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创新隔离技术改变三相电表设计

导读: 作为电表制造商和电力公司的首选IC解决方案提供商,ADI公司至今已向市场推出17种产品,并有超过2.25亿片电能计量IC被应用于世界各地。

  作为电表制造商和电力公司的首选IC解决方案提供商,ADI公司至今已向市场推出17种产品,并有超过2.25亿片电能计量IC被应用于世界各地。ADI公司还拥有超过一万种的其它创新和高性能技术产品,其中一些适用于电能计量应用,例如:ISM RF收发器、高速数字隔离器、基准电压源、温度传感器和RS-485驱动器等。如此全面广泛的技术使ADI公司能够出色地应对最新的低成本三相电表市场的需求。

 

  现有解决方案的挑战

 

  三相电表通常要求高性能。虽然低成本三相电表的发展趋势同时要求简化性能规格,但一些基本电气要求和电力公司的规范却对其成本有着重大影响。

  各相之间的电气隔离:顾名思义,三相电表系统由三相组成,每一相代表一个独立的电压和电流源。在三相电表中,每相的电能测量通常合并为一个结果,这要求各相之间进行电能信息交换。因此,各相之间需要进行电气隔离。

  兼容直流电流:该要求源于IEC62053-21标准和MID CENELEC欧洲标准的半波整流波形测试,它对于支持电气设备中大量使用简单的半波整流器至关重要。这样就需要使用可兼容直流电流的感测技术。

  电压输入与电流输入之间的隔离:电表制造商和电力公司更乐意使用简单的测试设备来进行三相校准和验证,这种非标准要求需要在电压与电流之间提供隔离。

  以上限制条件使得业界对于三相电表设计形成了如下共识:利用电流传感器隔离各相,并实现信号处理和数据管理与电力线的隔离(图1)。有四类技术可实现电流感测隔离:电流变压器(CT)、罗氏线圈、霍尔效应和变压器分流。不过,由于存在专利保护,电流变压器是在开放的市场器件中唯一能够利经济有效地实现的解决方案,这导致许多新兴电表制造商广泛采用兼容直流的电流变压器。ADI公司拥有丰富的三相模拟前端(AFE)产品组合,支持仅功率测量以及四象限电能测量。这些解决方案能够满足电能测量与隔离电流传感器连接的三相电表市场需求。

 

  

 

  遗憾的是,由于技术非常独特,兼容直流的CT价格高昂,因此它并非实现低成本系统的灵丹妙药。总之,由于电流感测解决方案缺乏竞争,电流传感器技术的优势和弊端也就无从谈起。

 

  替代方案

 

  一种可选的方案是将ADI公司的单相AFE和片上系统(SOC)与高速数字隔离技术iCoupler和低阻值分流电阻相结合,来实现一种新型系统解决方案,从而为电表设计人员提供一种采用全新技术的系统架构选择(图2)。

 

  1.分流电阻

 

  分流电阻可解决许多电流感测问题,但同时也存在一些局限性。其优点是成本低、易于获得、兼容直流、宽线性范围、宽频率范围和无需相位校准。局限性包括:最大电流小于100A,满量程信号电平只有数十毫伏(mV),要求隔离,以及需要以线路电压为中心的双极性输入。

 

  2.电能计量IC

 

  虽然分流传感器的限制很少,但ADI公司的AFE和SoC能够以独特方式解决低信号电平和双极性输入的难题:内部模拟增益较大,可以与最低200μ?的分流电阻连接;已获专利的模拟输入结构支持在单极性IC接受双极性输入;精度高于1类标准;同类最佳可靠性;高品质、易于生产。

  此外,电表设计工程师可以根据电能测量要求(仅功率、功率加均方根值或四象限)选择合适的AFE与广受业界青睐的ADE7569 SoC配合使用。ADE7569属于ADE75xx系列产品,它具有如下功能特性:带高精度基准电压源的高精度电能测量引擎、具有低功耗休眠模式和内部电池切换功能的电源管理、低电流实时时钟、电平可调的LCD驱动器,以及带嵌入式闪存和RAM的8位单周期8052微控制器内核。

 

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