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电子质量

（2012第09期）

ADE7755构成的电能表典型电路外围参数的计算

ADE7755构成的电能表典型电路外围参数的计算

PeripheralParametersCalculationoftheTypicalWatt-hourMeterCircuitComposedofADE7755

1

薛琳

1

,王振林

2

,张丽丽

1

,刘春晖

（1.山东科技大学信息与电气

工程学院,山东青岛266590;2.山东里能鲁西矿业有限公司,山

东济宁272053）

XueLin

1

,WangZhen-lin

2

,ZhangLi-li

1

,LiuChun-hui

1

(eofInformation

andElectricalEngineering,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Shandong

Qingdao266590;nShandongLinengMiningCo.,Ltd.,ShandongJining272053）

摘要：简要介绍了ADE7755内部结构和引脚功能，并给出了由ADE7755构成单相电子式电能表的

典型电路，并用实例对其外围的电流取样、电压取样的元件参数进行了设计计算和说明。

关键词：电能表；ADE7755；参数计算

中图分类号：TM933.4文献标识码：B文章编号：1003-0107(2012)09-0008-04

Abstract:ThispaperbrieflyintroducestheinternalstructureandpinfunctionofADE7755andgivesthe

typicalcircuier,this

paperalsomakesthedesigncalculationandexplanationtoperipheralelementparametersofcircuit

currentandvoltagesamplingbyexample.

Keywords:Watt-HourMeter;ADE7755;ParameterCalculation

CLCnumber:TM933.4Documentcode:BArticleID：1003-0107(2012)09-0008-04

0引言

随着近几年国家城网、农网改造项目的推进以及各地

"一户一表"工程的实施，电子式电能表以功耗少、防潜

动、启动电流小、防窃电、稳定性好、计量准确等诸多优点

而淘汰了感应式电能表，实现了我国电能计量的一次革

命。在电子式电能表中，目前在国内市场占有一定份额的

单相电能计量专用芯片，国产的有上海贝岭的BL093X、

BL095X、BL650X等系列，上海复旦微电子的FM775X系

列，珠海炬力的ATT7021等；国外的有ADI公司的

ADE7755，CRYSTAL公司的CS5460，Microchip公司的

MCP3906等。其中，ADE7755的市场份额最大，而且

BL095X系列、BL650X系列、FM775X系列、ATT7021

均兼容ADE7755

[1]

，这里以ADE7755来介绍单相电能

表的设计电路及参数计算方法。

1ADE7755简介

ADE7755是ADI公司推出的一款高精度电能计量

芯片，其技术指标超过了GB/T17215-2002的国家标准

及IEC1036国际标准。ADE7755的内部除了ADC和基

准源使用模拟电路外，其他的信号处理均使用数字电

图1ADE7755功能框图

作者简介：薛琳(1970-)，女，实验师，主要研究方向为检测技术、智能仪表。

8

ADE7755构成的电能表典型电路外围参数的计算

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（2012第09期）

(9)F2，F1：低频输出引脚，输出反映平均有功功率的

大小，可直接驱动机电式计度器或两相步进电机。

(10)AC/DC：高通滤波器HPF选择引脚，在电能计量

时为高，选通HPF。

(11)AV

DD

，DV

DD

：模拟电源引脚，数字电源引脚。

(12)AGND，DGND：模拟电路参考地，数字电路参考地。

路，数字电路的抗噪声特点保证了该芯片即使在恶劣环

境下仍能具有很高的精度和长期工作稳定性。ADE7755

引脚F1和F2输出较低频率的有功功率平均值，一般直

接用来驱动电能表的字轮。而引脚CF输出较高频率的

有功功率瞬时值，一般用于电能校验与CPU接口。其功

能框图如图1所示。

ADE7755内部主要由电流输入通道、电压输入通

两个ADC转换器、带相位校正的数字乘法器、低通滤道、

波器、数字-频率转换器以及电源监控电路等组成。

ADE7755主要的引脚功能如下

：

[2]

2由ADE775构成的单相电能表典型电路

ADE7755是AD7755的增强型产品，它主要解决了

电表空载阈值附近的F1/F2引脚的频率输出与CF引脚

频率输出的不同步问题，从而避免了由AD7755设计的

电子式电能表机电式计度器和自动抄表器之间数据的不

一致。由ADE7755构成的电子式电能表根据电流取样的

方式，一般有电流互感器接入方式和锰铜电阻直接采样

方式。电流互感器方式的优点是被测电能的主回路与二

次回路、电压和电流回路可以隔离，有利于电能表的抗干

线性范围、功耗和精度等指扰性能，缺点是在起动电流、

标方面皆不如直接采样，尤其是小电流时更为突出；电阻

直接取样的优点是电路形式简单，缺点是负载电流大时，

因取样电阻发热，也会影响线性度指标。但无论哪种方

式，面市的电子式电能表都必须符合电子式电能表的国

本文给出由ADE7755构成的直接接入式的典型家标准。

单相电能表电路，如图2所示。

(1)V1P，VIN：通道1(电流通道)的正、负模拟输入引

脚。通道1包含一个PGA，增益由G1G0引脚电平选择。

(2)V2P，V2N：通道2(电压通道)的正、负模拟输入引脚。

(3)REF

IN/OUT

：基准电压输入/输出引脚。片内基准电压

为2.5V±8％，片外基准源可以直接连接到该引脚。

(4)G1，G0：通道1的PGA的增益选择，可能的增益有

1，2，8和16。

(5)CLKIN，CLKOUT：一般外接3.579545MHz晶体，

作为ADE7755提供时钟源。

(6)SCF：校验频率选择。如表2所示。

(7)S1，S0：数字/频率转换系数选择引脚。如表1、表

2所示。

(8)CF：频率校验输出引脚，输出反映瞬时有功功率的

大小。

图2由ADE7755构成的单相电能表典型电路图

9

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（2012第09期）

电流信号的获取是通过分流器锰铜片上的差动电压

实现的，电压信号的获取是通过简单的电阻分压网络实

现的。这种采用电阻分压衰减网络的优点是，即使当衰减

程度改变时，电流通道1和电压通道2之间仍能保持相

位匹配。在对电能表进行精确校准时，采用对电压衰减网

络逐次逼近的方法，直到合适为止，即接通或断开某些权

值电阻，采用这种电阻串并组合修调方便、快捷、成本低，

可靠性高。而且比可调电位器修调稳定性、

电路中设计Z3、Z4两个铁氧体与分流器串联，主要

用于减缓ESD电流脉冲快速上升的时间，铁氧体Z1对

RF辐射能起到明显的衰减作用，同时为了使ADE7755

周围的信号地与外部接地点隔离，设计采用了铁氧体Z2

实现分隔，有助于模拟地与高频干扰隔离，可有效增强系

统的抗高频干扰能力。

CF的频率信号输出与后级电路采用光耦隔离。

ADE7755构成的电能表典型电路外围参数的计算

表1半满度交流输入时

F

1和

F

2的输出频率

S

0

0

0

1

1

S

1

0

1

0

1

F

1-4

/Hz

1.7

3.4

6.8

13.6

F

1和

F

2的输出频率(Hz)

0.085

0.17

0.34

0.68

由于电流通道1有一个可编程增益放大器，其增益

可由用户设计选择为1、2、8或16。本设计中选择

G

1

G

0=11，增益为16，最大差动信号为±30mV。

由于仪表的脉冲常数是计度器仪表常数的16倍，

可查得SCF的逻辑为0，这也是图2该引因此根据表2，

脚接地的原因。

表2

CF

与

F

1，

F

2的输出频率关系表

SCF

1

0

1

0

1

0

1

0

S

0

0

0

0

0

1

1

1

1

S

1

0

0

1

1

0

0

1

1

F

1-4

/Hz

1.7

1.7

3.4

3.4

6.8

6.8

13.6

13.6

CF

的输出频率/Hz

128×

F

1，

F

2

64×

F

1，

F

2

3外围参数计算方法

3.1分流器的选择

为了使通道VI(电流通道)的动态范围较大，分流器

选为300μΩ。为电表选择分流器时要考虑几个重要问

题：第一，不能因为分流器的电流采样而增加电表本身的

功耗，因此分流器的功耗要低；第二，如果分流器的阻值

较大，则在重载、高温情况下因分流器的发热而导致分流

器阻值发生变化，从而造成电表超出允差范围；第三，要

考虑相电压短路可能带来对电表的损害，由于分流器的

阻值非常小，因此当相电压短路时对分流器的影响也非

常小。但分流器选择太小，则在轻载情况下造成电流通道

的信号过小,以及造成电表的启动电流过小而不符合国

家标准的精度要求，显然也是不合适的。

3.2设计值的计算说明

在设计中，设

Ib

=10A，

Imax

=60A，计度器仪表常数

F

264×

F

1，

32×

F

1，

F

2

32×

F

1，

F

2

16×

F

1，

F

2

16×

F

1，

F

2

2048×

F

1，

F

2

ADE7755的电流通道1和电压通道2的输入分别

经过各自的ADC并经过数字乘法器，并经信号处理电路

中的低通滤波器，从而获得有功功率信息，并最终转化为

频率信号。其输出频率与输入电压的关系由下式确定：

F

=(8.06×

V

1×

V

2×

G

×

F

1-4

)/

V

REF

2

式中：

F

为引脚

F

1，

F

2输出的脉冲频率；

V

1为通道1差动输入电压有效值；

V

2为通道2差动输入电压有效值；

G

为

PGA

的增益，此处为16；

V

REF

是片内的基准电压(2.5V±8%)；

F

1-4

由主时钟CLKIN分频获得，本例中为6.8Hz。

故，在

Ib

条件下，有：

0.061111=(8.06×

V

2×3mV×16×6.8)/2.5

2

可得：

F

1/

F

2＝100imp/kWh，脉冲常数

CF

＝1600imp/kWh，分流

器阻值＝300μΩ。

假设在

Ib

=10A条件下进行校表，则此时有：

Ib

条件下功耗＝220V×10A＝2.2kW；

Ib

条件下

F

1/

F

2频率＝2.2×100/3600

＝0.061111Hz；

Ib

条件下分流器两端电压＝10A×300μΩ＝3mV；

当

Imax

=60A时，

F

1/

F

2频率＝6×0.061111

＝0.366667Hz；

由表1可知，与0.366667Hz最接近的频率为

0.34Hz，与之对应的

F

1-4

=6.8Hz是最好的选择，此时

V

2=145.2mV

计算分压电路的衰减比220V：145.2mV＝1515：1。

实际上，由于采用的内部参考

V

REF

为2.5V±8%，因此，采

用不同的芯片，各电能表的频率输出实际上存在一定的

偏差，必须靠衰减网络进行校准。

设计取样电阻

R

5=1K，衰减网络的其余电阻取值如

下：

R

14＝1.1M，

R

13＝300K，

R

12＝200K，

R

11＝100K，

S

0

S

1=10。

10

ADE7755构成的电能表典型电路外围参数的计算

电子质量

（2012第09期）

量，更关系到千家万户老百姓的实际切身利益。一块让市

场放心的电能表，除了本文没有涉及到的电能表具体功

能(如是否是卡式表、是否能构成网络表具、是否具有复

费率功能等)，以及本文提到的关于一些参数的设计计算

问题外，还包括安装工艺、电磁兼容设计等诸多十分重要

的实际问题。

R

10＝51K，

R

9＝24K，

R

8＝12K，

R

7＝5.1K，

R

6＝2.2K。

R

14是衰减网络必须串入的，可以证明

R

13～

R

6的8级

电阻与0Ω电阻串并结构可使分压电路的衰减比误差小

于0.1%，即便加上构成电能表的其他误差因素，对于国

家规定的民用电表2％的允差是完全能够达到(在正常负

载情况下很容易达到0.5%)。

生产电表时一般将所有的8个0Ω电阻(贴片，自动

这时由于实际分压比为

R

14：

R

5，小焊接工艺)均焊接上，

于上面计算的1515：1，因此线路中

V

2的值大于

145.2mV，造成频率输出的正偏差。在进行校准时熟练的

校表员只要看正偏差值的大小凭经验就可将不要的那些

0Ω电阻用烙铁划掉，从而达到精度修调的目的。为了提

高分压系数的稳定性，保证电能表的精度，建议选用误差

温度系数小于100ppm/℃的贴片电阻

。

优于1%、

[3]

参考文献：

[1]盘点电子电能表计量芯片市场[EB/OL].(2005-8-8).http:

///new_?id=5809.

[2]脉冲输出的电能计量集成电路AD7755[EB/OL].

(2009-5-4)./download/haiqiu

1982/1269975.

[3]张丽丽.多用户复费率电表及其远程抄表系统的设计

[D].泰安:山东科技大学硕士学位论文,2002.

4结语

电能表的设计不仅关系到生产电能表厂商的产品质

上接3页

部件控制和数据通信的逻辑纽带。系统软件主要包括检

测数据实时采集，自动数据统计分析判断，自动上传功能

三大核心模块。检测数据实时采集是指：自动接收工位

1，工位2的数据，对工位3的9656H测试仪发布命令和

接收数据，同时接收来自测试盒的开关量信号。自动数据

统计分析判断是指：接收到数据包含条码信息，系统将以

条码信息为准，将相应数据放置到数据库与条码相对应

的位中，并根据预先设置的条件判断该项检测是否合格。

上传功能是指：与MES/ERP等管理系统进行无缝联接，

接受系统指令、上传数据信息。

软件采用VisualBasic6.0开发的OKING数据采集系

统软件。数据采集主要使用RS232协议和下位机通讯。

标准的数据传输协议如下：8bit数据位，1bit停止位。波特

率可以选择设置。数据存储将采集的数据按一定的顺序

保存到数据库文件中。用户可以自行选择将数据保存的

格式，如EXCEL,ACESS,MicrosoftSQLserver等。软件里

面针对常用的数据库均作了定义和连接。软件流程图如

图3所示。

3结束语

本文阐述了安规综合测试系统的组成，以及硬件和

软件设计思路。详细介绍了如何实现综合的功能以及稳

此系统已在多家公司应用，并且运定工作的基础。目前，

行正常。实力雄厚的公司可以在此基础上建立覆盖全公

司的数据收集和管理系统，将整个公司提高到更高的管

理层次。

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