AD7755 kết hợp dùng Vi điều khiển AVR32 để đo năng lượng điện với độ chính xác rất cao. Mạch tương tự duy nhất được dùng trong AD7755 là trong các bộ ADC. Tất cả các quá trình xử lý tín hiệu khác như nhân, lọc đều được thực hiện trong một dải số. Điều này sẽ đảm bảo độ ổn định và chính xác ngay trong điều kiện môi trường khắc nghiệt và trong thời gian dài.
Cấu trúc chức AD7755 AD7755 kết hợp dùng Vi điều khiển AVR32 để đo lượng điện với độ xác cao Mạch tương tự dùng AD7755 ADC Tất trình xử lý tín hiệu khác nhân, lọc thực dải số Điều đảm bảo độ ổn định xác điều kiện môi trường khắc nghiệt thời gian dài AD7755 đưa thông tin giá trị công suất thực trung bình đầu tần số thấp F1 F2 Những đầu logic sử dụng để điều khiển công tơ điện tử hay để kết nối với vi điều khiển Đầu logic CF đưa thông tin công suất thực tức thời Đầu sử dụng cho mục đích hiệu chỉnh, hay để ghép nối tới khối vi điều khiển Hình 3.8 Sơ đồ khối AD7755 Hình sơ đồ khối chức AD7755 AD7755 gồm mạch nguồn chân AVDD AD7755 tình trạng bị reset điện áp cấp chân AVDD 4V Nếu nguồn cấp giảm nhỏ 4V AD7755 sẽ bị reset xung phát chân F1, F2 chân CF Sơ đồ mạch pha bên bảo đảm kênh điện áp kênh dòng pha thích hợp cho dù lọc thông cao HPF kênh Channel (kênh dòng) On hay Off Một giới hạn không tải bên đảm bảo cho AD7755 tải Trong AD7755 gồm có kênh dòng kênh áp, tín hiệu đưa vào tín hiệu dạng tương tự, sau chuẩn hóa qua chuyển đổi tương tự số ADC mạch lọc thông đưa thành đầu dạng tần số Các tín hiệu đầu đuợc ghép nối vi điều khiển thực hiển thị Chức chân AD7755 Chân Ký hiệu VSS Mô tả Cấp nguồn số Chân cấp nguồn điện áp cho mạch số AD7755 Điện áp cấp nên trì mức 5V ± 5% cho mạch hoạt động Chân phải tách tụ 10uF mắc song song với tụ gốm 100nF VDD Bộ lọc thông cao Đầu vào logic dùng để kích hoạt lọc HPF kênh 1( kênh dòng điện) Mức logic cho phép HPF hoạt động Đáp ứng pha lọc bù dải tần số từ 45 Hz đến KHz HPF nên kích hoạt ứng dụng đo công suất Vee Cấp nguồn tương tự Chân cấp điện áp nguồn cho mạch tương tự AD7755 Nguồn nên trì mức 5V ± 5% Nên tối thiểu hóa gợn sóng nhấp nhô cho nguồn cấp chân cách dùng mạch tách riêng Chân phải tách với AGND tụ 10uF song song với tụ gốm 100nF 4, 19 NC Không nối 5, V1P,V1N Các đầu vào tương tự cho kênh ( kênh dòng điện ) Các đầu vào đầu vào điện áp vi sai với tín hiệu vi sai lớn lên tới ± 470mV Kênh có PGA lựa chọn khuêch đại Tín hiệu lớn chân ± 1V Cả hai đầu vào có mạch bảo vệ bên chịu tải ± 6V mà không lo bị phá hủy lâu dài 7, V2N,V2P Đầu vào âm dương cho kênh ( kênh điện áp ) Các đầu vào cặp đầu vào vi sai Điện áp vi sai lớn ± 660mV Tín hiệu lớn chân ± 1V Chúng có mạch bảo vệ bên chịu tải ± 6V mà không lo bị phá hủy lâu dài RESET Thiết lập lại chân cho AD7755 Một mức logic thấp chân giữ ADC mạch số trạng thái thiết lập lại 10 REFIN/OUT Chân cung cấp điện áp chuẩn, giá trị danh định 2,5V ± 8% hệ số nhiệt độ 30ppm/oC Một nguồn chuẩn bên phải nối chân Chân phải tách AGND tụ 1uF song song với 100nF 11 AGND Là chân nối đất IC Chân phải nối với đường GND mạch tương tự Đường GND mạch tương tự dùng cho tất mạch tương tự, lọc, biến đổi dòng áp… 12 SCF Chọn tần số điều chỉnh Đầu dùng để lựa chọn tần số CF 13, 14 S1,S0 Các đầu vào để chọn tàn số cho biến đổi số sang tần số Điều cho phép linh hoạt thiết kế đo lượng 15, 16 G1,G0 Đầu vào dùng để chọn khuêch đại cho kênh 1, hệ số 1, 2, 16 17 CLKIN Cấp xung dao động tinh thể thạch anh có thẻ nối qua CLKIN CLKOUT để cấp xung nguồn cho IC Xung để IC hoạt động xác 3,57945 MHz 18 CLKOUT tinh thể thạch anh nối qua chân CLKIN trình bày 20 REVP Đầu logic lên mức cao có xung dương, góc pha tín hiệu dòng áp lớn 90 độ Đầu không nhớ bị reset lại có nguồn dương 21 DGND Chân cấp đường GND cho mạch số IC mạch nhân, lọc, biến đổi sô sang tần số Chân nên nối với GND mạch tương tự Nó chung cho tất mạch số, đếm, khối vi điều khiển hiển thị LED 22 CF Đầu tần số điều chỉnh Chân CF cung cấp thông tin nguồn công suất thực tức thời Nó dùng cho mục đích điều chỉnh 23, 24 F1,F2 Các đầu tần số thấp F1 F2 cấp thông tin công suất thực trung bình Các thông số kĩ thuật AD7755: CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC LỚN NHẤT: AVDD đến AGND: -0,3 V đến + V DVDD đến DGND: -0,3 V đến + V DVDD đến AVDD : -0,3 V đến + 0,3 V Điện áp đầu vào tương tự V1P, V1N, V2P, V2N: -6V đến + 6V Điện áp đầu vào mẫu với AGND: -0,3V đến AVDD + 0,3V Điện áp vào số với DGND: -0,3V đến DVDD + 0,3V Điện áp số với DGND: -0,3V đến DVDD + 0,3V SAI SỐ ĐO: Sai số kết hợp với thiết bị đo thân AD7755 gây xác định theo công thức sau: Percentage Error = Energy Re gistered By The AD7755 − True Energy × 100% ( 3True Energy 2) Trong đó: Percentage Error: Phần trăm sai số Energy Registered by the AD7755: Năng lượng danh định AD7755 True Energy: Năng lượng thực Theo phần trăm sai số xác định tỷ số hiệu lượng danh định lượng thực với lượng thực LỆNH PHA GIỮA CÁC KÊNH: Bộ lọc thông cao HPF kênh có đáp ứng pha Để cân pha kênh, mạch điều chỉnh pha đặt kênh SAI SỐ KHUẾCH ĐẠI: Sai số khuếch đại AD7755 xác định khác tần số đo tần số lý tưởng Nó đo với độ khuếch đại kênh V1 Sự khác biểu thị phần trăm tần số lý tưởng NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA AD7755: Hai ADC biến tín hiệu điện áp từ biến dòng biến áp thành tín hiệu số Cấu trúc đầu vào tương tự rút gọn nhiều giao diện biến đổi việc cung cấp dải động rộng cho việc kết nối trực tiếp tới biến đổi Độ khuếch đại thay đổi kênh dòng làm cho biến đổi gọn nhẹ dễ dàng Một lọc thông cao kênh dòng loại bỏ thành phần chiều từ tín hiệu dòng điện khử sai số việc tính toán công suất thực gây tín hiệu dòng áp Việc tính toán công suất thực xuất phát từ tín hiệu công suất tức thời Tín hiệu công suất tức thời xác định phép nhân trực tiếp tín hiệu dòng áp Để tách thành phần công suất thực ví dụ thành phần chiều, tín hiệu công suất tức thời lọc lọc thông thấp Hình 3.9 Tín hiệu biến đổi AD7755 Sơ đồ minh họa tín hiệu công suất thực tức thời cho ta thấy công suất thực lọc lọc thông thấp tín hiệu công suất tức thời Đầu tần số thấp AD7755 sinh tích thông tin công suất thực Bản thân tần số thấp có nghĩa khoảng thời gian tich trữ xung Tần số tỷ lệ với công suất thực trung bình Thông tin công suất thực trung bình tích trữ ví dụ đếm để tổng hợp thông tin lượng thực Vì tần số cao thời gian tích phân ngắn hơn, đầu CF tỷ lệ với công suất thực tức thời Điều có lợi cho mục đích điều chỉnh điều kiện tải ổn định CÁC ĐẦU VÀO TƯƠNG TỰ Kênh V1 (Kênh dòng) Đầu vào điện áp từ biến áp nối với AD7755 Kênh V1 đầu vào điện áp vi sai V1P dương, V1N âm Tín hiệu vi sai cực đại kênh phải nhỏ ± 470mV Chú ý kênh có khuếch đại thay đổi giá trị với giá trị 1, 2, 16 Hình 3.10 Chuẩn hóa tín hiệu đưa vào kênh dòng Hình minh họa tín hiệu lớn V1P V1N Điện áp vi sai lớn ± 470mV phân theo độ khuếch đại Tín hiệu điện áp vi sai đầu vào phải chuẩn với chế độ thông thường AGND Tín hiệu chế độ thông thường cực đại ± 100mV Bảng 3.3 Các giá trị điện áp vi sai cực đại G1 G0 Gain Maximum 0 Differential Signal ± 470 mV ± 235 mV ± 60 mV 1 16 ± 30 mV Kênh V2 (kênh điện áp) Đầu biến đổi điện áp nối đầu vào tương tự Kênh V2 đầu vào điện áp vi sai Tín hiệu vi sai lớn kênh ± 660 mV Hình 3.11 Chuẩn hóa tín hiệu đưa vào kênh áp NGUỒN CẤP AD7755 gồm kiểm soát nguồn chíp Nguồn tương tự (AV DD) giám sát AD7755 Nếu nguồn nhỏ 4V ± 5% AD7755 bị reset Điều cần thiết để đảm bảo khởi động xác thiết bị lúc nguồn bật tắt Hình 3.12 Đồ thị ngưỡng Reset AD7755 Như hình ta thấy mức kích hoạt đặt 4V Dung sai khoảng 5% AD7755 hoạt động cấp nguồn từ 4V đến 5V ± 5% Dưới 4V bị reset GHÉP NỐI AD7755 VỚI VI ĐIỀU KHIỂN Cách đơn giản để kết nối AD7755 với vi điều khiển dùng đầu tần số cao CF với tỷ lệ tần số đặt lên tới 2048 x F1,F2 ( SCF = S0 = S1 = 1) Với tín hiệu xoay chiều tỷ lệ thật đầu vào tương tự, tần số CF xấp xỉ 5,5 kHz Hình 3.13 Sơ đồ ghép nối AD7755 với vi điều khiển Theo đó, CF nối với cổng đếm vi điều khiển Nó đếm số lượng xung thời gian tích phân xác định đếm bên khối vi điều khiển Công suất trung bình tỷ lệ với tần số trung bình: Tần số trung bình = Công suất thực trung bình = Counter Timer ( 3-3 ) Năng lượng tiêu thụ suốt thời gian tích phân xác định: Năng lượng = Công suất trung bình x Thời gian = Counter x Time = Counter Timer ( 3-4 ) Để mục đích điều chỉnh, thời gian tích phân 10 đến 20 giây để đủ số xung đảm bảo độ xác tần số Ở chế độ bình thường thời gian tích phân giảm xuông giây tùy theo trường hợp Với thời gian tích phân ngắn vi điều khiển, giá trị lượng có chút độ gợn sóng, chí tải ổn định Tuy nhiên, với thời gian tích phân phút lâu lượng đo gợn sóng ... phần công suất thực ví dụ thành phần chiều, tín hiệu công suất tức thời lọc lọc thông thấp Hình 3.9 Tín hiệu biến đổi AD7755 Sơ đồ minh họa tín hiệu công suất thực tức thời cho ta thấy công suất. .. dòng điện khử sai số việc tính toán công suất thực gây tín hiệu dòng áp Việc tính toán công suất thực xuất phát từ tín hiệu công suất tức thời Tín hiệu công suất tức thời xác định phép nhân trực... ĐẠI: Sai số khuếch đại AD7755 xác định khác tần số đo tần số lý tưởng Nó đo với độ khuếch đại kênh V1 Sự khác biểu thị phần trăm tần số lý tưởng NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA AD7755: Hai ADC biến tín