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ADI公司的ADE7953是带零线电流测量的单相多功能电表集成电路,高精度地测量火线电压和电流,并计算出有功,无功和表观功率以及即时的RMS电压和电流.器件
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ADE7953
功能框图
PGA
IAP
IAN
VP
VN
IBP
IBN
SINC
AND
DECIMATION
FILTER
1.2V REF
LOW NOISE
PRE-AMP
PGA
CONFIGURATION
AND CONTROL
PGA
UART I
2
CSPI INTERFACE
DSP
REVP
ZX
ZX_I
PEAK
ANGLE
POWER FACTOR
SAG
WAVEFORM
SAMPLING
ADE7953
ENERGY
METERING
PROCESSOR
DIGITAL
FREQUENCY
CONVERSION
AWATT
BWATT
AVAR
BVAR
AVA
BVA
CF1DEN
CF2DEN
AENERGYA
RENERGYA
APENERGYA
AENERGYB
RENERGYB
APENERGYB
AGND
DGND
IRQ CS MISO/
SDA/
Tx
MOSI/
SCL/
Rx
SCLK
CLKIN
REF RESET VDD VINTA VINTD
CLKOUT
CF2
CF1
REVP
ZX
ZX_I
09320-001
ADC
ADC
ADC
Rev. 0
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带零线电流测量的
单相多功能计量IC
特性
测量有功、无功和视在功率、采样波形及电流和电压有
效值
提供第二电流输入以进行零线电流测量
在3000:1的动态范围内,有功和无功功率测量误差小于
0.1%
在1000:1的动态范围内,瞬时电流有效值测量误差小于
0.2%
提供视在功率测量和瞬时功率读数
带宽:1.23 kHz
灵活的PGA增益级(最高22倍)
内置用于罗氏线圈传感器的积分器
SPI、I
2
C或UART通信
概述
ADE7953是一款高精度电能计量IC,主要用于单相应用。
它能够测量线电压和电流,并计算有功、无功、视在功率
以及瞬时电压和电流有效值。
该器件内置三个Σ-Δ型ADC和一个高精度电能计量内核。
第二输入通道可同时测量零线电流,支持窃电检测和零线
电流计费。附加通道集成了完整的信号路径,允许执行各
种测量。各输入通道均支持独立且灵活的增益级,因此该
器件适合与各种电流传感器一起使用,如电流互感器(CT)
和低阻值分流器等。两个片内积分器为使用罗氏线圈传感
器提供了便利。
ADE7953可以通过多种通信接口访问片内寄存器,包括
SPI、I
2
C和UART。两个可配置的低抖动脉冲输出引脚提供
与有功、无功或视在功率及电流和电压有效值成比例的输
出。通过外部IRQ引脚可以获得全面的电能质量信息,如
过流、过压、峰值和电压跌落检测等。该器件包括独立的
有功、无功和视在空载检测功能,用以防止潜动。此外还
提供了专用功率反向(REVP)、电压过零(ZX)和电流过零信
号(ZX_I)引脚。ADE7953电能计量IC采用3.3 V电源供电,28
引脚LFCSP封装。
图1.
ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文,敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误,ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性,请参考ADI提
供的最新英文版数据手册。
ADE7953
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目录
特性.....................................................................................................1
概述.....................................................................................................1
功能框图............................................................................................1
修订历史............................................................................................3
技术规格............................................................................................4
时序特性 .......................................................................................6
绝对最大额定值...............................................................................8
ESD警告 ........................................................................................8
引脚配置和功能描述 ......................................................................9
典型工作特性 .................................................................................11
测试电路..........................................................................................16
术语...................................................................................................17
工作原理..........................................................................................18
模拟输入 .....................................................................................18
模数转换 .....................................................................................18
电流通道ADC ............................................................................20
电压通道ADC ............................................................................21
基准电压电路.............................................................................21
有效值测量......................................................................................22
电流通道有效值计算 ...............................................................22
电压通道有效值计算 ...............................................................22
有功功率计算 .................................................................................23
有功功率计算的符号 ...............................................................23
有功电能计算.............................................................................24
有功电能累计模式....................................................................26
无功功率计算 .................................................................................27
无功功率计算的符号 ...............................................................27
无功电能计算.............................................................................28
无功电能累计模式....................................................................29
视在功率计算 .................................................................................30
视在电能计算.............................................................................30
安培小时累计.............................................................................31
电能频率转换 .................................................................................32
脉冲输出特性.............................................................................32
电能校准..........................................................................................33
增益校准 .....................................................................................33
相位校准 .....................................................................................33
失调校准 .....................................................................................34
周期测量..........................................................................................35
瞬时功率和波形采样 ....................................................................36
功率因数..........................................................................................37
利用线周期累计模式确定功率因数 .....................................37
空载检测下的功率因数 ...........................................................37
角度测量 .....................................................................................38
空载检测..........................................................................................39
设置空载阈值.............................................................................39
有功电能空载检测....................................................................39
无功电能空载检测....................................................................40
视在电能空载检测....................................................................40
过零检测..........................................................................................42
过零输出引脚.............................................................................42
过零中断 .....................................................................................42
过零超时 .....................................................................................43
过零阈值 .....................................................................................43
电压骤降检测 .................................................................................44
设置SAGCYC寄存器 ................................................................44
设置SAGLVL寄存器.................................................................44
电压骤降中断.............................................................................44
峰值检测..........................................................................................45
功率方向指示 ................................................................................ 46
反向功率 .....................................................................................46
符号指示 .....................................................................................46
过流和过压检测.............................................................................47
设置OVLVL和OILVL寄存器..................................................47
过压和过流中断 ........................................................................47
替代输出功能 .................................................................................48
ADE7953中断..................................................................................49
主中断(电压通道和电流通道A) ............................................49
电流通道B中断 ..........................................................................49
与ADE7953通信 .............................................................................50
通信自动检测.............................................................................50
锁定通信接口.............................................................................50
SPI接口 ........................................................................................51
I
2
C接口.........................................................................................52
UART接口 ..................................................................................54
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修订历史
2011年2月—修订版0:初始版
通信验证和安全.............................................................................56
写保护..........................................................................................56
通信验证 .....................................................................................56
checksum寄存器 ........................................................................57
ADE7953寄存器 .............................................................................58
ADE7953寄存器描述................................................................60
外形尺寸..........................................................................................65
订购指南 .....................................................................................65
ADE7953
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表1
参数 最小值 典型值 最大值 单位
±0.05
±0.05
0.1 %
0.1 %
VDD = 3.3 V ± 120 mV rms, 100 Hz
0.01 %
VDD = 3.3 V ± 330 mV dc
0.01 %
1.23 kHz
0.1 %
0.1 %
VDD = 3.3 V ± 120 mV rms, 100 Hz
0.01 %
VDD = 3.3 V ± 330 mV dc
0.01 %
1.23 kHz
1.23 kHz
0.2 %
0.2 %
±500
±500
±250
130 MΩ
70 MΩ
660 kΩ
0 mV
−12 mV
−0.3 mV
±3 %
±3 %
±3 %
ADE7953
技术规格
除非另有说明,VDD = 3.3 V ± 10%、AGND = DGND = 0 V、片内基准电压源、CLKIN = 3.58 MHz、T
MIN
至T
MAX
= −40°C至
+85°C。
测试条件/注释
通道间的相位误差
功率因数 = 0.8(容性)
功率因数 = 0.5(感性)
有功电能测量
有功电能测量误差(电流通道A)
有功电能测量误差(电流通道B)
交流电源抑制
输出频率变化
直流电源抑制
输出频率变化
有功电能测量带宽
无功电能测量
无功电能测量误差(电流通道A)
无功电能测量误差(电流通道B)
交流电源抑制
输出频率变化
直流电源抑制
输出频率变化
无功电能测量带宽
有效值测量
IRMS和VRMS测量带宽
IRMS(电流通道A)测量误差
IRMS(电流通道B)和VRMS测量误差
模拟输入
最大信号电平
输入阻抗(直流)
IAP引脚
IAN引脚
IBP、IBN、VP、VN引脚
ADC失调误差
电流通道B、电压通道
电流通道A
增益误差
电流通道A
电流通道B
电压通道
差分输入:IAP至IAN、IBP至IBN
单端输入:VP至VN、IBP至IBN
单端输入:IAP至IAN
mV峰值
mV峰值
mV峰值
动态范围1000:1,PGA = 1,PGA = 22,
积分器关闭
动态范围500:1,PGA = 1,PGA = 16,
积分器关闭
未校准误差(参见术语部分)
PGA = 1
PGA = 16, PGA = 22
1.2 V外部基准电压
动态范围3000:1,PGA = 1,PGA = 22,
积分器关闭
动态范围1000:1,PGA = 1,PGA = 16,
积分器关闭
动态范围3000:1,PGA = 1,PGA = 22,
积分器关闭
动态范围1000:1,PGA = 1,PGA = 16,
积分器关闭
线路频率 = 45 Hz至65 Hz,HPF开启
相位超前37°
相位滞后60°
度
度
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74 dB
71 dB
68 dB
1.23 kHz
210
50
80
0.04
1.2 V
10 pF
±0.9 mV T
A
= 25°C
3.58 MHz
200 Ω
2.4 V VDD = 3.3 V ± 10%
0.8 V VDD = 3.3 V ± 10%
V
IN
= 0 V
−6.5 µA
0 µA
VDD = 3.3 V ± 10%
SOURCE
= 800 µA
SINK
= 2 mA
3.0 V 3.3 V − 10%
3.6 V 3.3 V + 10%
6.8 mA
ADE7953
参数 最小值 典型值 最大值 单位 测试条件/注释
模拟性能
信噪比
电流通道A
电流通道B、电压通道
信纳比
电流通道A、电流通道B
电压通道
−3 dB带宽
CF1和CF2脉冲输出
最大输出频率
占空比
低电平有效脉冲宽度
抖动
输出高电压V
OH
输出低电压V
OL
基准电压
REF输入电压范围
输入电容
基准电压误差
输出阻抗
温度系数
CLKIN/CLKOUT引脚
输入时钟频率
晶振等效串联电阻
逻辑输入—RESET、CLKIN、CS、SCLK、
MOSI/SCL/Rx、MISO/SDA/Tx
高输入电压V
INH
低输入电压V
INL
输入电流IIN
MOSI/SCL/Rx、MISO/SDA/Tx、RESET
CLKIN、CS、SCLK
输入电容C
IN
逻辑输入—IRQ、REVP、ZX、ZX_I、
CLKOUT、MOSI/SCL/Rx、MISO/SDA/Tx
输出高电压V
OH
输出低电压V
OL
电源
VDD
I
DD
额定性能
所有规格CLKIN = 3.58 MHz
REF引脚上的标称1.2 V电压
CF1或CF2频率 > 6.25 Hz
CF1或CF2频率 < 6.25 Hz
CF1或CF2频率 = 1 Hz
I
SOURCE
= 500 μA(25°C时)
I
SINK
= 8 mA(25°C时)
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