引言

隨著科學技術的發(fā)展和國民經(jīng)濟的提高，電能需求日益增加，電能質量問題逐漸引起人們的注意。隨著微處理技術的發(fā)展，電能質量的檢測技術已成為近年來電力系統(tǒng)，儀器行業(yè)的研究熱點，對電能質量關注的焦點也不僅僅是電壓、電流、頻率等穩(wěn)態(tài)指標，現(xiàn)在人們經(jīng)常關注的電能指標還包括：瞬時有功功率、無功功率、視在功率，有功電能、無功電能，功率因數(shù)和相位，電壓有效值、電流有效值，瞬時合相電流值,可測量電網(wǎng)頻率值,可測量電壓信號夾角，可否支持三相三線和三相四線供電方式等。本文采用ATT7022芯片設計的電路就能夠完成上述功能。

1ATT7022芯片的結構功能

ATT702芯片是一款多功能防竊電三相電能計量芯片，適用于三相三線和三相四線等方式的應用。ATT7022采用+5V供電和QFP封裝。該芯片內(nèi)部集成了六路二階Σ-ΔADC,參考電壓電路、所有功率、能量、有效值、功率因數(shù)以及頻率測量的數(shù)字信號處理等電路。ATT702支持全數(shù)字域的增益、相位校正。有功、無功電能、脈沖輸出CF1.CF2可提供瞬時有功、無功功率信息，可以直接接到標準表上進行誤差校正。ATT7022提供有一個SPI接口，可方便地區(qū)性與外部MCU之間進行計量參數(shù)以及校表參數(shù)的傳遞。所有計量參數(shù)都可通過SPI接口讀出。ATT7022內(nèi)部的電壓檢測電路可以保證加電和斷電時的正常工作。ATT7022的內(nèi)部結構如圖1所示。

      該芯片內(nèi)部主要包括電源監(jiān)控電路、模數(shù)轉換電路及計量模塊等。電源監(jiān)控電路主要對模擬電源（AVCC）進行監(jiān)控。當電源電壓低于4V時,芯片將被復位。這一特性有利于芯片上電和掉電時芯片的正常啟動和正常工作。電源監(jiān)控電路被安排在延時和濾波環(huán)節(jié)中，可最大程度防止由電源噪聲引發(fā)的錯誤。ATT7022片內(nèi)集成了6路16位的ADC,并采用雙端差分電路輸入。最大輸入電壓是1.5V,即可以輸入最大正弦信號有效值是1V。建議將電壓通道Un對應的ADC輸入選在0.5V左右，而電流通道的ADC輸入則選在0.1V左右。

芯片中的計量模塊主要是把釆樣電路輸入的大電壓電流信號轉變?yōu)?/span>ATT7022可接受的小電壓信號。ATT7022根據(jù)采樣電路輸入的電壓電流并通過內(nèi)部的DSP模塊即可算出電能，然后把電壓電流及功率由SPI串行接口傳送給MCU,MCU再通過指令控制來顯示測量結果或通過RS485串行接口把測量結果傳送給電能管理系統(tǒng)。

2  三相多功能電能計量單元設計

2.1  系統(tǒng)工作原理

一個三相多功能電能計量單元的系統(tǒng)工作原理圖，如圖2所示?，F(xiàn)場計量單元主要由電壓電流取樣電路、電能計量集成芯片、供電電源和單片機模塊組成。電網(wǎng)三相電壓和電流信號通過取樣電路轉變至符合電能計量芯片A/D釆樣范圍的小信號，所有電能參數(shù)的計算均由電能計量芯片ATT7022完成。計算結果通過中斷方式由SPI接口送至單片機，再由單片機轉換為RS485或者CAN總線方式送至上位管理單元。此外.ATT7022計量芯片輸出的電能脈沖信號還可用來進行系統(tǒng)校準。 

2.2  ATT7022的典型應用電路

在電壓和電流的釆集電路中，為了得到ATT7022能夠處理的小信號，本設計引入了互感器。ATT7022的電流電壓輸入范圍是。?1V（有效值），所以應選擇的互感器是1.5V/5mA精度0.1級，電壓互感器規(guī)格則選擇220V/0.5V。這樣，在額定電流、額定電壓輸入時，電流電壓差動輸入電壓有效值分別在0.1V以及0.5V左右?；贏TT7022的電能計量部分的典型電路如圖3所示。

3  結語

以ATT7022為計量芯片設計的電能計量檢測系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)多費率電能表的各種功能，而且具有精度高，功能擴展方便，軟件容易實現(xiàn)等優(yōu)點，同時也是電能表將來的發(fā)展方向之一。