ADE7755 Energy Metering

1.關於ADE7755

ADE7755定義為Energy Metering顧名思義就是電能表,故可以用量測量某消耗功率,其輸出方式是以脈波(pulse)的方式輸出,而ADE7755本身有擁有極小的線性誤差,在量測的準確度上相當的優越,如果產品上有量測功率的需求,且只需要知道功率的情況底下,相信ADE7755是相當好的選擇,其原因我認為有以下幾點:

a.週邊電路簡單,零件容易取得

b.使用上方便,不需設定任何暫存器

c.量程範圍極寬

d.在已知量測範圍的情況底下,可透過硬體設定增加量測解析度

總之,我覺得用過一次ADE7755之後就覺得這東西用起來真的很方便,也很快速,在校正方面也很好處理。

2.使用注意事項

a.在設定ADE7755之前,必須先確定量程範圍為多少瓦

b.選擇適當的電壓量測(V2P)分壓電阻

c.選擇適當的電流感測電阻(V1P),應注意消耗瓦數問題

d.配合選擇適當的電流感測電阻並設定適當的放大倍率(G0、G1)

e.設定合理範圍內的輸出頻率(SCF、S1、S0)

基本上完成以上的事項設定完電路零件參數後,就可以透過MCU讀取CF輸出的clock計算量測瓦數。

3.相關計算

3.1ADE7755測試參考電路

下圖是ADE7755 datasheet裡面提供的參考電路,其實這個參考電路我們只要設定一下標示中的Rsensor以及Rv1,Rv2便可使用。

ade7755-1

3.2.V2P的計算

V2P的輸入是電壓源的輸入,通常使用電阻直接分壓給ADE7755即可,而V2P最大輸入電壓為±660mV,此處的660mV為交流信號的峰值,故我們必須再除以1.414倍(註1)即等於660mV÷1.414≒467mV,所以±467mV就是我們最後要的V2P最大值。

3.3.V1P的計算

V1P的輸入是電流感測電壓的輸入,V1P的最大輸入電壓為±470mV同樣的這也是峰值電壓,故我們必須在除以1.414倍(註1),則等於470mV÷1.414≒332mV,則±332mV就是V1P的最大輸入電壓。

而其中V1P的最大輸入電壓隨著不同的Gain設定時,會有不同的變化,因為當Gain(放大倍率)變大的時候,則輸入最大電壓相對的會變小。

ade7755-2

而這個設計的目的可以解決電流感測元件消耗瓦數的問題,當Gain(放大倍率)變大時,才可以使電流感測元件阻抗變小,才能降低其功率損耗。

(註1:因為目前設定V1P以及V2P都是在交流電量測系統的情況底下故有RMS值換算)

3.4.V1 & V2設定範例

3.4.1電流輸入V1的計算

假設我們欲量測最大電流為10A時,則我們可以由V1P最大輸入電壓為332mV的基礎下做計算,及可獲得

Rsensor = 332mV/10A , Rsensor ≒ 33mΩ

值得注意的是33mΩ的消耗功率

33mΩ×10A×10A = 3.3W

感覺有點嚇人,這時候如果我們設定Gain(放大倍率)變成16倍的時候重新計算

因為當Gain變成16倍的時候V1P最大輸入電壓僅剩下30mV故將30mV在除以1.414倍時則剩下約21.2mV則

Rsensor = 21.2mV/10A, Rsensor = 2.12Ω, 所以我們可以選用2mΩ的電阻

故在精確一點來算時最大可量測電流為

21.2mV÷2mΩ = 10.6A

此時消耗瓦數為

2mΩ×10.6A×10.6A = 0.22W 相信這個瓦數應該已經可以接受了

最終我們得到兩個結果a.最大的量測電流為10.6A, b.使用的Rsensor為2mΩ

3.4.2電流輸入V2的計算

V2P的設定方式比較簡單,只要確定最大輸入電壓範圍後,使用電阻分壓的方式取得滿刻度電壓467mV即可,假設我們將上圖(3.1節圖)的Rv2固定為1K時而輸入最高電壓設定為AC220V時,我們可以這樣算

467mV÷1KΩ = 0.467mA

R total = 220V ÷ 0.467mA ≒ 471KΩ, 故減去Rv2 1KΩ時剩下470KΩ

我們可以在反算一次最大輸入電壓為 Vmax = 0.467mA × 471KΩ = 219.957V

最終我們得到a.最大量測電壓為219.957V, b.使用的Rv1為470KΩ, RV2為1KΩ

3.5最大瓦數與頻率的關係

透過3.4節的計算基本上我們已經可以確認最大量測範圍以及使用的Gain大小,再來就是如何透過頻率取得我們所需要的瓦數資訊,使用SCF,S1,S0設定可決定ADE7755最大的輸出頻率,其輸出頻率直接影響量測結果的解析度。

ade7755-3

基本上我只用過5.57KHz這個頻率,其他的到沒試過,關於頻率與最大瓦數的關係很簡單,如下

a.如3.4節所計算假設我們最大量測電流及最高電壓為10.6A、219.957此時相乘時我們可以得到最大瓦數為2331.5442W

b.假設我們以最高頻率5.57KHz做計算,每1Hz所代表的瓦數就是2331.5442÷5570Hz ≒ 0.4189w

c.是的他們的關係僅此而已,換句話說當量到多少頻率×上1Hz瓦數就是即時的Active Power

d.假設當量測的頻率為0.5Hz時則代表0.5Hz×0.4189W = 0.20945W

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