AD775x系列能量测量集成电路接受电力系统中代表本地电压和电流的电压输入，并使用过采样A/D转换器将其转换为数字。片上数字处理器连续计算两个信号的乘积，这与瞬时功率成正比。AD775x系列中每种类型特有的输入调理、滤波、进一步处理和其他功能，为各种电力系统应用提供了计量解决方案。

例如，该系列中最通用的成员AD7750(图1)，低通滤波计算产品，然后使用数频转换输出一对互补的脉冲序列，其频率与瞬时实际功率成正比，用于驱动计数器或两相步进电机，再加上适合校准和测试的高频输出。

功率测量的进展

在继续讨论系统应用及其产生的特性之前，让我们考虑一下电力工业中功率测量的最新进展。

像许多其他重工业一样，电力公司近年来大大提高了对精密电子设备的熟悉程度。例如，电子设备取代长期使用的机电仪表的比率预计将迅速增加，因为一些国家的权力下放和另一些国家的放松管制鼓励顾客有更大的发言权。能源生产者和消费者都能从电子电能表中获益良多。

典型的电表将瞬时电压和电流成比例的信号转换成数字，然后计算平均和瞬时的实功率、无功功率、有功能量等，并串行传输。

通过远程和自动化的仪表检测和高效的数据管理，客户服务得到改善。除了收到更可靠的电费账单外，消费者还能从更可靠的电力分配中受益。当客户的电表通过网络通信时，可以更快地检测、识别和纠正停电。

如果降低系统中峰值功率与平均功率的比值，则所需发电量的减少将减少对环境的干扰和污染。尽管人口在增长，但多种费率计费提供的激励将有助于大大减少高峰使用量。通过监测个别消费者施加的电能质量污染(例如，过度无功功率，非线性负载，直流偏移)来保持配电的清洁度。安装智能卡控制的电表可以降低提供服务、更换电表和处理数据的运营成本，消费者可以从较低的电费中获益。

电子电表可以不考虑非线性负载引起的相移和波形畸变而准确地计算功率;此外，在配电网普遍采用的定相负荷调节方案下，机电仪表无法准确测量电能。因此，在这些条件下，电子测量更加可靠和准确。

既然电子电能表在功能和性能上都优于机电电能表，那么它们在成本和可靠性方面又如何呢?竖起大拇指!像Devices这样的公司进入这一领域，以其为军事、航空航天和大批量消费产品大量提供数字和混合信号集成电路的良好声誉，承诺了高可靠性和低成本电子产品之间的成功结合，这是该行业一直在等待的。认识到单相电能表的成本限制，已经确定了帮助电能表制造商满足其产量需求的机会，同时达到其成本目标并减轻其可靠性问题。

诸如自动电表更新、智能卡预付费和多种费率计费等未来的可能性将发挥重要作用，但实际准确可靠的能源测量，无论是真实的还是无功的，是进步的能源供应商和分销商最关心的问题。电子测量减少了制造投资，提高了测量精度和质量，并增加了及时的信息，这些好处的组合远远超出了传统的转子板电能表设计。

dsp和微控制器

电子电能表的第一次尝试是通过在域中乘以电流和电压来推导功率，但事实证明，随着温度和时间的线性并不比机电电能表好。数字计算的自动误差检测/校正所提供的稳定性、线性度和准确性已经席卷了整个通信行业，现在已经到达了电力计量的大门。基于数字信号处理(DSP)的产品对通过片上数字转换器(adc)数字化的电流和电压信号进行乘法和其他计算。尽管环境变化，但随着时间的推移，数字处理信号提供稳定和准确的计算。

虽然可编程DSP以低成本广泛使用，并提供一定程度的灵活性，但最具成本效益的处理电力测量的形式可能涉及使用低成本的固定功能(嵌入式)DSP，带有片上a /D转换器，用于测量和计算，以及相关的微控制器来处理编程任务和通信和显示的简单计算。DSP是连续的转换，采样，计算瞬时和平均功率。

例如，在过去的一年中，许多不同的电能表设计已经使用4mhz, 4位微处理器制造。这样的微控制器允许有限程度的可配置性，同时管理一些内部管理功能，如数据加密和解调、多费率计费的时间戳和能源传输智能(停电检测、远程断开、预付款、负载管理)。微处理器允许用户选择他们想要的服务水平，公用事业公司可以远程配置单个仪表。

标准产品

为能源测量设计的标准产品系列不断增长，不仅消除了与机电电能表相关的高制造投资;它还大大减少了开发专用集成电路(asic)的需求。标准产品以较低的共同成本包含了许多不同客户的共同问题的解决方案。在寻求优化测量选择的整体成本效益时，电子电能表制造商应该考虑的因素包括准确性、硬件、软件、开发成本、上市时间和实施的便利性。

如表所示，Devices不断增长的固定功能dsp系列解决了全球范围内系统考虑的广泛变化。从该系列中选择组件取决于给定系统所需的仪表类型。

表1 集成功率计集成电路

该系列的第一款AD7750设计用于直接驱动步进电机计数器，以集成功率到能量。在成本方面，步进电机计数器在发展中国家很受欢迎，因为它是一种构建廉价固态电能表的实用方法。当断电时，计数器就会停止转动。其他解决方案，如发光二极管(LED)显示器或液晶显示器(lcd)，需要高引脚数驱动器和在断电时存储电流的方法。

下一个系列的产品有一个串行端口接口，用于与微处理器双向通信。即将推出的产品将通过解决电源、电流传感器、振荡器和外部增益校准的成本，帮助降低电能表的成本。最终，与仪表制造商和公用事业公司的密切合作将导致高度集成的设备，旨在提供大量的功能，同时满足激进的成本目标。

AD7750集成了两个16位数字转换器和测量电能所需的数字信号处理逻辑。除了A/D转换器和参考电路中的电路外，所有其他信号处理(例如乘法和滤波)都在数字域中进行。这种方法在极端环境条件下和随着时间的推移提供了卓越的稳定性和准确性。西格马 - 得尔塔变换器工作在900-kHz的过采样率，简化了抗混叠，数字化了来自电流和电压传感器的电压信号。电流通道具有宽动态范围和可编程增益，以处理直接连接到各种电流-电压传感器，这些传感器通常具有低终端电压。高通滤波器从电流通道中去除任何直流电，消除了偏移电压可能引入实际功率计算的不准确性。

实际功率由瞬时功率信号计算得到，瞬时功率信号由电流和电压信号相乘产生。高通滤波器可以切换到当前通道的信号路径，以消除任何偏移。低通滤波降低了线频谐波并提取了实际功率(换句话说，直流)分量。这种方法可以正确地计算实际功率，即使是非正弦电流和电压波形以及任何功率因数。数字信号处理(乘法、滤波等)保证了高的温度和时间稳定性。

该芯片还包含两个数字-频率转换器;一个有低频输出，另一个有高频输出。在这两种情况下，数字-频率转换器的输出脉冲率随时间的实际功率耗散值而变化。该芯片提供一系列输出频率，可由设计师选择，以适应大多数仪表。低频输出，由于脉冲之间的积累时间长，其频率与平均实际功率成正比。高频输出积累时间较短，与瞬时实际功率成正比。因此，高频输出对于在稳定负载条件下校准仪表是有用的。

具有片上故障检测功能的电能计量集成电路

AD7751是一款精确的容错电能测量IC，适用于双线配电系统。该部分采用了一种新颖的故障检测方案，既可以警告故障情况，又可以允许AD7751在发生故障事件时继续准确计费。它通过连续监测相电流和中性(返回)电流来实现这一点。当这两个电流相差超过12.5%时，就表明存在故障，并使用两个电流中较大的电流继续计费。

具有脉冲输出的能量计量IC

AD7755核心与AD7751引脚兼容，但不包括容错计费功能。它的设计也使它可以用于2线以上的系统，包括2相和3相系统。