EVAL - ADE7878AEBZ评估板：三相电能计量IC评估的得力助手

在电子工程师的日常工作中，对电能计量IC进行评估和测试是一项重要任务。今天，我们就来深入了解一下ANALOG DEVICES的EVAL - ADE7878AEBZ评估板，它主要用于评估ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A这几款高精度三相电能计量IC。

文件下载：EVAL-ADE7878AEBZ.pdf

评估板概述

特点

• 功能完备：该评估板与配套软件结合，可实现一个功能齐全的三相电能表。
• 连接便捷：通过螺丝端子能轻松连接外部传感器，并且使用PCB插座可方便修改信号调理组件。
• 状态指示：CF1、CF2、CF3、IRQ0和IRQ1逻辑输出处设有LED指示灯，便于观察状态。
• 隔离设计：计量组件采用数字隔离，通过USB与PC进行通信。
• 参考灵活：提供外部电压参考选项，可用于片上参考评估。
• 固件更新：支持基于PC COM端口的固件更新。

套件内容

评估套件包含EVAL - ADE7878AEBZ评估板和USB电缆，同时还可通过在线资源获取ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A的数据手册和评估板用户指南。

总体描述

ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A是高精度的三相电能计量IC，具备串行接口和三个灵活的脉冲输出。它们集成了二阶sigma - delta（Σ - ∆）模数转换器（ADCs）、数字积分器、参考电路以及进行总（基波和谐波）有功和视在电能测量、均方根（rms）计算以及仅基波有功和无功电能测量所需的所有信号处理功能。评估板包含一个IC和NXP Semiconductors的LPC2368微控制器，电能计量IC及其相关计量组件与微控制器实现数字隔离，微控制器通过USB接口与PC通信。

评估板硬件

电源供应

评估板有两个电源域。一个为微控制器和iCoupler的一侧供电，其接地通过USB电缆与PC的接地相连；另一个为iCoupler的另一侧和ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A供电，其接地由相电压VAP、VBP、VCP和VN的接地决定，必须与微控制器电源域的接地不同。微控制器的3.3V电源可由PC通过USB电缆提供，也可在Jumper JP24连接Pin 1和Pin 2时，从P12连接器获取。ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A的3.3V电源则由P9连接器提供，需确保Jumper JP11连接Pin 1和Pin 2，以保证iCouplers也能获得相同的3.3V电源。

模拟输入

电流输入（P1 - P4）

评估板通过P1 - P4的螺丝端子连接电流信号。ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A可测量三相电流和中性电流，可使用电流互感器或Rogowski线圈来感应电流，但相电流感应不能混合使用不同传感器，中性电流可使用不同传感器。IC在相电流和中性电流上有不同的内部可编程增益放大器（PGA）增益，因此可使用不同比例的传感器，只需保证PGA输出的信号比例相同，否则会影响IC的失配功能。

• 使用电流互感器：以A相为例，需根据电流互感器的比例和系统最大电流来定义R1和R2负载电阻，公式为(R 1 = R 2 = 1 / 2 × 0.5 / sqrt 2 × N / I_{F S})。使用时，若使用R1和R2，需打开JP1A和JP2A跳线；打开J5A和J6A跳线启用抗混叠滤波器。同时要注意，若电流互感器二次侧开路，可能会产生高电压，存在电击危险并可能损坏电子元件。
• 使用Rogowski线圈：同样以A相为例，Rogowski线圈不需要负载电阻，因此R1和R2不应安装。打开JP5A和JP6A跳线启用抗混叠滤波器，打开JP3A和JP4A跳线引入额外的抗混叠滤波器。此外，需通过设置CONFIG寄存器的Bit 0（INTEN）来启用IC的积分器，以补偿di/dt传感器引入的20 dB/dec增益。

电压输入（P5 - P8）

电压输入连接在P5 - P8上，可直接连接到线电压源。线电压通过简单的电阻分压器网络进行衰减后提供给IC。电压通道的衰减网络设计使得其3 dB截止频率与电流通道输入的抗混叠滤波器相匹配，以防止在低功率因数下出现大的电能误差。ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A的VAP、VBP和VCP引脚允许的最大信号电平为0.5V峰值，虽然IC模拟输入能承受±2V而不会造成永久性损坏，但为保证指定操作，信号范围不应超过相对于AGND的±0.5V。

跳线设置

评估板上有多个跳线，不同的跳线设置会影响评估板的功能和性能。例如，JP1A - JP2N用于控制电流输入引脚与AGND的连接；JP3A - JP6N用于启用或禁用相补偿网络和抗混叠滤波器；JP7A - JP9C用于控制电压输入的电阻分压器和抗混叠滤波器；JP10用于选择时钟源；JP11用于连接iCouplers的电源；JP12用于选择是否使用外部电压参考；JP21用于选择是否使用另一个微控制器管理ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A；JP24用于选择微控制器的电源；JP31 - JP34用于选择SPI或I2C通信。

评估板作为电能表的设置

典型设置

对于三相四线星形配电系统，使用电流互感器感应相电流和中性电流，线电压直接连接到评估板。评估板由两个不同的电源供电，一个由PC通过USB电缆提供，用于NXP LPC2368和iCouplers的一侧；另一个是外部3.3V电源，用于ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A域和iCouplers的另一侧。两个电源域相互隔离，以确保高压测试电路和控制电路之间没有电气连接，外部电源应具有浮动电压输出。对于三相三线三角形配电系统，以B相电压作为接地参考，将ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A IC的VN引脚连接到该参考电压。

通信设置

评估板通过USB电缆连接到PC，连接后PC会进行枚举过程，要求安装相应的驱动程序。驱动程序可从产品网站下载，根据不同的操作系统选择相应的文件夹。安装驱动后，即可启动评估软件。评估板支持SPI和I2C两种通信方式，通过设置JP31 - JP34跳线来选择。SPI通信时，跳线闭合在Pin 2和Pin 3之间；I2C通信时，跳线闭合在Pin 2和Pin 1之间。

使用其他微控制器

评估板上的ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A可通过P11或P17连接器与另一个微控制器连接。P11与ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A处于同一电源域，P17与NXP LPC2368的电源域相连，并通过iCouplers与ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A通信。若使用P17，可能会与NXP LPC2368的I/O端口产生冲突，可通过闭合JP21跳线解决，然后按下S2复位按钮重置NXP LPC2368。

评估板软件

安装与卸载

评估软件可从产品网站下载，包含NXP LPC2368项目和基于LabVIEW™的程序。NXP LPC2368项目已预装在处理器中，只需安装LabVIEW程序。安装时，打开LabView_projectinstallation_filessetup.exe，该程序会自动安装所有软件组件并创建所需目录。启动软件时，在Start/Programs/ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A Eval Software菜单中点击相应选项。卸载软件可通过Windows控制面板的Add/Remove Programs选项进行。

前面板

软件启动后，前面板会显示两个窗格。左窗格显示通信选择器和主菜单选项，右窗格显示所有子菜单选项以及COM端口、下载到微控制器的固件版本和评估板上的IC等指示器。运行软件时，首先会填充COM端口和固件版本指示器，COM端口会显示与回波功能通信协议匹配的端口，并设置为115,200波特率、8个数据位、无校验位、无流控制和1个停止位。默认使用SPI端口进行串行通信，需先在硬件中设置活动串行端口。检测到芯片后，可选择PSM0或PSM3电源模式对ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A进行命令操作。

不同电源模式

PSM0模式（正常功率模式）

评估板上电后，设备处于PSM3睡眠模式。选择Enter PSM0模式时，微控制器会操作ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A的PM0和PM1引脚，将其切换到PSM0模式。在此模式下，可进行多种操作，如重置ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A、配置通信、测量总有功功率、总无功功率、基波有功功率、基波无功功率、视在功率、电流均方根、平均绝对值电流、电压均方根、电能质量等。

PSM1模式

选择Enter PSM1模式时，微控制器将ADE7868A/ADE7878A切换到PSM1降低功率模式，此模式下仅能访问平均绝对值电流功能。

PSM2模式

选择Enter PSM2模式时，微控制器将ADE7868A/ADE7878A切换到PSM2低功率模式，此模式下仅能访问相电流监测功能。

PSM3模式

在PSM3睡眠模式下，ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A的大部分内部电路关闭，无激活的子菜单。可选择进入PSM0、PSM1或PSM2模式。

通信协议管理

评估板通过微控制器与PC进行通信，微控制器在通信过程中作为纯从设备。PC发送命令，微控制器执行命令并返回答案，PC在收到答案后再发送新命令。有两种版本的微控制器代码，版本0.0是最初为ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A编写的代码，版本0.1可在零交叉处读取均方根值，提高了读数的准确性。评估软件会检测微控制器代码的版本并进行相应的内部更改。文档中详细列出了各种通信协议命令，如回声命令、电源模式选择、重置、I2C/SPI选择、数据读写、中断设置和中断引脚状态等。

连续获取HSDC数据

该功能可在定义的时间段内连续获取HSDC数据，最多可获取两个变量。根据获取的是相电流和电压还是相功率，通信协议有所不同。微控制器以4 kB的数据包形式发送数据，采用乒乓缓冲方法，连续接收HSDC数据、将数据存储到USB内存并发送到PC。

启动和停止DSP

通过向微控制器发送特定命令可启动或停止ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A的DSP。启动时，微控制器向运行寄存器写入0x1；停止时，写入0x0。

微控制器固件升级

评估板附带已安装的微控制器固件，但也可通过Flash Magic程序或IAR J - link调试器进行固件升级。使用Flash Magic时，需将串行电缆连接到评估板的P15连接器和PC的COM端口，或使用USB - to - UART板。在Flash Magic中设置COM端口、波特率、设备、接口、振荡器频率等参数，选择要下载的Hex文件，然后开始下载过程。下载完成后，提取JP8跳线，重置评估板。

控制寄存器数据文件

在All Registers Access面板中点击Save All Regs into a file按钮，可将IC的控制寄存器按特定顺序存储到数据文件中。该顺序在文档的Table 26中有详细列出。

故障排除

在执行评估软件时，可能会遇到一些问题。例如，若评估板电源未连接，前面板主屏幕上显示的IC名称会出错，且无法与IC正确通信，此时需提供电源并重新启动软件；若寄存器读取结果全为FF或00，需检查电源供应、跳线连接和DSP是否运行；若USB连接在软件执行过程中中断，重新执行软件时会报错，此时需移除USB电缆，按下S2（MRESET）按钮，然后重新连接USB电缆并重启软件。

评估板原理图和布局

文档提供了评估板的详细原理图，包括ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A、隔离连接、通信协议选择、接地连接、设备接口、时钟电路、I/O选择、隔离电路、JTAG接口、LPC2368、电源供应、输出LED等部分的原理图。同时，还展示了评估板的布局，包括顶层、第二层、第三层和底层的布局图。

订购信息和物料清单

文档提供了评估板的订购信息和物料清单，详细列出了评估板上各个组件的数量、名称、制造商和型号，方便工程师进行采购和了解评估板的组成。

EVAL - ADE7878AEBZ评估板为工程师提供了一个全面的平台，用于评估ADE7854A/ADE7858A/ADE7868A/ADE7878A电能计量IC。通过详细了解评估板的硬件、软件、通信协议和故障排除方法，工程师能够更好地利用该评估板进行电能计量IC的测试和开发工作。你在使用类似评估板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。