提高電力線監(jiān)控的系統(tǒng)級(jí)性能和魯棒性

對(duì)于許多應(yīng)用，監(jiān)測(cè)電力線意味著使用電流互感器和電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)來檢測(cè)三相以及零線電壓和電流，如圖1所示。AD7606B具有高輸入阻抗，可以直接與傳感器接口，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因?yàn)锳D7606B提供了所有必需的構(gòu)建模塊。

圖1.AD7606B在典型電力線監(jiān)控應(yīng)用中的應(yīng)用。

AD7606B片內(nèi)集成了10個(gè)獨(dú)立的信號(hào)鏈，盡管采用5 V單電源供電，仍可接受±5 V或±<> V真雙極性模擬輸入信號(hào)。這些特性免除了增設(shè)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)算放大器和外部雙極性電源的需要。

每個(gè)通道均由21 V模擬輸入箝位保護(hù)、具有5 MΩ輸入阻抗的阻性可編程增益放大器、一階抗混疊濾波器和16位SAR ADC組成。此外，還包括一個(gè)過采樣率高達(dá)256的可選數(shù)字平均濾波器和一個(gè)低漂移2.5 V基準(zhǔn)電壓源，以幫助構(gòu)建完整的電力線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

除了提供完整的模擬信號(hào)鏈外，AD7606B還具有大量校準(zhǔn)和診斷功能，可提高系統(tǒng)級(jí)性能和魯棒性。

直接傳感器接口

與AD7606不同，AD7606B的輸入阻抗已提高到5 MΩ，使其能夠直接與各種傳感器接口，同時(shí)具有兩個(gè)直接的優(yōu)點(diǎn)：

外部串聯(lián)電阻（例如濾波或電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)）引入的增益誤差減小。

傳感器斷開連接時(shí)看到的偏移減小，從而可以輕松實(shí)現(xiàn)傳感器斷開檢測(cè)功能。

外部電阻引起的增益誤差

在工廠修整中，對(duì)R有嚴(yán)格的控制FB和 R在（典型值為5 MΩ），以便精確設(shè)置AD7606B增益。但是，如果在前端放置一個(gè)外部電阻，如圖1所示，則實(shí)際增益與理想的調(diào)整R不同。FB/R在.

R 越高濾波器，增益誤差越大，需要在控制器側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償。但 R 越高在，效果越小，R越小濾波器會(huì)有。與AD7606的1 MΩ輸入阻抗不同，AD7606B具有5 MΩ輸入，這意味著對(duì)于相同串聯(lián)電阻，增益誤差將減少約1/5（R濾波器），無需任何校準(zhǔn)，如圖2所示。

圖2.串聯(lián)電阻引入的增益誤差。

但是，通過在軟件模式下使用AD7606B，可以在片內(nèi)自動(dòng)補(bǔ)償每個(gè)通道的系統(tǒng)增益誤差，完全無需在控制器端進(jìn)行任何增益校準(zhǔn)計(jì)算。

傳感器斷開檢測(cè)

傳統(tǒng)上，具有下拉電阻（R帕金森）與傳感器并聯(lián)（電流互感器如圖1所示），允許用戶通過監(jiān)控低于20 LSB的ADC輸出代碼是否重復(fù)多個(gè)樣本（N）來檢測(cè)傳感器何時(shí)斷開。

建議有一個(gè) R帕金森遠(yuǎn)大于傳感器的源阻抗，以最小化該并聯(lián)電阻可能引入的誤差。但是，R 越大帕金森，則傳感器斷開連接時(shí)生成的ADC輸出代碼越大，這是不希望的。較大的ADC輸出代碼可能會(huì)導(dǎo)致傳感器斷開連接。因?yàn)锳D7606B具有更大的R在比AD7606，對(duì)于給定的R帕金森，如果傳感器斷開連接，ADC輸出代碼會(huì)更低，如圖3所示，從而降低了誤報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3.傳感器與ADC模擬輸入斷開時(shí)的失調(diào)誤差。

當(dāng)AD7606B進(jìn)入軟件模式時(shí)，具有開路檢測(cè)功能，消除了檢測(cè)傳感器斷開的后端軟件的負(fù)擔(dān)。在對(duì)樣本數(shù)N（圖3示例中的N = 4）進(jìn)行編程后，如果報(bào)告較小直流值的多個(gè)樣本的模擬輸入仍然存在，則算法將自動(dòng)運(yùn)行并在模擬輸入信號(hào)斷開時(shí)置位一個(gè)標(biāo)志。

圖4.傳感器斷開檢測(cè)。

系統(tǒng)級(jí)性能

系統(tǒng)偏移校準(zhǔn)

如圖1所示，使用一對(duì)外部電阻時(shí)，它們之間的任何不匹配都會(huì)導(dǎo)致失調(diào)。當(dāng)傳感器接地時(shí)，該失調(diào)可以作為ADC輸出代碼進(jìn)行測(cè)量。然后，通過對(duì)相應(yīng)的通道失調(diào)寄存器進(jìn)行編程，可以在轉(zhuǎn)換結(jié)果中添加或減去–128 LSB至+127 LSB的失調(diào)，以補(bǔ)償該系統(tǒng)失調(diào)。

系統(tǒng)相位校準(zhǔn)

CONVST 引腳管理轉(zhuǎn)換的開始，以便在所有通道上同時(shí)觸發(fā)該過程。然而，在通過電流互感器（CT）測(cè)量電流，而電壓通過分壓器按比例縮小的應(yīng)用中，電流和電壓通道之間會(huì)出現(xiàn)相位不匹配。為了補(bǔ)償這一點(diǎn)，AD7606B可以延遲任何通道上的采樣時(shí)刻，以便輸出信號(hào)可以同相重新對(duì)齊，如圖5所示。

圖5.相位重新對(duì)準(zhǔn)。

系統(tǒng)穩(wěn)健性

為了提高系統(tǒng)可靠性，片上集成了多種診斷功能，即：

每個(gè)通道上的過壓/欠壓比較器。

一種接口檢查，用于在每個(gè)通道上輸出固定數(shù)據(jù)以驗(yàn)證通信。

如果嘗試寫入或讀取無效寄存器，則 SPI 讀/寫無效警報(bào)。

如果啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后，“忙”線路持續(xù)的時(shí)間超過正常時(shí)間，則會(huì)發(fā)出“忙”卡在高電平警報(bào)。

如果檢測(cè)到內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器上完全復(fù)位、部分復(fù)位或上電復(fù)位的復(fù)位，則復(fù)位檢測(cè)會(huì)發(fā)出警報(bào)。

CRC可以在存儲(chǔ)器映射，ROM和每個(gè)接口通信中執(zhí)行，以確保正確的初始化和/或操作。

結(jié)論

AD7606B為市場(chǎng)帶來了完整的片上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了所有模擬前端構(gòu)建模塊。它提供一整套高級(jí)診斷功能，以及增益、失調(diào)和相位校準(zhǔn)。這樣，AD7606B降低了元件成本和系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性，簡(jiǎn)化了電力線監(jiān)控應(yīng)用的設(shè)計(jì)過程。

審核編輯：郭婷