智能芯片ATT7022在电能计量检测系统中的应用

引言

随着科学技术的发展和国民经济的提高，电能需求日益增加，电能质量问题逐渐引起人们的注意。随着微处理技术的发展，电能质量的检测技术已成为近年来电力系统，仪器行业的研究热点，对电能质量关注的焦点也不仅仅是电压、电流、频率等稳态指标，现在人们经常关注的电能指标还包括：瞬时有功功率、无功功率、视在功率，有功电能、无功电能，功率因数和相位，电压有效值、电流有效值，瞬时合相电流值,可测量电网频率值,可测量电压信号夹角，可否支持三相三线和三相四线供电方式等。本文采用ATT7022芯片设计的电路就能够完成上述功能。

1ATT7022芯片的结构功能

ATT702芯片是一款多功能防窃电三相电能计量芯片，适用于三相三线和三相四线等方式的应用。ATT7022采用+5V供电和QFP封装。该芯片内部集成了六路二阶Σ-ΔADC,参考电压电路、所有功率、能量、有效值、功率因数以及频率测量的数字信号处理等电路。ATT702支持全数字域的增益、相位校正。有功、无功电能、脉冲输出CF1.CF2可提供瞬时有功、无功功率信息，可以直接接到标准表上进行误差校正。ATT7022提供有一个SPI接口，可方便地区性与外部MCU之间进行计量参数以及校表参数的传递。所有计量参数都可通过SPI接口读出。ATT7022内部的电压检测电路可以保证加电和断电时的正常工作。ATT7022的内部结构如图1所示。

      该芯片内部主要包括电源监控电路、模数转换电路及计量模块等。电源监控电路主要对模拟电源（AVCC）进行监控。当电源电压低于4V时,芯片将被复位。这一特性有利于芯片上电和掉电时芯片的正常启动和正常工作。电源监控电路被安排在延时和滤波环节中，可最大程度防止由电源噪声引发的错误。ATT7022片内集成了6路16位的ADC,并采用双端差分电路输入。最大输入电压是1.5V,即可以输入最大正弦信号有效值是1V。建议将电压通道Un对应的ADC输入选在0.5V左右，而电流通道的ADC输入则选在0.1V左右。

芯片中的计量模块主要是把釆样电路输入的大电压电流信号转变为ATT7022可接受的小电压信号。ATT7022根据采样电路输入的电压电流并通过内部的DSP模块即可算出电能，然后把电压电流及功率由SPI串行接口传送给MCU,MCU再通过指令控制来显示测量结果或通过RS485串行接口把测量结果传送给电能管理系统。

2  三相多功能电能计量单元设计

2.1  系统工作原理

一个三相多功能电能计量单元的系统工作原理图，如图2所示。现场计量单元主要由电压电流取样电路、电能计量集成芯片、供电电源和单片机模块组成。电网三相电压和电流信号通过取样电路转变至符合电能计量芯片A/D釆样范围的小信号，所有电能参数的计算均由电能计量芯片ATT7022完成。计算结果通过中断方式由SPI接口送至单片机，再由单片机转换为RS485或者CAN总线方式送至上位管理单元。此外.ATT7022计量芯片输出的电能脉冲信号还可用来进行系统校准。 

2.2  ATT7022的典型应用电路

在电压和电流的釆集电路中，为了得到ATT7022能够处理的小信号，本设计引入了互感器。ATT7022的电流电压输入范围是。〜1V（有效值），所以应选择的互感器是1.5V/5mA精度0.1级，电压互感器规格则选择220V/0.5V。这样，在额定电流、额定电压输入时，电流电压差动输入电压有效值分别在0.1V以及0.5V左右。基于ATT7022的电能计量部分的典型电路如图3所示。

3  结语

以ATT7022为计量芯片设计的电能计量检测系统不仅能实现多费率电能表的各种功能，而且具有精度高，功能扩展方便，软件容易实现等优点，同时也是电能表将来的发展方向之一。