AD775x系列電能測量集成電路接受代表電力系統中本地電壓和電流的電壓輸入，并使用過采樣模數轉換器將其轉換為數字輸入。片上數字處理器連續計算兩個信號的乘積，該乘積與瞬時功率成正比。AD775x系列中每種類型特有的輸入調理、濾波、深處理和其他特性為各種電源系統應用提供了計量解決方案。

例如，該系列中最通用的成員AD7750（圖1）對計算產品進行低通濾波，然后使用數頻轉換輸出一對與瞬時實際功率成比例的互補脈沖序列（用于驅動計數器或兩相步進電機）以及適合校準和測試的更高頻率輸出。

圖1.AD7750在測量單相有功功率的典型應用中的功能框圖。

功率測量方面的進展

在繼續討論系統應用及其功能之前，讓我們考慮一下電氣行業功率測量的最新進展。

與許多其他重工業一樣，電力公司近年來對復雜電子產品的熟悉程度大大提高。例如，由于一些國家的權力下放和另一些國家的放松管制鼓勵客戶擁有更大的發言權，電子設備取代長期使用的機電儀表的比率預計將迅速增加。能源生產者和消費者都可以從電子電表中受益匪淺。

典型的儀表將與瞬時電壓和電流成比例的信號轉換為數字信號，然后計算平均和瞬時有功功率、無功功率、有功電能等，并串行傳輸信息。

通過遠程和自動抄表以及高效的數據管理，改善客戶服務。除了收到更可信的水電費賬單外，消費者還可以從更可靠的配電中受益。當客戶電表通過網絡通信時，可以更快地檢測、識別和糾正停電。

如果降低系統中所需的峰值功率與平均功率之比，則隨之而來的所需發電能力的減少將減少環境干擾和污染。盡管人口增長，但多費率計費提供的激勵措施將有助于大大減少高峰使用量。通過監測單個用電設備施加的電能質量污染（例如，過度無功功率、非線性負載、直流偏移）來保持配電清潔度。通過安裝智能卡控制的電表，消費者可以從更低的電費中受益，從而降低提供服務、抄表和處理數據的運營成本。

電子儀表可以精確計算功率，不受非線性負載引起的相移和波形失真的影響;此外，在配電網絡上流行的固定負載調節方案存在的情況下，機電儀表無法準確測量能量。因此，在這些條件下，電子測量更加穩健和準確。

既然電子式電能表在功能和性能方面優于機電式電能表，那么它們在成本和可靠性方面如何疊加？豎起大拇指！ADI公司憑借其在為軍事、航空航天和大批量消費類產品大量供應模擬、數字和混合信號集成電路方面享有盛譽的公司進入這一領域，有望實現業界一直在等待的高可靠性和低成本電子產品之間的成功結合。認識到單相電表的成本限制，ADI公司已經確定了一個機會，可以幫助電表制造商滿足其體積要求，同時實現其成本目標并緩解其可靠性問題。

自動抄表、智能卡預付費和多重費率計費等未來的可能性將發揮重要作用，但實際準確可靠的能源測量，無論是真實的還是無功的，是進步能源供應商和分銷商的主要關注點。電子測量可減少制造投資，提高測量精度和質量，并增加及時的信息，這些優勢遠遠超出了傳統的轉子板式電能表設計。

數字信號處理器和微控制器

電子電能表的首次嘗試通過在模擬域中乘以電流和電壓來獲得功率，但事實證明，溫度和時間的線性度并不比機電儀表好。數字計算的自動錯誤檢測/校正所提供的穩定性、線性度和準確性已經席卷整個通信行業，現在已經到了電力計量的大門。基于數字信號處理 （DSP） 的產品對已通過片上模數轉換器 （ADC） 數字化的電流和電壓信號執行乘法和其他計算。盡管環境變化，但以數字方式處理信號可隨著時間的推移提供穩定和準確的計算。

雖然可編程DSP以低成本廣泛提供，并提供一定程度的靈活性，但處理電功率測量的最具成本效益的形式可能是使用低成本固定功能（嵌入式）DSP，帶有片上A/D轉換器，用于測量和計算，以及相關的微控制器來處理編程任務以及通信和顯示的簡單計算。DSP 不斷轉換、采樣和計算瞬時功率和平均功率。

例如，在過去一年中，使用4 MHz，4位微處理器制造了許多不同的電能表設計。這種微控制器在管理一些內務管理功能時允許有限程度的可配置性，例如數據加密和解調、多費率計費的時間戳以及能源輸送智能（斷電檢測、遠程斷開連接、預付款、負載管理）。微處理器允許用戶選擇他們想要的服務級別，并且公用事業可以遠程配置單個儀表。

標準產品

為電能測量而設計的不斷增長的標準產品系列不僅消除了與機電電能表相關的高制造投資;它還大大減少了開發ASIC（專用集成電路）的需求。標準產品以較低的共享成本結合了眾多不同客戶的常見問題解決方案。電子電表制造商在尋求優化測量選擇的整體成本效益時應考慮的因素包括精度、硬件、軟件、開發成本、上市時間和易于實施。

如表所示，ADI公司不斷壯大的固定功能DSP系列可滿足全球各種系統考慮因素。該系列組件的選擇取決于給定系統所需的儀表類型。

表 1.集成功率計 IC

該系列首款AD7750設計用于直接驅動步進電機計數器，將功率與能量集成在一起。在成本方面，步進電機計數器在發展中國家很受歡迎，因為它是制造廉價固態電能表的實用方法。斷電時，計數器會停止轉動。其他解決方案，如發光二極管（LED）顯示器或液晶顯示器（LCD），需要高引腳數驅動器和在斷電期間存儲讀數的方法。

接下來的系列產品具有串行端口接口，用于與微處理器進行雙向通信。即將推出的產品將通過解決電源、電流傳感器、振蕩器和外部增益校準的成本來幫助降低電表的成本。最終，與電表制造商和公用事業公司的密切合作將產生一種高度集成的設備，旨在提供大量功能，同時滿足激進的成本目標。

AD7750集成了兩個16位模數轉換器和測量電能所需的數字信號處理邏輯。除了A/D轉換器和基準電路中的模擬電路外，所有其他信號處理（例如乘法和濾波）都在數字域中進行。這種方法在極端環境條件和時間推移中提供了卓越的穩定性和準確性。Σ-Δ轉換器以900 kHz的過采樣速率工作，簡化了抗混疊，可將來自電流和電壓傳感器的電壓信號數字化。電流通道具有寬動態范圍和可編程增益，可處理與各種電流-電壓傳感器的直接連接，這些傳感器通常具有低端電壓。高通濾波器從電流通道中去除任何直流，從而消除了失調電壓可能引入實際功率計算的不準確性。

實際功率是根據瞬時功率信號計算得出的，瞬時功率信號是通過將電流和電壓信號相乘產生的。可以將高通濾波器切換到當前通道的信號路徑，以消除任何失調。低通濾波可降低線路頻率諧波并提取有功功率（即直流）分量。這種方法可以正確計算實際功率，即使使用非正弦電流和電壓波形以及任何功率因數也是如此。數字信號處理（乘法、濾波等）可確保溫度和時間范圍內的高穩定性。

該芯片還包含兩個數頻轉換器;一個具有低頻輸出，另一個具有高頻輸出。在這兩種情況下，數頻轉換器的輸出脈沖率隨實際功耗值隨時間變化而變化。該芯片提供一系列輸出頻率，可由設計人員選擇，以適應大多數儀表。低頻輸出由于脈沖之間的累積時間長，其頻率與平均有功功率成正比。高頻輸出具有較短的累積時間，與瞬時有功功率成正比。因此，高頻輸出可用于在穩定負載條件下校準儀表。

具有片上故障檢測功能的能量計量IC

AD7751是一款精確的容錯電能測量IC，適用于雙線配電系統。該器件采用新穎的故障檢測方案，既能發出故障情況警告，又允許AD7751在發生故障事件時繼續準確計費。它通過連續監控相位和零線（返回）電流來實現這一點。當這些電流相差超過12.5%時，表示故障，并使用兩個電流中較大的一個繼續計費。

帶脈沖輸出的能量計量IC

AD7755內核與AD7751引腳兼容，但不包括容錯計費功能。它還設計使其可用于具有 2 根以上電線的系統，包括 2 相和 3 相系統。

審核編輯：郭婷