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详细的ADE7880中文使用手册,产品特性 高精度;支持IEC 62053-21、IEC 62053-22、IEC 62053-23、 EN 50470-1、EN 50470-3、ANSI C12.20和IEEE1459标准 支持IEC 61000-4-7 I类和II类精度规格 兼容三相三线或三相四线(三角形或Y形)及其它三相配置 测量所有相位上2.8 kHz通带范围内所有谐波的rms/有功/ 无 功/视在功率、功率因数、THD和谐波失真 测量零线电流上2.8 kHz通带范围内所有谐波的rms和谐波失 真 TA = 25°C时,在2000:1的动态范围内谐波电流和电压有效 值、谐波有功和无功功率的误差小于1% 测量各相及整个系统的总(基波和谐波)有功/视在功率和 基波有功/无功功率 TA = 25°C时,在1000:1的动态范围内有功和基波无功功率 误差小于0.1%;TA = 25°C时,在5000:1的动态范围内有 功和基波无功功率误差小于0.2% TA = 25°C时,在1000:1的动态范围内电压和电流有效值误 差小于0.1% 支持电池电源输入,可在全失压的情况下工作 宽电源电压范围:2.4 V至3.7 V 基准电压源:1.2 V(典型漂移量为10 ppm/°C)且具有外部 过驱功能 40引脚架构芯片级(LFCSP)无铅封装,与ADE7854、 ADE7858、ADE7868和ADE7878引脚兼容
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概述
ADE7880
1
是一款高精度、三相电能计量IC,采用串行接
口,并提供三路灵活的脉冲输出。该器件内置多个二阶
Σ-Δ型模数转换器(ADC)、数字积分器、基准电压源电路
及所有必需的信号处理电路,实现总(基波和谐波)有功/视
在功率测量和有效值计算,以及基波有功/无功功率测
量。此外,ADE7880可以计算相位和零线电流以及相位电
压上的谐波均方根、有功/无功/视在功率,以及所有相位
的各谐波上功率因数和谐波失真。同时可针对所有电流和
电压计算总谐波失真(THD)。一个固定功能数字信号处理
器(DSP)负责实现这种信号处理。DSP程序存储在内部
ROM存储器中。
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I
2
C两个串行接口进行
通信。专用高速数据采集(HSDC)端口可以与I
2
C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ADE7880和IRQ0,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。
Rev.
A
Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no
responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other
rights of third parties that may result from its use. Specications subject to change without notice. No
license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices.
Trademarks and registered trademarks are
the property of their respective owners.
One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A.
Tel: 781.329.4700 www.analog.com
Fax: 781.461.3113 ©2011–2012 Analog Devices, Inc. All rights reserved.
1
专利正在申请中。
集成谐波监控的多相
多功能电能计量IC
ADE7880
产品特性
高精度;支持IEC 62053-21、IEC 62053-22、IEC 62053-23、
EN 50470-1、EN 50470-3、ANSI C12.20和IEEE1459标准
支持IEC 61000-4-7 I类和II类精度规格
兼容三相三线或三相四线(三角形或Y形)及其它三相配置
测量所有相位上2.8 kHz通带范围内所有谐波的rms/有功/
无 功 /视在功率、功率因数、THD和谐波失真
测量零线电流上2.8 kHz通带范围内所有谐波的rms和谐波失
真
T
A
= 25°C时,在2000:1的动态范围内谐波电流和电压有效
值、谐波有功和无功功率的误差小于1%
测量各相及整个系统的总(基波和谐波)有功/视在功率和
基波有功/无功功率
T
A
= 25°C时,在1000:1的动态范围内有功和基波无功功率
误差小于0.1%;T
A
= 25°C时,在5000:1的动态范围内有
功和基波无功功率误差小于0.2%
T
A
= 25°C时,在1000:1的动态范围内电压和电流有效值误
差小于0.1%
支持电池电源输入,可在全失压的情况下工作
宽电源电压范围:2.4 V至3.7 V
基准电压源:1.2 V(典型漂移量为10 ppm/°C)且具有外部
过驱功能
40引脚架构芯片级(LFCSP)无铅封装,与ADE7854、
ADE7858、ADE7868和ADE7878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
ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文,敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误,ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性,请参考ADI提供
的最新英文版数据手册。
Rev. A | Page 2 of 104
目录
特性.................................................................................................... 1
应用.................................................................................................... 1
概述.................................................................................................... 1
修订历史........................................................................................... 2
功能框图........................................................................................... 3
规格.................................................................................................... 4
时序特性...................................................................................... 7
绝对最大额定值............................................................................ 10
热阻 ............................................................................................ 10
ESD警告..................................................................................... 10
引脚配置和功能描述................................................................... 11
典型工作特性 ................................................................................ 13
测试电路......................................................................................... 18
术语.................................................................................................. 19
电源管理......................................................................................... 20
PSM0—正常功耗模式(所有器件).................................. 20
PSM1—降耗模式 ..................................................................... 20
PSM2—低功耗模式................................................................. 20
PSM3—休眠模式(所有器件)........................................... 21
上电程序.................................................................................... 23
硬件复位.................................................................................... 24
软件复位功能........................................................................... 24
工作原理......................................................................................... 25
模拟输入.................................................................................... 25
模数转换.................................................................................... 25
电流通道ADC ......................................................................... 26
di/dt电流传感器和数字积分器 ............................................ 28
电压通道ADC .......................................................................... 29
ADE7880
更换相电压数据路径.............................................................. 30
电能质量测量........................................................................... 31
相位补偿.................................................................................... 36
参考电路.................................................................................... 38
数字信号处理器....................................................................... 38
有效值测量 ............................................................................... 39
有功功率计算........................................................................... 43
基波无功功率计算 .................................................................. 49
视在功率计算........................................................................... 53
功率系数计算........................................................................... 55
谐波计算.................................................................................... 56
波形采样模式........................................................................... 64
电能频率转换........................................................................... 64
无负载条件 ............................................................................... 69
校验和寄存器........................................................................... 71
中断 ............................................................................................ 72
串行接口.................................................................................... 73
将ADE7880快速设置为电表................................................. 80
ADE7880评估板....................................................................... 80
芯片版本.................................................................................... 80
硅片异常......................................................................................... 81
ADE7880功能问题................................................................... 81
功能问题.................................................................................... 81
第1部分. ADE7880功能问题 ................................................. 82
寄存器列表..................................................................................... 83
外形尺寸....................................................................................... 103
订购指南.................................................................................. 103
修订历史
2012年3月—修订版0至修订版A
删除涉及+ N(加噪声)的内容,将VTHDN更改为VTHD,
将ITHDN更改为ITHD............................................................通篇
更改表1中的无功电能管理参数 ................................................. 4
更改图6 ........................................................................................... 11
更改表7 ............................................................................................. 2
更改相位补偿部分 ....................................................................... 36
更改公式13..................................................................................... 39
更改公式33..................................................................................... 49
更改基波无功电能计算部分 ... 51
更改图80 ......................................................................................... 55
更改图85 ......................................................................................... 62
更改电能寄存器和各种累计模式的CF输出部分.................. 67
更改图95 ......................................................................................... 69
更改无负载条件部分................................................................... 69
更改公式53..................................................................................... 71
更改图100....................................................................................... 74
更改图101和图102........................................................................ 75
更改SPI兼容接口部分 ................................................................. 76
修改HSDC接口部分..................................................................... 78
更改图109和图110........................................................................ 80
更改硅片异常部分 ....................................................................... 81
更改表48 ......................................................................................... 99
更改表52 ....................................................................................... 101
2011年10月—修订版0:初始版
Rev. A | Page 3 of 104
功能框图
PGA1
PGA1
PGA1
PGA3
PGA3
PGA3
AVGAINAPHCAL
HPF
NIGAIN
HPFEN OF
CONFIG3
DIGITAL
INTEGRATOR
HPF
AIGAIN
HPF
POR LDO LDO
X
2
AIRMS
LPF
X
2
X
2
AVRMS
LPF
LPF
APGAIN
LPF
NIRMS
NIRMSOS
APGAIN AFVAROS
APGAIN AFWATTOS
APGAIN AWATTOS
AVRMSOS
2
7
AIRMSOS
2
7
DFC
CF1DEN
:
DFC
CF2DEN
:
DFC
CF3DEN
:
52426 25174
7
8
9
22
12
13
14
19
18
39
37
38
36
32
29
35
34
33
3
2
27
28
23
6
RESET
REF
IN/OUT
VDD AGND AVDD DVDD DGND
CLKIN
CLKOUT
IAP
IAN
VAP
IBP
IBN
VBP
ICP
ICN
VCP
VN
PM0
PM1
CF1
CF2/HREADY
CF3/HSCLK
IRQ0
IRQ1
SCLK/SCL
MOSI/SDA
MISO/HSD
SS/HSA
HSDC
I
2
C
SPI/I
2
C
ADE7880
ADC
ADC
ADC
ADC
ADC
ADC
PGA2
15
16
INP
INN
ADC
TOTAL/FUNDAMENTAL ACTIVE ENERGIES
FUNDAMENTAL REACTIVE ENERGY
APPARENT ENERGY
VOLTAGE CURRENT RMS
HARMONIC INFORMATION CALCULATION
FOR PHASE B
(SEE PHASE A FOR DETAILED DATA PATH)
TOTAL/FUNDAMENTAL ACTIVE ENERGIES
FUNDAMENTAL REACTIVE ENERGY
APPARENT ENERGY
VOLTAGE/CURRENT RMS
HARMONIC INFORMATION CALCULATION
FOR PHASE C
(SEE PHASE A FOR DETAILED DATA PATH)
COMPUTATIONAL BLOCK FOR HARMONIC
INFORMATION ON NEUTRAL CURRENT
DIGITAL SIGNAL
PROCESSOR
COMPUTATIONAL
BLOCK FOR
HARMONIC
INFORMATION ON
PHASE A CURRENT
AND VOLTAGE
COMPUTATIONAL
BLOCK FOR
FUNDAMENTAL
ACTIVE AND
REACTIVE POWER
PHASE A,
PHASE B,
AND
PHASE C
DATA
HPFEN OF
CONFIG3
HPFEN OF
CONFIG3
DIGITAL
INTEGRATOR
1.2V
REF
10193-001
图1. ADE7880功能框图
ADE7880
Rev. A | Page 4 of 104
表1.
参数
1, 2
最小值 典型值 最大值 单位 测试条件/注释
有功电能测量
有功功率测量误差
(每个相位)
总有功功率 0.1 %
0.2 %
0.1 %
0.2 %
基波有功功率 0.1 %
0.2 %
0.1 %
0.2 %
通道间的相位误差
功率因数 (PF) = 0.8容性 ±0.05 度 相位超前37°
PF = 0.5感性 ±0.05 度 相位滞后60°
交流电源抑制
输出频率变化 0.01 %
直流电源抑制 VDD = 3.3 V ± 330 mV dc
输出频率变化 0.01 %
总有功功率测量
带宽(−3 dB)
3.3 kHz
无功电能测量
无功功率测量误差
(每个相位)
通道间的相位误差 0.1 %
0.2 %
0.1 %
0.2 %
通道间的相位误差 线路频率 = 45 Hz至65 Hz,HPF开启
PF = 0.8容性 ±0.05 度 相位超前37°
PF = 0.5感性 ±0.05 度 相位滞后60°
交流电源抑制 VDD = 3.3 V + 120 mV rms/120 Hz,
IPx = VPx = ± 100 mV rms
输出频率变化 0.01 %
直流电源抑制 VDD = 3.3 V ± 330 mV dc
ADE7880
技术规格
VDD = 3.3 V ± 10%,AGND = DGND = 0 V,片内基准电压源,CLKIN = 16.384 MHz,T
MIN
至T
MAX
= −40°C至+85°C。
在1000:1的动态范围内,PGA = 1、
2或4;积分器关闭,pf = 1,仅增
益补偿
在5000:1的动态范围内,PGA = 1、
2或4;积分器关闭,pf = 1
在500:1的动态范围内,PGA = 8或
16;积分器开启,pf = 1,仅增益
补偿
在2000:1的动态范围内,PGA = 8或
16;积分器开启,pf = 1
在1000:1的动态范围内,PGA = 1、
2或4;积分器关闭,pf = 1,仅增
益补偿
在5000:1的动态范围内,PGA = 1、
2或4;积分器关闭,pf = 1
在500:1的动态范围内,PGA = 8或
16;积分器开启,pf = 1,仅增益
补偿
在2000:1的动态范围内,PGA = 8或
16;积分器开启,pf = 1
在1000:1的动态范围内,PGA = 1、
2或4;积分器关闭,pf = 0,仅增
益补偿
在5000:1的动态范围内,PGA = 1、
2或4;积分器关闭,pf = 0
在500:1的动态范围内,PGA = 8或
16;积分器开启,pf = 0,仅增益
补偿
在2000:1的动态范围内,PGA = 8或
16;积分器开启,pf = 0
VDD = 3.3 V + 120 mV rms/120 Hz,
IPx = VPx = ±100 mV rms
线路频率 = 45 Hz至65 Hz,HPF开启
Rev. A | Page 5 of 104
输出频率变化 0.01 %
基波无功功率
测量带宽(−3 dB)
3.3 kHz
有效值测量
电流有效值和电压有效值测量
带宽(−3 dB)
3.3 kHz
电流有效值和电压有效值测量误差
(PSM0模式)
0.1 % 在1000:1的动态范围内,PGA = 1
平均绝对值(MAV)
测量
电流平均绝对值测量带宽
(PSM1模式)
260 Hz
电流平均绝对值测量误差(PSM1模式) 0.5 %
谐波测量
−3 dB带宽 3.3 kHz
无衰减通带 2.8 kHz
基波线路频率f
L
45 66 Hz
最大谐波数
3
绝对最大谐
波数
63
谐波有效值测量误差 1 %
谐波有功/无功功率
测量误差
1
%
模拟输入
最大信号电平
±500 mV 峰值
输入阻抗(直流)
IAP、IAN、IBP、IBN、ICP、ICN、
VAP、VBP和VCP引脚
490
kΩ
VN引脚 170
kΩ
ADC失调误差
−35
mV
增益误差
−2
% 1.2 V外部基准电压
ADE7880
参数
1, 2
最小值 典型值 最大值 单位
测试条件/注释
在100:1的动态范围内,PGA = 1、
2、4或8
标称电压必须具有大于100 mV峰值
(ADC电压下)的幅度
对于通带内的频率谐波,1000:1动
态范围内的瞬时读取精度;最初750
ms建立时间后;PGA = 1
对于通带内的频率谐波,2000:1动
态范围内的精度;128 ms更新速率
下的10次读数平均值,最初750 ms
建立时间后;PGA = 1
对于通带内的频率谐波,1000:1动
态范围内的瞬时读取精度;最初750
ms建立时间后;PGA = 1
对于通带内的频率谐波,2000:1动
态范围内的精度;128 ms更新速率
下的5次读数平均值,最初750 ms建
立时间后;PGA = 1
以下引脚之间的差分输入:IAP和
IAN、IBP和IBN、ICP和ICN;以下引
脚之间的单端输入:VAP和VN、VBP
和VN、VCP和VN
PGA = 1,未校准误差;参见术语部
分。量程与其他PGA增益成反比。
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