ADI - 提高電力線監(jiān)控應(yīng)用的系統(tǒng)級性能和可靠性-設(shè)計應(yīng)用

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對于許多應(yīng)用，監(jiān)控電力線意味著使用電流互感器和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，以便感測三相及零序的電流和電壓，如圖1所示。AD7606B具有高輸入阻抗，可以直接連接傳感器，并且它提供了所需的全部內(nèi)建輸入模塊，從而簡化了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計。

圖1.典型的電力線監(jiān)控應(yīng)用中的AD7606B

AD7606B在片內(nèi)集成8個獨立的信號鏈，即使采用5V單電源供電（數(shù)字接口電壓Vdrive不計），仍可接受±10V或±5V的真正雙極性模擬輸入信號。因此，無需使用外部驅(qū)動運算放大器和外部雙極性電源。

每個通道都由21V模擬輸入箝位保護電路、具備5MΩ輸入阻抗的電阻可編程增益放大器、一階抗混疊濾波器和16位SARADC組成。此外，還可包含一個過采樣率高達256的數(shù)字均值濾波器，以及一個低溫漂2.5V基準(zhǔn)電壓源，用于幫助構(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鏈之外，AD7606B還提供許多校準(zhǔn)和診斷功能，以改善系統(tǒng)級性能和可靠性。

直接傳感器接口

與AD7606不同，AD7606B的輸入阻抗已提高到5MΩ，使其可以直接與多種傳感器接口，從而獲得兩個好處：

·降低外部串聯(lián)電阻（例如，濾波或電阻分壓網(wǎng)絡(luò)）導(dǎo)致的增益誤差。

·當(dāng)傳感器斷開時，所看到的偏移量會減小，可以輕松實現(xiàn)傳感器斷開檢測功能。

外部電阻造成的增益誤差

進行工廠修整時，會嚴(yán)格控制PGA的RFB和RINN（一般為5MΩ），確保準(zhǔn)確設(shè)置AD7606B的增益。但是，如圖1所示，如果在前端放置一個外部電阻，那么實際增益與理想的修整RFB/RIN值之間會存在偏差。

RFILTER越高，增益誤差越大，這需要從控制器一側(cè)補償。但是，RIN越高，相同RFILTER產(chǎn)生的影響就越小。與AD7606具有1MΩ輸入阻抗不同，AD7606B具有5MΩ阻抗，這意味著在沒有任何校準(zhǔn)的情況下，相同串聯(lián)電阻(RFILTER)的增益誤差會降低到約1/5，如圖2所示。

圖2.串聯(lián)電阻導(dǎo)致的增益誤差

但是，通過在軟件模式下使用AD7606B，系統(tǒng)增益誤差可以基于每個通道自動進行片內(nèi)補償，因此完全無需再在控制器一側(cè)實施任何增益校準(zhǔn)計算。

傳感器斷開檢測

傳統(tǒng)上，將下拉電阻(RPD)與傳感器（圖1中所示的電流互感器）并聯(lián)，用戶可通過監(jiān)測多個樣本(N)的ADC輸出代碼是否重復(fù)小于20LSBs，來檢測傳感器何時斷開。

建議采用比傳感器的源阻抗大得多的RPD，將該并聯(lián)電阻可能產(chǎn)生的誤差減至。但是，RPD越大，在傳感器斷開時生成的ADC輸出代碼也越大，這并非我們期望的結(jié)果。由于AD7606B的RIN比AD7606大，對于給定的RPD，如果傳感器斷開，ADC輸出代碼會降低（如圖3所示），從而降低了誤報的風(fēng)險。

圖3.傳感器與ADC的模擬輸入斷開連接時的偏置誤差

進入AD7606B的軟件模式時，可以使用開路檢測功能，從而無需后端軟件來檢測傳感器斷開情況。編程設(shè)置樣本數(shù)量N（在圖4的示例中，N=3）之后，如果模擬輸入保持由幾個樣本較小的直流值，算法會自動運行，并在模擬輸入信號斷開被判定為開路時，置一個標(biāo)記位。

圖4.傳感器斷開檢測

系統(tǒng)級性能

系統(tǒng)失調(diào)校準(zhǔn)

使用一對外部電阻時，如圖1所示，它們之間出現(xiàn)任何不匹配都會導(dǎo)致產(chǎn)生偏移。傳感器短接至地時，該偏移可以測量為ADC輸出代碼。然后，可以通過編程設(shè)置對應(yīng)的通道偏移寄存器，在轉(zhuǎn)換結(jié)果中增加或減去–128LSBs至+127LSBs偏移，以補償系統(tǒng)偏移。

系統(tǒng)相位校準(zhǔn)

CONVST引腳用于管理模數(shù)轉(zhuǎn)換啟動，以便同時在所有通道上觸發(fā)該流程。但是，對于通過電流互感器(CT)測量電流同時通過分壓電阻按比例縮小來測量電壓的應(yīng)用，存在電流和電壓通道之間相位不匹配的情況。為了補償這種不匹配，AD7606B可以延遲任何通道（相對延遲大一點兒的通道）上的采樣時刻，以便將輸出信號調(diào)整到同相，如圖5所示。

圖5.相位調(diào)整

系統(tǒng)可靠性

為了提高系統(tǒng)的可靠性，在片內(nèi)增加了幾種診斷功能，包括：

·每個通道上的過壓/欠壓比較器。

·一種接口檢查，在每個通道上輸出固定的數(shù)據(jù)，以驗證通信狀態(tài)。

·如果嘗試對無效寄存器實施寫入或讀取，則會發(fā)出SPI無效讀取/寫入警報。

·在轉(zhuǎn)換開始后，如果BUSY線持續(xù)的時間比正常時間長，則會發(fā)出BUSYSTUCKHIGH警報。

·如果檢測到對內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器的完全、部分或上電復(fù)位，則發(fā)出復(fù)位檢測警報。

·可以對存儲器映射、ROM和每個接口通信實施CRC校驗，以確保正確初始化和/或操作。

總結(jié)

AD7606B為市場帶來