作為電表制造商和電力公司的IC解決方案提供商，ADI公司至今已向市場推出17種產(chǎn)品,，并有超過2.25億片電能計(jì)量IC被應(yīng)用于世界各地,。ADI公司還擁有超過一萬種的其它創(chuàng)新和高性能技術(shù)產(chǎn)品,，其中一些適用于電能計(jì)量應(yīng)用,，例如：ISM RF收發(fā)器,、高速數(shù)字隔離器、基準(zhǔn)電壓源,、溫度傳感器和RS-485驅(qū)動(dòng)器等,。如此全面廣泛的技術(shù)使ADI公司能夠出色地應(yīng)對(duì)的低成本三相電表市場的需求。

現(xiàn)有解決方案的挑戰(zhàn)


三相電表通常要求高性能,。雖然低成本三相電表的發(fā)展趨勢(shì)同時(shí)要求簡化性能規(guī)格,，但一些基本電氣要求和電力公司的規(guī)范卻對(duì)其成本有著重大影響。

各相之間的電氣隔離：顧名思義,，三相電表系統(tǒng)由三相組成,，每一相代表一個(gè)獨(dú)立的電壓和電流源,。在三相電表中,，每相的電能測量通常合并為一個(gè)結(jié)果，這要求各相之間進(jìn)行電能信息交換,。因此,，各相之間需要進(jìn)行電氣隔離。

兼容直流電流：該要求源于IEC62053-21標(biāo)準(zhǔn)和MID CENELEC歐洲標(biāo)準(zhǔn)的半波整流波形測試,，它對(duì)于支持電氣設(shè)備中大量使用簡單的半波整流器至關(guān)重要,。這樣就需要使用可兼容直流電流的感測技術(shù),。

電壓輸入與電流輸入之間的隔離：電表制造商和電力公司更樂意使用簡單的測試設(shè)備來進(jìn)行三相校準(zhǔn)和驗(yàn)證，這種非標(biāo)準(zhǔn)要求需要在電壓與電流之間提供隔離,。

以上限制條件使得業(yè)界對(duì)于三相電表設(shè)計(jì)形成了如下共識(shí)：利用電流傳感器隔離各相,，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)管理與電力線的隔離（圖1）。有四類技術(shù)可實(shí)現(xiàn)電流感測隔離：電流變壓器（CT）,、羅氏線圈,、霍爾效應(yīng)和變壓器分流。不過,，由于存在保護(hù),，電流變壓器是在開放的市場器件中*能夠利經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn)的解決方案，這導(dǎo)致許多新興電表制造商廣泛采用兼容直流的電流變壓器,。ADI公司擁有豐富的三相模擬前端（AFE）產(chǎn)品組合,，支持僅功率測量以及四象限電能測量。這些解決方案能夠滿足電能測量與隔離電流傳感器連接的三相電表市場需求,。
 

遺憾的是,，由于技術(shù)非常*，兼容直流的CT價(jià)格高昂,，因此它并非實(shí)現(xiàn)低成本系統(tǒng)的靈丹妙藥,。總之,，由于電流感測解決方案缺乏競爭,，電流傳感器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和弊端也就無從談起。

替代方案

一種可選的方案是將ADI公司的單相AFE和片上系統(tǒng)（SOC）與高速數(shù)字隔離技術(shù)iCoupler和低阻值分流電阻相結(jié)合,，來實(shí)現(xiàn)一種新型系統(tǒng)解決方案,，從而為電表設(shè)計(jì)人員提供一種采用全新技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)選擇（圖2）。

1.分流電阻

分流電阻可解決許多電流感測問題,，但同時(shí)也存在一些局限性,。其優(yōu)點(diǎn)是成本低、易于獲得,、兼容直流,、寬線性范圍、寬頻率范圍和無需相位校準(zhǔn),。局限性包括：zui大電流小于100A,，滿量程信號(hào)電平只有數(shù)十毫伏（mV），要求隔離,，以及需要以線路電壓為中心的雙極性輸入,。

2.電能計(jì)量IC
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雖然分流傳感器的限制很少，但ADI公司的AFE和SoC能夠以*方式解決低信號(hào)電平和雙極性輸入的難題：內(nèi)部模擬增益較大，可以與zui低200μ?的分流電阻連接,；已獲的模擬輸入結(jié)構(gòu)支持在單極性IC接受雙極性輸入,；精度高于1類標(biāo)準(zhǔn)；同類*可靠性,；高品質(zhì),、易于生產(chǎn)。
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此外,，電表設(shè)計(jì)工程師可以根據(jù)電能測量要求（僅功率,、功率加均方根值或四象限）選擇合適的AFE與廣受業(yè)界青睞的ADE7569 SoC配合使用。ADE7569屬于ADE75xx系列產(chǎn)品,，它具有如下功能特性：帶高精度基準(zhǔn)電壓源的高精度電能測量引擎,、具有低功耗休眠模式和內(nèi)部電池切換功能的電源管理、低電流實(shí)時(shí)時(shí)鐘,、電平可調(diào)的LCD驅(qū)動(dòng)器,，以及帶嵌入式閃存和RAM的8位單周期8052微控制器內(nèi)核。

3.數(shù)字隔離IC
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電能計(jì)量AFE與SoC之間的數(shù)字隔離可以利用針對(duì)僅功率脈沖輸出AFE的標(biāo)準(zhǔn)光耦合器實(shí)現(xiàn),。但是,，隨著三相電表變得越來越復(fù)雜，AFE需要提供的信息也越來越多,，例如：均方根值,、無功功率、視在功率或THD測量的瞬時(shí)波形等,。為了從AFE收集這些信息,，AFE與SoC的通信速度需要大幅提高。因此,，從性能和成本的角度來看,，光耦合器技術(shù)難以勝任。不過,，ADI公司的iCoupler技術(shù)可解決這一問題,，并允許電表制造商使用這種基于分流電阻的架構(gòu)。ADuM2401系列產(chǎn)品給4個(gè)數(shù)字通道提供5kV的隔離（每個(gè)UL1577測試）,，可以用于SPI接口,。
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此外，ADuM5242等器件提供的IsoPower技術(shù)集隔離式DC/DC電源與數(shù)字通道隔離于一體,，不僅能夠隔離AFE串行接口,，而且還能夠提供AFE電源，因此圖2中的電源2可以去掉,。

本文小結(jié)
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利用電能計(jì)量AFE,、SoC和數(shù)據(jù)隔離技術(shù)的結(jié)合,，ADI公司提出了一種創(chuàng)新解決方案來解決低成本,、多功能三相電子電表的設(shè)計(jì)難題,。這種方案不僅符合與隔離相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，而且允許AFE與SoC之間傳輸更多的信息,，分流傳感器本身的優(yōu)勢(shì)也得以充分發(fā)揮,。
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雖然許多人認(rèn)為電能計(jì)量是一個(gè)低成本市場，沒有什么空間可供創(chuàng)新和開發(fā)高附加值解決方案,，但ADI公司正不斷挑戰(zhàn)這一觀念,。2007年，ADI公司推出了集成電池切換和電源管理功能的ADE7569,，解決了電池供電問題,。ADE7569的創(chuàng)新系統(tǒng)架構(gòu)使一些關(guān)鍵功能（包括溫度測量、計(jì)時(shí),、LCD顯示和UART）在電池供電模式下仍然有效,，而功耗則非常低。同時(shí)推向市場的ADuM5242采用了突破性隔離技術(shù),，集成了高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)隔離和隔離電源,。這款產(chǎn)品用創(chuàng)新解決方案來解決電表制造商的zui關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題，進(jìn)一步增強(qiáng)了ADI公司的三相電表系統(tǒng)解決方案