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

在電力系統(tǒng)中，準(zhǔn)確的電能計(jì)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(jì)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。

文件下載：ADE7923ARWZ.pdf

1. 芯片組概述

ADE7978、ADE7933/ADE7932 和 ADE7923 共同構(gòu)成了一個(gè)專門用于使用分流器作為電流傳感器來測(cè)量三相電能的芯片組。其中，ADE7933/ADE7932 是用于多相電能計(jì)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(cè)量：支持 EN 50470 - 1、EN 50470 - 3、IEC 62053 - 21 等多種標(biāo)準(zhǔn)，在 25°C 時(shí)，有功和無功能量在 2000 到 1 的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)誤差小于 0.2%，電壓均方根（rms）在 500 到 1 的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)誤差小于 0.1%，電流 rms 在 500 到 1 的動(dòng)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(duì)直流磁場(chǎng)具有免疫能力，能有效抵抗外界磁場(chǎng)干擾，確保測(cè)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(xiàng)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(chǎng)景，如基于分流器的多相電表、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、太陽能逆變器、過程監(jiān)測(cè)、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(cè)量 IC，具有串行接口和三個(gè)靈活的脈沖輸出。它可以與多達(dá)四個(gè) 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(cè)量以及 rms 計(jì)算，還能進(jìn)行僅基波的有功和無功能量測(cè)量及 rms 計(jì)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(jí)所需的穩(wěn)壓電源，無需外部 DC - DC 隔離模塊。其中，ADE7933 有三個(gè) ADC，而 ADE7932 有兩個(gè) 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(cè)量場(chǎng)景。它有兩個(gè)電壓通道和一個(gè)電流通道，可用于輔助電壓測(cè)量。

3. 工作原理

3.1 模擬輸入

ADE7933/ADE7932 和 ADE7923 有三個(gè)模擬輸入通道：一個(gè)電流通道和兩個(gè)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(shí)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(hào)處理

ADE7978 包含一個(gè)固定功能數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），用于計(jì)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(jì)算，并通過設(shè)置 STATUS0 寄存器中的 DREADY 位來信號(hào)計(jì)算結(jié)束。

4. 電能計(jì)算與測(cè)量

4.1 有功功率與能量計(jì)算

芯片通過對(duì)電壓和電流信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出瞬時(shí)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(jì)算中的正弦分量，提高能量計(jì)算的準(zhǔn)確性。

4.2 無功功率與能量計(jì)算

無功功率的計(jì)算考慮了電壓和電流波形的相位差，通過對(duì)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(jì)算的精度。

4.3 視在功率與能量計(jì)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(jì)算方式，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行配置。

4.4 rms 測(cè)量

芯片對(duì)電流和電壓的 rms 值進(jìn)行測(cè)量，通過低通濾波和