电能计量芯片ADE7880在智能电表中的应用研究

李俊甲

随着经济的发展，社会对电力的需求急剧提升。目前所使用的计量芯片已经无法满足国家电网的技术要求，故此研发出多种新型计量芯片。本文将针对ADE7880芯片展开分析，研究其在智能电表中的应用，分析芯片特点、阐述电压、电流采集等功能。以期为智能电表方案选择提供有价值的参考建议。

高级量测系统（Advanced Metering Infrastructure，AMI）是一个用来测量、收集、存储、分析和运用用户用电信息的系统[1]。在智能电网中，AMI 系统不仅具有满足一定精度的数据采集与处理功能，还需要有篡改/窃电检测、双向电能计量、电能质量监控及自动负荷控制等功能。因此，智能电表作为AMI 系统的重要组成部分，其计量精度和功能对系统尤其重要。而目前多种计量芯片无法使智能电表满足以上全部要求，对此本文提出将ADE7880 计量芯片应用在智能电表中，通过实测验证分析得出，该芯片可以满足AMI 系统对智能电表的技术要求。

ADE7880其是一款高精度、三相电能计量IC，采用串行接口，提供三路灵活的脉冲输出。芯片内含有二阶转换器，数字积分其以及所有必备的信号处理器。其能够计算相位以及零线电流的谐波方根，或相位上各谐波上功率因数以及谐波失真。其适合三线、四线的三相配置有功、无功和视在功率。其内部具有波形采集存储器，允许访问所有ADC输出。且该期间还提供电能质量检测，若存在瞬时电压或电流，可及时进行调整，预警。ADE7880可利用两个端口进行通信，专用高速数据采集端口与I2C配合，提高输出功率信息。其内部两个中断请求可避免盗窃篡改行为，确保电能的连续累积。

2.1智能电表硬件以及工作原理

以ADE7880最小系统模块，单片机模块、通讯模块等为主要硬件。该智能电表具有：实时显示电压、电流、功率参数等功能;可显示电压波形;可显示谐波柱状图;可定时记录电能、电压、电流等参数。系统总框架内包含，系统硬件与软件设计两个板块。可对系统功能、技术指标等进行实时分析，调查，数据存储。对多个方案进行权衡，最后确定最优方案。电表系统内采用ADE7880为电能计量芯片，利用I2C总线配置并读取芯片有关参数，利用RS—232总线进行数据传输，并在计算机中实时显示。智能电表中常采用1：1的電压，外围电路较为简单，但精度较高。可起到很好的隔离作用，提高采样精度。

2.2在电能与谐波的测量中的应用

ADE7880芯片中包含了多种计算方式，将这些计算方式应用在电能与谐波的测量中，不仅可以提高计算的准确性，还能够提高计算的时效性。尤其是在电能谐波的测量中，ADE7880芯片具有明显的优势，可以说是智能电表系统中必不可少的组成部分。这是因为在ADE7880芯片的内部含有一种谐波引擎，通过这种谐波引擎可以依次分析智能电表系统中的每一个相位，一次最多可计算50次谐波。相比较ADE7880芯片，特性相位在分析智能电表系统中的电能谐波时，每次只能够计算三次谐波信息，不仅如此，还要在谐波建立完成后，再等待500ms左右，才可以进行更新。由此可见，ADE7880芯片具有较大的优势，但是在实际应用的过程中，随着处理谐波次数的增加，ADE7880芯片更新时间也会延长，这样的情况下，智能电表的系统应用就会受到一定的阻碍。

2.3电压通道与电流通道

智能电表在正常状态下，可执行复位操作。即使得reset引脚拉低并保持在10us再回到高电平时，可使得芯片复位，内部存储器重置为默认值。各通道中带有编程增益放大器，以及增益寄存器，以及高通滤波器，以防治有效功率测量产生误差。

ADE7880芯片存在过零检测电路，其路径不包含过零检测电路。器件利用输出端口产生过零时间，低通滤波器可消除50HZ以及60HZ的所有谐波，识别电流与电压所产生的过零事件。该数字谐波器在80HZ时有一个极点，且时钟速率为256HZ。因此，在输入信号与输出信号之间存在相位滞后时，可将50HZ系统的ZX检测误差进行调整。

ADE7880芯片在电压通道中提供周期测量，每个相电压的周期经过测量后分别存储在相应的存储器中。周期寄存器为16位无符号寄存器。每个周期更新一次。同时，确保滤波器建立的时间为30MS到40MS，确保测量时间稳定。单机片完成对芯片的驱动后，可利用接口读取相应的寄存器，并适时更新，其更新值利用公式进行计算。

2.4 ADE7880芯片在智能电表的计量程序分析中的应用

ADE7880芯片在智能电表的计量程序分析中的应用，可以按照编程方式进行。比如，当进行初始化时，让主控芯片ADE7880对接口程序，分别设置PM0和PM1，然后选择相应的芯片电源模式，并且拉低引脚，继而设置芯片通信模式。通过这种方式，可以让芯片执行复位工作。通过以上分析可知，在ADE7880芯片中包含了三个中断事件，主要是通过ADE7880芯片的引脚引发中断操作，因此芯片在接收到相应的信号时，首先要读取存储器中的终端状态，还要识别存储器的标记位置，以此具体判断中断情况，然后才能够执行中断服务程序。以防窃检测为例，ADE7880芯片中的寄存器保留着电能表系统，因此如果发生窃电或漏电事故，那么ADE7880芯片就会立即读取寄存器中的数值，并且进行比较。比如，ADE7880芯片在实际应用的过程中，芯片本身的阈值是用来进行防窃电工作的，同时阈值还可以对智能电表进行保护，如果出现问题就会立即采取报警指示。因此，在ADE7880 芯片进行初始化设定的过程中，必须要科学合理的确定阈值，以此当阈值不在初始化规定的范围内时，芯片就可以自主判断窃电行为，及时的开启中断开关，向有关人员发出窃电警报。ADE7880芯片在智能电表系统的软件中应用，一般可以采取两种方式，一种为精确源执行校准工作，另一种为外部基准电表执行校准工作。其中前者的精确度较高，但是对数据来源的精确度也要求极高，一旦输入的电压与电流数据错误，那么最终的测试结果的准确性也就无法保证。而后者的精确度虽然相对较低，但是应用了CF逻辑脉冲输出的方式，因此最终得到的测试结果也不会产生较大的误差。

2.5实际应用分析

综上所述，ADE7880芯片在智能电表系统中，具有广泛的应用范围，为了进一步验证上述应用的合理性和科学性，确保该芯片能够满足智能电表的技术要求，本实验以3x220/380V，10（40）A规格的电表校表为例，通过STM32芯片读取ADE7880芯片后发现，电能计量芯片ADE7880在智能电表中的应用满足国家有关标准和要求。

基于上文从硬件和软件等多方面对ADE7880芯片的应用进行分析的结果来看，将ADE7880芯片应用在智能电表系统中，可以满足新时期，国家对智能电表系统的要求，而且可以有效提高智能电表系统的精度和功能，满足不同规格的三相四线智能电表系统，在此基础上，利用校表方法和实验测试等手段，对智能电表系统进行了进一步的考察后，还发现ADE7880芯片的应用可以辅助智能电表系统科学合理的选择计量方案[2]。

智能电表是智能电网的神经末梢，其计量精度和功能直接关系到AMI 系统是否能够良好运转。将ADE7880 芯片计量芯片应用在智能电表中，可以满足AMI 系统对智能电表的技术要求，并且其计量精度和功能均可达到甚至优于国家标准。因此，保证智能电表计量精度以及功能的稳定运行，是极为重要的。本文主要分析了其硬件设施与软件设计的有关内容。该芯片能够满足智能电表的技术要求，并以高精准度、全功能性，达到国家标准。便于智能电表的测量、分析、存储等众多工作，是智能电表的首选配件。

[1] 阳明，袁辉建. 基于ADE7880的配电网监测终端的设计[J]. 测控技术，2015，34（11）： 118-121.

[2]包爱珠，袁文师，石飞，王祥莉.三相电能计量芯片抗群脉冲能力提高和改善[J].集成电路应用，2017，34（05）：47-50.

[3]屈召贵. 单相双支路计量智能电表的设计[J].西南师范大学学报（自然科学版）， 2016， 41（10）：111-116.

[4] 阳明，袁辉建.基于ADE7880的配电网监测终端的设计，[J].测控技2015（11）