计量与电能监控

ADE9000是一款高度精确的完全集成式多相电能和电源质量监控器件。该器件具有出色的模拟性能和数字信号处理(DSP)内核，可在宽动态范围内实现精确的电能监控。集成的高端基准电压源确保整个通道（包括可编程增益放大器(PGA)和模数转换器(ADC)）在整个温度范围内实现低温漂，总漂移低于±25 ppm/°C（最大值）。

ADE9000能够对rms、有功、无功、视在功率和电能进行总值和基波测量，提供了完整的电源监控功能。DIP和SWELL监控、频率、相位角、电压总谐波失真(VTHD)、电流总谐波失真(ITHD)和功率因数测量等高级功能可以实现电源质量测量。根据IEC 61000-4-30 S类计算的½周期rms和10个周期rms/12个周期rms提供瞬时rms测量，从而可进行实时监控。

ADE9000提供灵活的波形缓冲器，它以32 kSPS或8 kSPS的固定数据速率或基于线路频率而变化的采样速率存储样本，从而确保每个线路周期正好提供128个点。根据IEC 61000-4-7，重采样可简化外部处理器中至少50个谐波的快速傅里叶变换(FFT)计算。

ADE9000紧密集成采集和计算引擎，从而简化了电能和电源质量监控系统的实现。集成的ADC和DSP引擎通过用户可访问的寄存器计算各种参数并提供数据，或者通过中断引脚指示事件。ADE9000集成七个专用ADC通道，可在3相系统或多达三个单相系统上使用。它支持使用电流互感器(CT)或罗氏线圈来进行电流测量。由于集成数字积分器，因此罗氏线圈无需分立式积分器。

ADE9000紧密集成采集和计算引擎，从而简化了电能和电源质量监控系统的实现。集成的ADC和DSP引擎通过用户可访问的寄存器计算各种参数并提供数据，或者通过中断引脚指示事件。ADE9000集成七个专用ADC通道，可在3相系统或多达三个单相系统上使用。它支持使用电流互感器(CT)或罗氏线圈来进行电流测量。由于集成数字积分器，因此罗氏线圈无需分立式积分器。

请注意，在整篇数据手册中，多功能引脚（如CF4/EVENT/DREADY）由整个引脚名称或引脚的单个功能表示；例如，EVENT即表示仅与此功能相关。

应用

• 电能和电源监控
• 电力质量监控
• 防护器件
• 机械健康状况
• 智能配电单元
• 三相电表

ADE9078是一款高度精确的完全集成式电能计量器件。通过与电流变压器(CT)和罗氏线圈传感器接口，ADE9078支持用户开发3相计量平台，可实现1类至0.2类电表的高性能。

ADE9078集成了7个高性能ADC和1个灵活的DSP内核。集成的高端基准电压确保在温度范围内实现低漂移，同时每通道总漂移低于±25 ppm/°C（最大值），且每通道包含可编程增益放大器(PGA)和ADC。

ADE9078提供灵活的波形缓冲器，它以基于线路频率而变化的固定数据速率或采样速率存储样本，从而确保每个线路周期有64点。根据IEC 61000-4-7，通过这两个选项可在外部处理器中轻松实现谐波分析。

提供两种功率模式以便实现窃电检测：PSM2使用低功耗比较器将电流通道和阈值作比较，并指示该值是否超过IRQ0和IRQ1输出；在窃电期间，PSM1可对电流和电压有效值（xVRMS和xIRMS）、有功功率和VAR进行快速测量。

ADE9078支持高级和高度精确的电能测量，实现一个平台通过各种高端计量特性组合涵盖多种电表，从而实现出色的模拟性能。

应用

• 三相电表
• 电力质量监控
• 保护器件

ADE7880适合测量各种三线、四线的三相配置有功、无功和视在功率，例如Y形或三角形等。各相均具有系统校准功能，即均方根失调校正、相位校准和增益校准。CF1、CF2和CF3逻辑输出可提供许多功率信息：总有功/视在功率、电流有效值的和值或基波有功/无功功率。

ADE7880具有波形采样寄存器，允许访问所有ADC输出。这些器件还提供电能质量监测，如瞬时低压或高压检测、瞬时高电流变化、线电压周期测量以及相电压与电流之间的角度等。ADE7880可以利用SPI和I²C两个串行接口进行通信。专用高速数据采集(HSDC)端口可以与I²C配合使用，以访问ADC输出和实时功率信息。该器件还有两个中断请求引脚IRQ0和IRQ1，用来指示一个使能的中断事件已经发生。当ADE7880遭遇盗窃篡改时，三种专门设计的低功耗模式可确保电能累计的连续性。ADE7880提供40引脚LFCSP无铅封装，与ADE7854、ADE7858、ADE7868和ADE7878器件引脚兼容。

应用

• 电能计量系统
• 电力质量监控
• 太阳能逆变器
• 过程监控
• 防护器件

图1所示电路是一款完全隔离的电流传感电路，自带隔离电源。 该电路具有极强的鲁棒性，可以安装在检测电阻附近，以实现精确的测量，最大程度地降低噪声拾取。 输出为来自一个Σ-Δ调制器的单路16 MHz位流，由一个DSP通过一个sinc³ 数字滤波器进行处理。

该电路是太阳能光伏(PV)转换器交流电流监测的理想选择，在这种应用中，峰值交流电压可能高达数百伏特，电流可能在几mA到25 A之间变化。

图1所示电路监控系统中的电流，可在高达+500 V的正高共模直流电压下工作，且误差小于0.2%。负载电流通过一个电路外部的分流电阻。分流电阻值应适当选择，使得在最大负载电流时分流电压约为500 mV。

图1：高共模电压电流监控器（未显示所有连接和去耦）

与外部PNP晶体管配合使用时， AD8212 能在具有大于500 V的正高共模电压情况下，精确放大小差分输入电压。

电流隔离由四通道隔离器ADuM5402提供。这不仅是为了提供保护，而且还可将下游电路与高共模电压隔离开来。除了隔离输出数据以外，数字隔离器ADuM5402还为电路提供+3.3 V隔离电源。

AD7171 的测量结果通过一个简单的双线SPI兼容型串行接口，以数字码形式提供。

这一器件组合实现了一款精确的正高压供电轨电流检测解决方案，具有器件数量少、低成本、低功耗的特点。

图1所示的完全隔离电路可监控−48 V独立通道的电流，精度优于1%。负载电流流经位于电路外部的分流电阻。分流电阻值应适当选择，使得在最大负载电流时分流电压约为50 mV。

AD7171 的测量结果以数字码形式通过一个简单的2线SPI兼容型隔离串行接口提供。隔离由四通道隔离器 ADuM5402 提供。除了隔离输出数据以外，数字隔离器ADuM5402还为电路提供隔离+3.3 V电源。

这一器件组合实现了一款精确的高压负供电轨电流检测解决方案，具有器件数量少、低成本、低功耗的特点。测量精度主要取决于电阻容差和带隙基准电压源的精度，典型值优于1%。

图1. 用于负高压轨的低端电流监控器（未显示去耦和所有连接）

锂离子(Li-Ion)电池组包含大量的电池单元，必须正确监控才能提高电池效率，延长电池寿命。图1所示电路中的6通道AD7280A 充当主监控器，向电池管理控制器(BMC)提供精确的测量数据。

AD7280A内置一个±3 ppm基准电压源，提供±1.6 mV的电池电压测量精度。ADC分辨率为12位，转换48个单元只需7 μs时间。

AD7280A位于电池管理系统(BMS)的高压端，具有一个菊花链接口，最多能将8个AD7280A堆叠在一起，以监控48个锂离子电池单元的电压。堆叠中的相邻AD7280A可以直接通信，向上向下传递数据，而无需隔离。堆叠底部的AD7280A主器件使用SPI接口与BMC通信，只有在这个地方才需要高压电流隔离，以便保护BMS的低压端。数字隔离器ADuM1201 和集成DC/DC转换器的隔离器ADuM5401共同提供所需的6通道隔离，构成一种紧凑、高性价比的解决方案。

图1.带隔离功能的AD7280A菊花链配置电路（原理示意图：未显示去耦和所有连接）

发生瞬变后，或者连接、断开或关断监控电路时，高端电流监控器可能遇到过压情况。图1所示电路使用具有过压保护功能、作为差动放大器连接的 ADA4096-2运算放大器来监控高端电流。ADA4096-2具有输入过压保护功能，对于高于或低于供电轨的电压32 V以内的范围，不会发生反相或闩锁。

该电路采用可调低压差500 mA线性稳压器 ADP3336供电，如果需要，后者还可用于为系统其他器件供电。当设置为5 V输出时，输入电压范围为5.2 V至12 V。为了省电，可通过移除ADP3336电源来关断电流检测电路，而电源(例如太阳能电池板)仍可工作。

图1. 具有输入过压保护的高端电流检测（原理示意图：未显示所有连接和去耦）

这样电压将施加于未上电的ADA4096-2输入端；但是，对于高出电源轨32 V以内的输入电压，不会发生锁存或损坏。如需较低的吞吐速率，AD7920也可在样本间休眠。AD7920在休眠时的最大功耗为5 ¬W，上电时为15 mW。在工作条件下，ADA4096-2仅需120 μA。工作电压为5 V时，功耗仅为0.6 mW。在关断模式下，ADP3336仅消耗1 μA。

锂离子(Li-Ion)电池组包含大量的电池单元，必须正确监控才能提高电池效率，延长电池寿命并确保安全性。图1所示电路中的6通道AD7280A器件充当主监控器，向系统演示平台(SDP-B)评估板提供精确的电压测量数据，而6通道 AD8280器件充当副监控器和保护系统。两个器件均采用8 V至30 V的单电源宽工作电压范围，工作温度范围为–40°C至+105°C工业温度范围。

AD7280A内置一个±3 ppm基准电压源，提供±1.6 mV的电池电压测量精度。ADC分辨率为12位，转换48个单元只需7 μs时间。

AD7280A具有电池平衡接口输出，用来控制外部FET晶体管，允许各电池放电，并强行使堆叠中的所有电池单元具有相同电压。

AD8280独立于主监控器工作，并提供报警功能，可指示超容差条件。该器件内置自用基准电压源和LDO，二者均完全采用电池组供电。基准电压源与外部电阻分压器一起，用来设置过压/欠压的跳变点。每个电池通道都含有可编程去毛刺(D/G)电路，以免瞬时输入电平引发报警。

AD7280A和AD8280位于电池管理系统(BMS)的高压端，具有一个菊花链接口，最多能将8个AD7280A和8个AD8280堆叠在一起，以监控48个锂离子电池单元的电压。堆叠中的相邻AD7280A和AD8280可以直接通信，向上向下传递数据，而无需隔离。

堆叠底部的主器件使用SPI接口和GPIO与SDP-B评估板通信，只有在这个地方才需要高压电流隔离，以便保护SDP-B板的低压端。数字隔离器ADuM1400, ADuM1401和集成DC-DC转换器的隔离器ADuM5404共同提供所需的11通道隔离，构成一种紧凑、高性价比的解决方案。ADuM5404还可为较低AD7280A的VDRIVE输入提供5 V隔离输出，并为ADuM1400和ADuM1401隔离器提供VDD2电源电压。