频率输出。F1和F2的信号可用于驱动机电计数器(通常在0.5至5 Hz的满量值速率下)，而高频CF信号适用于校准。脉冲输出的频率(或速率)与仪表监测的瞬时实际功率成正比。因此，在给定的时间间隔内，在这些输出端产生的脉冲总数与传递给负载的能量成正比。当测量到的瞬时功率为负时，反极性逻辑信号表示(即负载将净功率返回到线路)。

CF频率输出是一个与F1、F2输出成比例的脉冲序列，交流输入的满量程输出率分别为21.76 Hz、43.52 Hz和5.57 kHz。它非常适合连接到执行计算和决策的微控制器。图2显示了如何将三个ad7755(每个相位一个)与微控制器一起使用来制作三相电能表。

微控制器作为系统的“大脑”，执行所有必需的内务管理任务，并与其他组件(电能表ic，电源，EEPROM，显示器和操作仪表的按钮)进行交互，以查看能量或功率，校准相位或清除干扰。除了低成本，基本的微控制器要求是:

*足够的I/O来驱动显示器。

如果使用LCD显示器，则需要驱动程序。如果一个人没有被纳入
单片机，一个LED显示屏，可以很容易地控制3到8解码器。

*中断。

为了避免丢失任何能量指示脉冲，系统可以配置
触发MCU中的中断。电源监视器可以产生一个
当MCU检测到电源变弱时中断，并启动一个
紧急能量测量备份。

*EEPROM串行接口。

一个简单的串行接口可以只用两个或三个I/O线创建。一个
内置串行接口的单片机使设计更加简单。

*计时器。

有两个主要的时间间隔需要维护。首先是显示器
更新速率必须设置为2秒左右。此外，如果使用LED显示屏，a
计时器必须以足够的速率循环通过数字以减少闪烁。
此外，校准程序必须仔细计时，但可以
用中断后标器实现。

作为一个附加功能，第二个串行接口可用于与主机系统进行远程/自动计量通信。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

一个三相电能表参考设计(图2)已经实现，以演示如何多个ad7755可以接口到一个微控制器。它使用Microchip PIC16C67微控制器，串行EEPROM, 8位LED显示屏，电流互感器用于电流传感，电阻分压器用于电压传感。电源由变压器供电，并结合功率损耗检测。

ad7755的接口上装有电压通道用的分压器电阻和电流通道用的电流互感器。电流互感器提供一定程度的电气隔离，消除了仪表内电流感应分流的需要。微控制器代码用C语言编写，并已写入PIC16C67。所使用的特定编译器还包括一组与Microchip串行EEPROM接口的指令，该指令存储在校准模式下获得的能量测量数字和计算限制。显示器由8个LED数字组成，通过3- 8解码器复用。电源使用三个变压器，一个整流器和一个稳压器将220v，三相交流转换为直流电压，即使缺相也能给仪表供电。可提供参考设计数据表/应用说明。

由于电表决定了用户的能源成本，电表最重要的要求是随着时间的推移的可靠性和准确性。能量是用一种相当简单的方法测量的——通过脉冲极限比较。在这种方法中，微控制器计算一个相位上的脉冲数，直到总数达到校准极限。在这一点上，能量被增加到显示范围内的最小单位(在这种情况下，0.01千瓦时)。这种技术意味着显示寄存器只需要在必要时更新，也避免了复杂的数值运算，可能使仪表运行效率低下。

慢速模式下CF的最大输出频率为43.52 Hz，即156,672脉冲/h。考虑到余量，可以校准一个220伏，60安培的系统，使0.01 kWh的测量能量在CF上产生大约100个脉冲。校准是在高频模式下进行的，在高频模式下，CF上的最大频率快128倍，即5.57 kHz。在校准期间，在线上设置固定功率，其值在校准间隔内产生1/128千瓦时。由于比例因子为128，当AD7755返回到低频模式时，在校准时间内计数的脉冲数相当于1 kWh。

假设在这段时间内统计了10287个脉冲。然后每102.87个脉冲增加0.01千瓦时，而不是每100个脉冲。这种小数n计数可以通过几种方式实现。例如，在将显示推进100个增量所需的时间内(即，在0.01 kWh的步骤中累积1.00 kWh)，这些步骤中的13个可以通过102个脉冲计数产生，而其他87个步骤将需要103个脉冲计数。已经使用的另一种方法是，从每步102个脉冲开始，每10步增加8个脉冲，每100步增加7个脉冲。

ad7755上的高频设置在更短的校准时间(约30秒)内产生更好的结果。由于系统中可能存在的变化，以及历史惯例，三相电表的每个相位都是独立校准的。

结论

像上面描述的基本固态电表设计很可能比机电电表更准确、更可靠、更便宜，并且允许增加对客户和公用事业公司都有利的功能。在不久的将来，公用事业公司将远程监控你的能源消耗，并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)允许你跟踪你的使用情况。不仅测量更加准确，而且在整个电网中实施，固态计量允许更有效的能源管理。

参考电路

三相电能表参考设计数据表(REF-AD7755-3)。设备。

AD7755电能表IC与脉冲输出数据表。设备。

戴格尔，保罗。”所有电子电力和电能表。”对话。卷33。2号。1999年2月。