电能表输入设计疑问，为什么远不到ADC满量程?

发表于 2016-1-4 13:31

近来对电能表感兴趣，看了一款Soc芯片的设计参考。有一个问题颠覆了我以往的设计理念：输入信号远小于A/D转换器的满量程。
应用笔记有如下描述：
”输入信号幅值范围
用V9221进行有功能量计量时，交流信号的输入幅值大小应为-200mV~+200mV（峰值），且信号增
益之后大小不能超过±1.1V（以峰值计）。
。。。。。。
应用电阻分压网络进行电压采样的时候，电压通道ADC的信号输入幅值（峰值）范围应为-200~+200mV，
但是，为了达到最佳的计量效果，在100%Ib，即220V时，我们推荐电压采样信号的输入有效值为18mV左右。
。。。。。。
综合考虑到本芯片的性能和使用要求，在100％Ib（即220V）时，我们推荐锰铜的采样信号应为2.5mV左右。“
一贯认为，为了重分利用ADC的分辨力都要使得输入信号大小在不饱和的情况下尽量接近满量程。这里为什么要降低的这么小？这个Soc内部带有最大16倍的放大器，2.5x16=40mV，40mV只是满量程的0.04/1.1=3.6%。这里面是什么道理，恳请大虾赐教！也让老朽跟上技术的发展。

发表于 2016-1-8 12:48

万工的芯片有数字增益和模拟增益

发表于 2016-1-8 14:42

设计时需留些余量吧，否则轻易就满量程了很容易出问题

ningling_21 · 发表于 2016-1-8 17:41

芯片的交流幅值是正负200mV,这里面在220V，IB采样的量程已经达到40mV,这里面还要考虑电表的最大电流，目前市场上的电表要求越来越高，大多规格都是5（40）A ,10(40)A,20(100)A,5(60),还有1（100）A的宽量程，这时候你的采样信号强度就要综合考虑电表的最大电流和额定电流倍数，意思就是你的40mA还要乘以电表电流最大电流和额定电流的倍数，同时还要考虑设计余量，还有计量芯片的采样曲线，线性问题。以及小信号干扰问题。以上仅仅是电流采样，如果是电压采样，还会考虑到1.9倍过压实验，也就是420V时不会烧表，并且电路采样还有设计余量。

发表于 2016-1-8 17:55

hoolrui 发表于 2016-1-8 17:41
芯片的交流幅值是正负200mV,这里面在220V，IB采样的量程已经达到40mV,这里面还要考虑电表的最大电流，目前 ...

还有440V

发表于 2016-1-9 17:32

hoolrui 说的对，真实没有想到留这么大的裕量！这些都是宝贵的实践经验呀。

发表于 2016-2-29 20:56

hoolrui 发表于 2016-1-8 17:41
芯片的交流幅值是正负200mV,这里面在220V，IB采样的量程已经达到40mV,这里面还要考虑电表的最大电流，目前 ...

说得好，学习了。前些日子也做了一些电量计量方面的设计，第一次做，对这点也有疑问，看了你的。豁然开朗啊。

发表于 2016-3-6 15:23

hoolrui 发表于 2016-1-8 17:41
芯片的交流幅值是正负200mV,这里面在220V，IB采样的量程已经达到40mV,这里面还要考虑电表的最大电流，目前 ...

电表精度能做几位啊，是在没有调整放大倍数下。

发表于 2016-3-10 10:23

今天看到一款电能表上面的量程标注：5（60）A，12倍的超量程呀！这下子可以结贴啦。

发表于 2016-3-14 16:47

zyj9490 发表于 2016-3-6 15:23
电表精度能做几位啊，是在没有调整放大倍数下。

我这里有个表，电压小数点后一位，电流小数点后3位，电能小数点后2位

发表于 2016-3-14 16:48

ztb 发表于 2016-3-10 10:23
今天看到一款电能表上面的量程标注：5（60）A，12倍的超量程呀！这下子可以结贴啦。 ...

标5A额定，可以测量60A ？

发表于 2016-3-22 16:00

5（60）表示基本电流 Ib=5A，最大电流 Imax=60A，就是说ADC在60Ax120%=72A的电流下还能不过载。
如果以在电流1000:1动态范围内电流误差小于0.5%的指标来说:
最大电流在60A时测量误差小于 60*0.5%=0.3A，
最小电流在60A/1000=0.06A时测量误差小于 0.06A*0.5%=0.0003A，
电能表的误差是以相对误差来表示的（与量程无关）。如果以常用的“引用误差”（与量程相关）来表示，在最小电流时的误差为：0.0003A/60A=0.0005%！
还有更牛的表示：1（100）A的电能表。就是使用“在电流5000:1动态范围内，有功计量误差小于0.1%”的IC。

发表于 2016-3-22 16:04

本帖最后由 ztb 于 2016-3-22 16:12 编辑

zyj9490 发表于 2016-3-6 15:23
电表精度能做几位啊，是在没有调整放大倍数下。

对于电能测量：

1000/0.001就是要求有优于19.93位的精度，
5000/0.001就是要求有优于22.25位的精度。
这可不仅是分辨力呀，而是每个码都得是准确的！
电能表IC一般都可以改变放大倍数，但是一旦硬件确定后是不会在测量中改变的。
因为电流的变化范围很大且很快，频繁切换增益恐怕会带来更大误差。

发表于 2016-3-22 19:10

本帖最后由 zyj9490 于 2016-3-22 19:15 编辑

ztb 发表于 2016-3-22 16:04
对于电能测量：

1000/0.001就是要求有优于19.93位的精度，

常规的工业仪表，如用于发电厂电能计费的电能表也就0.2S级的，你的是什么表啊。有效位是22位的，还真是全中国没有几家工业仪表厂商能搞定的，32位AD还没有出来时，24位算最高的了，无效位只有2位，水平真不是盖的，有点怀NI，CT也就18位AD有效位。（实验室严可的环境下测试不算呵）。

发表于 2016-3-24 15:35

我是根据厂家的指标计算得到的结果，也是不能确定的。如果真是这个精度那校准它的仪表可更不得了啦！
还有，就是厂家给出的精度里面功率测量的精度是5000:1范围下0.1%，而电流电压是1000:1范围下0.5%。
电压，电流是功率的基础，为什么相乘后的精度反而更高啦，还是没有弄明白。

电能表输入设计疑问，为什么远不到ADC满量程?

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