引言

隨著科學技術的發(fā)展和國民經濟的提高，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，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，現在人們經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、功率因數以及頻率測量的數字信號處理等電路。ATT702支持全數字域的增益、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之間進行計量參數以及校表參數的傳遞。所有計量參數都可通過SPI接口讀出。ATT7022內部的電壓檢測電路可以保證加電和斷電時的正常工作。ATT7022的內部結構如圖1所示。

      該芯片內部主要包括電源監(jiān)控電路、模數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根據采樣電路輸入的電壓電流并通過內部的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。

2  三相多功能電能計量單元設計

2.1  系統工作原理

一個三相多功能電能計量單元的系統工作原理圖，如圖2所示。現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。基于ATT7022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不僅能實現多費率電能表的各種功能，而且具有精度高，功能擴展方便，軟件容易實現等優(yōu)點，同時也是電能表將來的發(fā)展方向之一。