摘要：本文介紹了ADE7758電能計量芯片在非洲GPRS網絡電能表中的應用，重點闡述了視在電能計量及其校準方法，ADE7758數字軟校表流程及其算法，以及ADE7758的相位校準算法。
關鍵詞：視在電能校準；數字軟校表；算法；相位校準；
1.引言
目前國內GPRS網絡電能表大多具有計量有功，無功，電壓，電流，需量，電壓跌落等功能。筆者目前在做一個非洲的GPRS電能表時客戶提出要計量視在電能，國內很少有這種需求，在市場上也很少能見到有此功能的電能表。經多方考察，筆者決定采用美國ADI公司的ADE7758三相多功能電能計量芯片。
ADE7758是美國ADI公司推出的三相高精度多功能電能計量芯片。ADE7758的電壓通道為16bit ∑-△型ADC，動態范圍為20：1；電流通道為24bit ∑-△型ADC，動態范圍為500：1。ADE7758能計量有功電能，無功電能，視在電能,電壓有效值，電流有效值,能對波形采樣，能測量電壓周期，頻率等。ADE7758在1000：1的動態范圍內線性誤差小于0.1％。ADE7758有兩路脈沖輸出，一路為有功電能脈沖，另一路為無功/視在復用脈沖輸出。ADE7758的有功，無功，視在電能可以分別獨立調節，可以設計成不同的脈沖常數。
2.ADE7758外圍硬件電路設計
ADE7758的電壓電流通道輸入信號范圍為±0.5V，推薦加額定電壓Un時電壓通道輸入信號為250mV左右, 加最大電流Imax時電流通道輸入信號為300mV左右。筆者此次設計的電表額定電壓Un＝240V，電壓通道用5個200ΚΩ電阻和一個1ΚΩ電阻分壓，加額定電壓Un時輸入信號為240mV；電流互感器變比300：1，取樣電阻為2個7.5Ω電阻，加最大電流Imax時輸入信號為300mV。圖1為ADE7758的外圍電路圖。


圖1 ADE7758電路圖
3.視在電能計量
視在電能的的計量方法有兩種：①算術方法： ，②矢量方法：S= 。對于一個純正弦系統兩種方法計量結果是相同的。在ADE7758中用的是算術方法。ADE7758在LINE CYCLE 累計模式下計量的有功/無功在同一周期，因此矢量方法很容易在外部MCU中實現。本次用ADE7758做電能計量時，有功電能計量是通過MCU采集ADE7758的有功脈沖輸出管腳APCF，然后MCU累加脈沖數；無功電能計量是通過設定ADE7758讓無功/視在復用脈沖輸出無功脈沖信號，計量方法同有功電能計量一樣。因為ADE7758只能輸出兩路脈沖信號， 而無功/視在復用脈沖輸出設定為無功脈沖輸出，所以視在電能計量就無法采用累計脈沖的方法了。本次設計中綜合考慮MCU的任務及程序代碼空間的限制，我們決定采用ADE7758的算術方法計量視在電能。注意視在電能總是正的，不考慮有功和無功的方向，電壓有效值和電流有效值相乘產生視在電能。
4.ADE7758的校準流程.
ADE7758的校準有兩種方法可供選擇：①利用ADE7758的校表脈沖輸出APCF/VARCF通過校表臺來校準ADE7758，這種方式最為常用，生產廠家也都具備這些條件，但這種方式的缺點就是效率較低。②利用精密基準源，設置ADE7758工作在線路周期累計模式。這種模式的優點是效率高，校準比較快。
因為ADE7758的電壓增益，電流增益都會對后續的有功/無功/視在能量有影響，所以ADE7758必須先校準電壓增益，電流增益，ADE7758的校準要校準三相電壓增益，三相電流增益，三相有功增益，三相無功增益，三相相位校準，視在電能門檻的校準。ADE7758的校準流程必須嚴格按圖2所示流程進行：


圖2 ADE7758校表流程圖
5.校準ADE7758的算法
5.1電壓電流一鍵校準
通過調整電壓電流的增益可以彌補由于外圍硬件電路的誤差而導致計算的電壓電流誤差偏大。
因為ADE7758電壓電流通道的線性很好，很容易滿足系統對電壓電流精度的要求，所以我們采用了一鍵校準的方法，以提高校表效率。具體實現方法如下：
⑴ 加入A相VN＝240V，電流Ib＝1.5A，PH=1，設定好校表臺；
⑵ 用PDA清零電壓增益器AVRMSGAIN，電流增益寄存器IGAIN；
⑶ 用PDA讀取存器電壓有效值AVRMS；
⑷ PDA根據公式： =,求出電壓增益寫入ADE7758 ；⑸ 用PDA讀取電流有效值AIRMS；
⑹ PDA根據公式：,求出電流增益寫入ADE7758。
5.2逐步校準有功/無功電能
為了控制電表的誤差在規定的范圍內以達到國標規定的電能表精度等級要求，我們希望能夠逐步逼近的減小電表的誤差，但是ADE7758應用手冊提供的方法都是一步校準的，無法逐步逼近，這對電表的復校很不好，如果電表的復校誤差不滿足要求就不能在原來的基礎上修改以逐步逼近，為了能夠實現逐步逼近的減小誤差我們采用了如下方法：
⑴ 加入A相VN＝220V，電流Ib＝1.5A，PH=1，設定好校表臺；
⑵ 用PDA通過紅外讀取有功增益寄存器初始值AWG0的數值；
⑶ 把校表臺顯示的誤差ER%值輸入PDA；
⑷ PDA根據公式：, 求出有功增益AWG的值，寫入ADE7758。
⑸ 改變電流，驗證各點誤差。（可控誤差范圍為：-33% <Er％<+100%，當誤差超過范圍時要調整外圍硬件電路來解決。）
每次修改ADE7758的增益都是在原來的基礎上根據現在的誤差進行