解析 ADE7978/ADE7933/ADE7932/ADE7923 芯片组：三相电能计量的理想之选

在电力系统中，准确的电能计量至关重要。今天，咱们就来深入探讨一下 Analog Devices 推出的 ADE7978/ADE7933/ADE7932/ADE7923 芯片组，它在三相电能计量领域表现卓越，能为工程师们提供高精度的解决方案。

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1. 芯片组概述

ADE7978、ADE7933/ADE7932 和 ADE7923 共同构成了一个专门用于使用分流器作为电流传感器来测量三相电能的芯片组。其中，ADE7933/ADE7932 是用于多相电能计量应用的隔离式 3 通道 sigma - delta 模数转换器（Σ - Δ ADC），而 ADE7923 则是用于中性线的非隔离式 3 通道 Σ - Δ ADC。

1.1 芯片特性

• 高精度测量：支持 EN 50470 - 1、EN 50470 - 3、IEC 62053 - 21 等多种标准，在 25°C 时，有功和无功能量在 2000 到 1 的动态范围内误差小于 0.2%，电压均方根（rms）在 500 到 1 的动态范围内误差小于 0.1%，电流 rms 在 500 到 1 的动态范围内误差小于 0.25%。
• 抗磁干扰：采用空气芯变压器，对直流磁场具有免疫能力，能有效抵抗外界磁场干扰，确保测量的准确性。
• 多种接口：具备灵活的 I2C、SPI 和 HSDC 串行接口，方便与其他设备进行通信和数据传输。
• 安全认证：获得 UL、CSA、VDE 等多项安全和法规认证，为产品的可靠性和安全性提供保障。

1.2 典型应用

该芯片组适用于多种场景，如基于分流器的多相电表、电能质量监测、太阳能逆变器、过程监测、保护设备、隔离传感器接口以及工业可编程逻辑控制器（PLC）等。

2. 芯片详细介绍

2.1 ADE7978

这是一款高精度的三相电能测量 IC，具有串行接口和三个灵活的脉冲输出。它可以与多达四个 ADE7933/ADE7932 和 ADE7923 设备接口，能够执行总（基波和谐波）有功、无功和视在能量测量以及 rms 计算，还能进行仅基波的有功和无功能量测量及 rms 计算。

2.2 ADE7933/ADE7932

它们是隔离式 3 通道 Σ - Δ ADC，包含 isoPower® 集成隔离式 DC - DC 转换器，可提供 ADC 第一级所需的稳压电源，无需外部 DC - DC 隔离模块。其中，ADE7933 有三个 ADC，而 ADE7932 有两个 ADC。

2.2 ADE7923

这是 ADE7933 的非隔离版本，适用于不需要中性线隔离的中性电流测量场景。它有两个电压通道和一个电流通道，可用于辅助电压测量。

3. 工作原理

3.1 模拟输入

ADE7933/ADE7932 和 ADE7923 有三个模拟输入通道：一个电流通道和两个电压通道。电流通道使用分流器来感应电压，采用伪差分配置；电压通道的输入为伪差分单端电压，最大输入电压为 ±500 mV。

3.2 模数转换

芯片采用二阶 Σ - Δ ADC，结合过采样和噪声整形技术来实现高分辨率。过采样将量化噪声分散到更宽的带宽，降低了感兴趣频段内的量化噪声；噪声整形则使大部分噪声位于高频，可通过数字低通滤波器去除。

3.3 数字信号处理

ADE7978 包含一个固定功能数字信号处理器（DSP），用于计算所有功率和 rms 值。它通过执行特定程序，每 8 kHz 进行一次计算，并通过设置 STATUS0 寄存器中的 DREADY 位来信号计算结束。

4. 电能计算与测量

4.1 有功功率与能量计算

芯片通过对电压和电流信号进行处理，计算出瞬时有功功率，并通过积分得到有功能量。在不同的积累模式下，如线周期有功能量积累模式，能有效减少能量计算中的正弦分量，提高能量计算的准确性。

4.2 无功功率与能量计算

无功功率的计算考虑了电压和电流波形的相位差，通过对无功功率进行积分得到无功能量。同样，线周期无功能量积累模式可提高无功能量计算的精度。

4.3 视在功率与能量计算

视在功率通过电压 rms 值和电流 rms 值相乘得到，视在能量则是视在功率的积分。芯片支持多种视在功率的计算方式，可根据实际需求进行配置。

4.4 rms 测量

芯片对电流和电压的 rms 值进行测量，通过低通滤波和