Функциональная схема многоканальной измерительной микросхемыADE7816 представлена на рис.1.
Рис. 1. Функциональная схема многоканальной измерительной микросхемыADE7816
ADE7816 – ИМС многоканального счетчика электроэнергии, предназначенная для одновременного измерения тока по шести каналам и напряжения по одному каналу. ИМС
ADE7816 обеспечивает вычисление активной и реактивной энергии, обратной мощности, косинуса ϕ. Кроме того, ИМС ADE7816 определяет отсутствие нагрузки. Эта ИМС используется в интеллектуальных счетчиках энергии, домашних мониторах электроэнергии, при учете потребляемой мощности c распределенной нагрузкой. Таким образом, ИМС счетчика электроэнергии ADE7816 выполняет полный цикл измерительных и математических операций для измерения и вычисления полных активной и реактивной мощности и энергии и среднеквадратичных параметров сетевых напряжений и токов и использование интеллектуальных ИМС типа ADE7816 позволяет строить промышленные и бытовые счетчики электроэнергии, а также счетчики энергии распределенного оборудования.
Благодаря наличию функции поддержки подключения к стандартным микроконтроллерам ИМС ADE7816 может представлять особый интерес в задачах, где требуется повышение гибкости и возможностей периферийных интерфейсов по сравнению с доступными на сегодняшний день системами на кристалле (SOC, system on chip) с фиксированной конфигурацией. Кроме того, несколько микросхем ADE7816 можно подключить к одному системному процессору для обеспечения масштабируемого и эффективного с экономической точки зрения решения. Ключевые особенности ИМС преобразования и обработки аналоговых сигналов для измерения электроэнергии ADE7816 следующие: обеспечивает гибкость при проектировании устройств, благодаря многообразию выбираемых пользователем конфигураций подключения к микроконтроллерам; обеспечивает возможность подключения нескольких ИМС ADE7816 к одному системному микроконтроллеру; поддерживает токовые шунты, катушки Роговского и токовые трансформаторы; интерфейсы I2C, SPI и HSDC обеспечивают доступ к потоку необработанных отсчетов сигнала в режиме реального времени; обеспечивает уменьшение стоимости и сокращение занимаемого места на плате благодаря замещению до шести однофазных ИМС измерения электроэнергии; обеспечивает необходимые для коммерческих счетчиков показания, включая активную и реактивную энергию, мгновенные среднеквадратические значения напряжения и токов; обеспечивает сокращение цикла проектирования благодаря интеграции информации о качестве электропитания, включая индикацию повышенного напряжения, повышенного тока, выбросов и просадки напряжения; обеспечивает ошибку измерения активной и реактивной энергии менее 0,2% в динамическом диапазоне 3000:1 и удовлетворяет требованиям к точности коммерческих счетчиков электроэнергии класса 0.5.
Устройство обработки данных систем распределенного электропитания является высокоточным многоканальным измерительным устройством. Анализатор измеряет значения линейного напряжения и тока и вычисляет активную и реактивную энергию, а также среднеквадратичные значения тока и напряжения. В устройство встроены семь сигма-дельта АЦП, замеряющих значения энергии с высокой точностью.
Каждый из каналов тока и канал напряжения имеют полный путь прохождения сигнала, благодаря чему возможен большой диапазон измерений. Каждый входной канал включает гибкий усилительный каскад и каждый канал можно использовать с трансформаторами тока. Встроенные интеграторы облегчают использование сенсоров катушки Роговского.
Структурная схема устройства представлена на рис.2.
Рис.2. Структурная схема устройства обработки данных систем распределенного электропитания
Она содержит ИМС ADE7816 и 32-разрядный микроконтроллер LPC2368 фирмы NXP Semiconductors.
В качестве датчиков применены трансформаторные датчики тока ТО5-85А-65-К/60Ф-20. Преимущества использования трансформаторов тока описаны в статье Анализатор количества и качества электроэнергии АККЭ-3Ф.[]
На рис.3 показано, как трансформатор тока можно использовать в качестве датчика тока в фазе канала А. Использование перемычек позволяет также при необходимости подключать к устройству токовые шунты и катушки Роговского.
Рис.3. Подключение трансформатора тока в качестве датчика тока
В статье изложены вопросы оценки количества и качества электрической энергии с использованием устройства обработки данных систем распределенного электропитания, описана структура устройства. Разрабатываемое устройство является высокоточным измерительным устройством, предназначенным для измерения одного канала напряжения и до шести каналов тока. Это устройство обеспечивает измерение активной и реактивной энергии, среднеквадратичных значений тока и напряжения однофазной сети, взаимодействие с измерительной и управляющей аппаратурой, доступ ко всем внутренним ресурсам интегральной микросхемы ADE7816.