电能质量监测第2部分：符合标准的电能质量仪表的设计考虑因素
作者：jose mendia，产品应用高级工程师
摘要
本文介绍如何借助即用型平台加快开发速度，高效设计符合标准的电能质量(pq)测量仪表。文中详细探讨设计a类和s类电能表的不同解决方案，包括新的s类电能质量测量集成解决方案，该方案可大幅缩短电能质量监测产品的开发时间并降低成本。文章“电能质量监测第1部分：符合标准的电能质量测量的重要性”详细阐述了电能质量iec标准及其参数。
实施电能质量解决方案面临的挑战
图1显示了用于测量电能质量的仪表所包含的基本组件。首先，电流和电压传感器必须支持该仪器的工作范围，且输入信号应能根据模数转换器(adc)输入的动态范围进行调整。传统传感器是导致测量结果不准确的第一个来源；因此，正确选择传感器至关重要。然后，信号传输至adc；其各种特性，例如偏置、增益和非线性度误差成为导致测量结果不准确的第二个来源。正确选择adc来执行此功能，这是设计电能质量仪表时的一大难点。最后，必须开发一系列信号处理算法，以便从输入信号获取电气和电能质量测量结果。
图1.电能质量测量仪表的主要组件。
电压和电流传感器
电能质量仪表的位置和应用不同，标称电源电压(unom)、标称电流(inom)和频率也会不同。除了仪表测得的标称值，iec 61000-4-7标准要求电能质量测量仪表达到表1所示的精度；因此，在选择传感器时，必须确保在使用该传感器后，仪器能够达到要求的测量精度。
表1.iec 61000-4-7标准指定的电流、电压和电能测量精度要求
类别 测量 条件 最大误差
a 电压 um ≥ 1% unom
um < 1% unom ±5% um
±0.05% unom
电流 im ≥ 3% inom
im < 3% inom ±5% im
±0.15% inom
电能 pm ≥ 150 w
pm < 150 w ±1% pm
±1.5 w
s 电压 um ≥ 3% unom
um < 3% unom ±5% um
±0.15% unom
电流 im ≥ 10% inom
im < 10% inom ±5% im
±0.15% inom
inom：测量仪表的标称电流范围
unom：测量仪表的标称电压范围
um、im和pm：测量值
iec61000-4-71标准推荐在设计输入电路时，采用这些标称电压(unom)和标称电流(inom)：
对于50 hz系统：66 v、115 v、230 v、400 v、690 v
对于60 hz系统：69 v、120 v、240 v、277 v、347 v、480 v、600 v
0.1a、0.2 a、0.5 a、1 a、2 a、5 a、10 a、20 a、50 a、100 a
此外，在连续施加1.2× unom和inom时，用于测量电压和电流的传感器的特性和精度必须保持不变。对仪器施加四倍标称电压信号或1 kv rms（以低值为准）1秒，不得导致任何损坏。同样，对仪器施加10× inom 1秒，不得导致任何损坏。
模数转换器
尽管iec 61000-4-30标准未明确给出最低采样速率要求，但adc的采样速率必须足以测量一些振荡和快速的电能质量现象。采样速率如果不足，会导致电能质量事件分类出错，或无法检测到事件。iec 61000-4-30标准规定，仪表的电压和电流传感器应该能够支持高达9 khz。因此，必须按照信号分析规则选择adc的采样频率，以测量高达9 khz（包含在内）的能量谱分量。图2显示在采样速率不足时会造成的后果。左上方的波形每10个周期(200 ms)包含64个样本，右上方的波形每10个周期包含1024个样本。如图2所示，左上图显示电压突降事件，右上图则显示这种突降是由瞬变引起的。
iec标准适用于单相和三相系统；因此，所选的adc必须能够同时对规定数量的电压和电流通道采样。能够同时对仪表上的所有电压和电流通道执行测量，这样就能检查所有参数并在发生电能质量事件时，立即触发这些参数。
数字信号处理(dsp)
尽管为电能质量测量应用选择传感器和adc需要付出全面的工程努力，但毫无疑问，开发算法来处理adc原始测量数据才是电能质量测量过程中最费时间和资源的任务。要构建符合标准的仪表，必须选择正确的dsp硬件，还必须开发基于波形样本计算电能质量参数的算法并进行适当测试。这项标准不止要求进行计算，还要求基于不同的时间进行整合，要求a类的时间精度小于±1秒/24小时，s类的时间精度小于±5秒/24小时。这些算法必须执行谐波分析。此外，电能质量参数依赖快速傅立叶变换(fft)分析（谐波、间谐波、电源信号电压、失衡），但这种分析很难实施。fft分析要求以最低每200 ms（10个周期）1024个样本的速率对波形进行采样。要按规定的速率对adc的原始波形重采样，必须非常小心，以免造成谐波失真和混叠。
算法开发完成之后，iec标准要求仪表必须通过400多项测试，才能获得完全认证。
图3所示的框图显示了dsp系统进行电能质量测量时所需的最相关功能。
图2.adc采样速率会影响电能质量测量。
图3.框图：dsp电能质量系统的相关功能。
adi公司的电能质量测量解决方案
多通道同步采样adc，符合iec 61000-4-30 a类标准
在开发a类pq仪表时，我们需要考虑精度、通道数量和采样速率要求，所以我们推荐使用ad777x和ad7606x系列产品来进行信号链/系统的adc转换。注意，这些解决方案只提供来自输入信号的原始数字化数据。必须开发dsp系统，以获取通过认证的pq测量结果。
ad777x系列σ-δ adc
ad777x是8通道、24位同步采样adc系列器件。片内集成8个完整的σ-δ adc，提供16 ksps/32 ksps/128 ksps采样速率。ad777x提供低输入电流，允许直接连接传感器。每个输入通道都有一个增益为1、2、4和8的可编程增益级，可将低幅度传感器输出映射到满量程adc输入范围，从而尽量扩大信号链的动态范围。ad777x支持1 v至3.6 v vref电压，模拟输入范围为0 v至2.5 v或者±1.25 v。模拟输入可配置为接受真差分、伪差分或单端信号以匹配不同的传感器输出配置。采样速率转换器可以用来对ad7770进行精细分辨率控制，还可用于线路频率变化为0.01 hz时，需要odr分辨率用于保持采样频率跟随维持相干性的应用。ad777x还提供5 khz 大信号输入带宽（ad7771为10 khz）。通过spi提供的数据输出和spi通信接口还可配置用于输出σ-∆ adc转换数据。其温度范围为–40°c至+105°c，采用3.3 v或±1.65 v电源时，最高可达到+125°c。
图4显示了pq仪器使用的ad777x系列adc的典型3相应用系统框图，其中使用电流互感器作为电流传感器，且使用电阻分压器作为电压传感器。
ad7606x系列16/18位adc数据采集系统
ad7606x是8通道16/18位同步采样模数数据采集系统(das)系列。每个通道均包含模拟输入箝位保护、可编程增益放大器(pga)、低通滤波器、16/18位逐次逼近型(sar) adc。ad7606x还内置灵活的数字滤波器、低漂移2.5 v精密基准电压源和基准电压缓冲器，可驱动adc及灵活的并行和串行接口。
ad7606b采用5 v单电源供电，支持±10 v、±5 v和±2.5 v真双极性输入范围，所有通道均能以800 ksps (ad7606b)/1 msps (ad7606c)的吞吐速率采样。输入箝位保护容忍不同的电压输入，它们是用户可选的模拟输入范围（±20 v、±12.5 v、±10 v、±5 v和±2.5 v）。ad7606x采用单个5 v模拟电源供电。它采用单电源工作方式，具有片内滤波和高输入阻抗，因此无需采用需要双极性电源的外部驱动运算放大器。
在软件模式下，可以使用以下先进功能：
额外的过采样(os)选项，高达os × 256
每通道的系统增益、系统失调和系统相位校准
模拟输入开路检测器
用于诊断的多路复用器
监控功能：spi无效读/写、循环冗余校验(crc)、过压和欠压事件、忙卡监控和复位检测
图4显示了适用于电能质量仪表的ad7606x系列adc的典型3相应用系统框图，其中使用电流互感器作为电流传感器，且使用电阻分压器作为电压传感器。
图4.ad777x和ad7606x系列adc的电能质量3相应用系统框图。
adi公司预认证的iec s类电能质量解决方案
ade9430是一款高精度、全集成式多相电能计量ic，结合主机微控制器上运行的adsw-pq-cls软件库，共同构成符合iec 61000-4-30 s类标准的完整解决方案。通过集成大幅缩短了pq监控产品的开发时间，且降低了成本。ade9430 + adsw-pq-cls解决方案紧密集成采集引擎和计算引擎，简化了电能和pq监控系统的实现和认证。图5显示了适用于电能质量仪表的ade9430 + adsw-pq-cls解决方案的3相应用系统框图，其中使用电流互感器作为电流传感器，且使用电阻分压器作为电压传感器。
ade9430 s类电能质量模拟前端
ade9430集成七个输入通道，可在三相系统或多达三个单相系统上使用。配合外部模拟积分器使用时，该器件支持使用电流互感器(ct)或罗氏线圈来进行电流测量。它提供集成式模拟前端来进行电能质量监控和电能计量。ade9430与ade9000和ade9078引脚兼容，提供同等的模拟和计量性能。具有以下特性：
7个高性能24位σ-δ adc
101 db snr
宽输入电压范围：±1 v，707 mv rms，满量程，增益为1
差分输入
0.2级精度计量
1周期rms、线路频率、过零、先进计量方法
波形缓冲器
连续重采样数据：每10/12线路周期1024点
先进计量方法覆盖50 hz和60 hz基波频率
支持有功电能标准：iec 62053-21和iec 62053-22；en 50470-3 oiml r46；以及ansi c12.20
支持无功电能标准：iec 62053-23、iec 62053-24
高速通信端口：20 mhz串行端口接口(spi)
adsw-pq-cls软件库
adsw-pq-cls软件库专用于与ade9430集成，以生成符合iec 61000-4-30标准的s类pq测量值。它采用了iec 61000-4-30中定义的有关s类仪器的所有参数。用户可以决定使用哪些pq参数。此库需要低cpu/ram资源，且与内核/os无关（最低需要采用arm® cortex®-m）。支持的mcu架构包括arm cortex-m0、cortex-mo+、cortex-m1、cortex-m3和cortex-m4。在提供给最终用户时，该库以cmsis-pack文件(.pack)的形式提供，兼容keil microvision、iar embedded workbench（8.x版本），或者adi公司的crosscore® embedded studio。在购买ade9430时，会随附提供该软件库的许可证。提供一个pc串行命令行接口(cli)示例，用于评估该库及其功能。图6显示此cli如何显示pq参数。
图5.ade9430和adsw-pq-cls pq 3相系统框图。
图6.adsw-pq-cls软件库串行cli接口。
ade9xxx系列电能质量功能汇总
表2.ade9xxx系列电能计量ic的电能和电能质量特性；s类数值表示功能符合iec 61000-4-30 s类标准
参数 ade9078电表计量 ade9000电能质量 ade9430 + adsw-pq-cls
瓦特、瓦时 ✓ ✓ ✓
i rms、v rms、va、va-hr ✓ ✓ ✓
总var、var-hr ✓ ✓ ✓
基波无功功率、var-hr ✓ ✓ ✓
功率因数 ✓ ✓ ✓
电流相位角 ✓ ✓ ✓
参数 ade9078电表计量 ade9000电能质量 ade9430 + adsw-pq-cls
电压相位角 ✓ ✓ ✓
线路频率——3 ✓ ✓ s类
相序检测 ✓ ✓ ✓
1/2周期rms — ✓ —
1周期rms — ✓ s类
10/12周期rms — ✓ s类
150/180周期rms — — s类
突降/突升 — ✓ s类
中断 — — s类
过流 — ✓ ✓
基波功率瓦特、瓦时、va、va-hr — ✓ ✓
快速电压变化 — — s类
上/下偏差 — — s类
闪变 — — s类
电压/电流失衡 — — s类
电压/电流谐波、间谐波 — — s类最高达到第40位
ithd、vthd — ✓ s类
参数 ade9078电表计量 ade9000电能质量 ade9430 + adsw-pq-cls
电源信号电压 — — s类 (<3 khz)
基波i rms、v rms — ✓ ✓
数据速率 16 ksps/4 ksps 32 ksps/8 ksps 32 ksps/8 ksps
重采样数据 64 pts/周期 128 pts/周期 128 pts/周期，或者1024 pts/（10/12周期）
最大spi频率 10 mhz 20 mhz 20 mhz
ade9430评估套件
eval-ade9430ardz能够使用ade9430和adsw-pq-cls电能质量库，快速评估和构建电能和s类功率质量测量系统的原型。提供的功率质量库和应用示例能够帮助简化大型系统的实现。此套件提供即插即用型体验，易于使用，可用于测试3相电气系统的电能质量参数。
此套件具有如下硬件特性：
电流互感器输入
高压/电流输入
240 v rms标称值（采用分压器）
80 a rms最大值（采用提供的ct传感器）
2.5 kv隔离
板载rtc，用于标记测量时间
预先通过iec 61000-4-30 s类认证（需要用户进行校准）
adsw-pq-cls库和示例应用（在arm cortex-m4 mcu上运行）
与pc之间的串行cli，用于进行配置，并记录电能质量参数
图7显示在pc上使用eval-ade9430ardz需要进行的连接。
eval-ade9430ardz由一个pcb（具有4个电流和3个电压 + 零线输入连接器）、板载ade9430、隔离器、实时时钟）、一个cortex-m4 stm nucleo-413zh开发板（包含adsw-pq-cls库的示例应用）和三个电流传感器组成。
图7.连接至pc的eval-ade9430ardz的框图。
认证
ade9430 + adsw-pq-cls解决方案已通过认证，可以按照iec 61000-4-30 s类标准的要求准确测量电能质量参数。
结论
设计符合标准的电能质量表是一项颇具挑战性的任务。为了减少构建符合iec 61000-4-30 s类标准的pq测量仪表的时间和工程资源，我们提供了ade9430 + adsw-pq-cls解决方案，该方案为设计人员提供即用型平台，可加快开发速度，并帮助解决多项关键设计挑战。
参考资料
“iec 61000-4-30:2015：电磁兼容性(emc)第4-30部分：测试和测量技术——电能质量测量方法。”international electrotechnical commission, february 2015.
关于adi公司
analog devices, inc. (nasdaq: adi)是全球领先的半导体公司，致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁，以实现智能边缘领域的突破性创新。adi提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案，推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展，应对气候变化挑战，并建立人与世界万物的可靠互联。adi公司2022财年收入超过120亿美元，全球员工2.4万余人。携手全球12.5万家客户，adi助力创新者不断超越一切可能。
关于作者
jose mendia拥有电子和计算机科学工程学士学位，于2016年加入adi公司的能源和工业系统部。目前，他是爱丁堡英国设计中心的产品应用高级工程师。
论北京市医院用电安全隐患问题的消除对策
数控系统中NURBS曲线插补技术的加工方法与优势分析
如何使用SVN进行LabVIEW代码版本控制呢？
什么是51单片机最小系统
普通整流二极管和高频整流二极管有什么不同
电能质量监测第2部分：符合标准的电能质量仪表的设计考虑因素
vivo折叠机来得是晚来了吗？vivo X Fold搭载高通骁龙8旗舰芯片来袭
ipd集成产品开发流程详细介绍
基于嵌入式器件AT89C51SNDIC的电子治疗仪设计方案解析
压敏电阻MOV
单片机跑操作系统，到底有几种选择？
注意查收！智能照明最新解决方案来了
长飞公司成功建立了光纤光缆行业智能制造新模式
社保卡升级 芯片卡片商坐享利好
【EsDA应用】串口服务器——TCP Server
对于柔性电路板如何电镀
红外取暖器温度控制制作
3D电源封装(3DPP®)之进程
魅族Flyme6再现神秘新功能：“留言录音”两不误
基于PIC单片机的倾角传感器的设计
摘要
本文介绍如何借助即用型平台加快开发速度，高效设计符合标准的电能质量(pq)测量仪表。文中详细探讨设计a类和s类电能表的不同解决方案，包括新的s类电能质量测量集成解决方案，该方案可大幅缩短电能质量监测产品的开发时间并降低成本。文章“电能质量监测第1部分：符合标准的电能质量测量的重要性”详细阐述了电能质量iec标准及其参数。
实施电能质量解决方案面临的挑战
图1显示了用于测量电能质量的仪表所包含的基本组件。首先，电流和电压传感器必须支持该仪器的工作范围，且输入信号应能根据模数转换器(adc)输入的动态范围进行调整。传统传感器是导致测量结果不准确的第一个来源；因此，正确选择传感器至关重要。然后，信号传输至adc；其各种特性，例如偏置、增益和非线性度误差成为导致测量结果不准确的第二个来源。正确选择adc来执行此功能，这是设计电能质量仪表时的一大难点。最后，必须开发一系列信号处理算法，以便从输入信号获取电气和电能质量测量结果。
图1.电能质量测量仪表的主要组件。
电压和电流传感器
电能质量仪表的位置和应用不同，标称电源电压(unom)、标称电流(inom)和频率也会不同。除了仪表测得的标称值，iec 61000-4-7标准要求电能质量测量仪表达到表1所示的精度；因此，在选择传感器时，必须确保在使用该传感器后，仪器能够达到要求的测量精度。
表1.iec 61000-4-7标准指定的电流、电压和电能测量精度要求
类别 测量 条件 最大误差
a 电压 um ≥ 1% unom
um < 1% unom ±5% um
±0.05% unom
电流 im ≥ 3% inom
im < 3% inom ±5% im
±0.15% inom
电能 pm ≥ 150 w
pm < 150 w ±1% pm
±1.5 w
s 电压 um ≥ 3% unom
um < 3% unom ±5% um
±0.15% unom
电流 im ≥ 10% inom
im < 10% inom ±5% im
±0.15% inom
inom：测量仪表的标称电流范围
unom：测量仪表的标称电压范围
um、im和pm：测量值
iec61000-4-71标准推荐在设计输入电路时，采用这些标称电压(unom)和标称电流(inom)：
对于50 hz系统：66 v、115 v、230 v、400 v、690 v
对于60 hz系统：69 v、120 v、240 v、277 v、347 v、480 v、600 v
0.1a、0.2 a、0.5 a、1 a、2 a、5 a、10 a、20 a、50 a、100 a
此外，在连续施加1.2× unom和inom时，用于测量电压和电流的传感器的特性和精度必须保持不变。对仪器施加四倍标称电压信号或1 kv rms（以低值为准）1秒，不得导致任何损坏。同样，对仪器施加10× inom 1秒，不得导致任何损坏。
模数转换器
尽管iec 61000-4-30标准未明确给出最低采样速率要求，但adc的采样速率必须足以测量一些振荡和快速的电能质量现象。采样速率如果不足，会导致电能质量事件分类出错，或无法检测到事件。iec 61000-4-30标准规定，仪表的电压和电流传感器应该能够支持高达9 khz。因此，必须按照信号分析规则选择adc的采样频率，以测量高达9 khz（包含在内）的能量谱分量。图2显示在采样速率不足时会造成的后果。左上方的波形每10个周期(200 ms)包含64个样本，右上方的波形每10个周期包含1024个样本。如图2所示，左上图显示电压突降事件，右上图则显示这种突降是由瞬变引起的。
iec标准适用于单相和三相系统；因此，所选的adc必须能够同时对规定数量的电压和电流通道采样。能够同时对仪表上的所有电压和电流通道执行测量，这样就能检查所有参数并在发生电能质量事件时，立即触发这些参数。
数字信号处理(dsp)
尽管为电能质量测量应用选择传感器和adc需要付出全面的工程努力，但毫无疑问，开发算法来处理adc原始测量数据才是电能质量测量过程中最费时间和资源的任务。要构建符合标准的仪表，必须选择正确的dsp硬件，还必须开发基于波形样本计算电能质量参数的算法并进行适当测试。这项标准不止要求进行计算，还要求基于不同的时间进行整合，要求a类的时间精度小于±1秒/24小时，s类的时间精度小于±5秒/24小时。这些算法必须执行谐波分析。此外，电能质量参数依赖快速傅立叶变换(fft)分析（谐波、间谐波、电源信号电压、失衡），但这种分析很难实施。fft分析要求以最低每200 ms（10个周期）1024个样本的速率对波形进行采样。要按规定的速率对adc的原始波形重采样，必须非常小心，以免造成谐波失真和混叠。
算法开发完成之后，iec标准要求仪表必须通过400多项测试，才能获得完全认证。
图3所示的框图显示了dsp系统进行电能质量测量时所需的最相关功能。
图2.adc采样速率会影响电能质量测量。
图3.框图：dsp电能质量系统的相关功能。
adi公司的电能质量测量解决方案
多通道同步采样adc，符合iec 61000-4-30 a类标准
在开发a类pq仪表时，我们需要考虑精度、通道数量和采样速率要求，所以我们推荐使用ad777x和ad7606x系列产品来进行信号链/系统的adc转换。注意，这些解决方案只提供来自输入信号的原始数字化数据。必须开发dsp系统，以获取通过认证的pq测量结果。
ad777x系列σ-δ adc
ad777x是8通道、24位同步采样adc系列器件。片内集成8个完整的σ-δ adc，提供16 ksps/32 ksps/128 ksps采样速率。ad777x提供低输入电流，允许直接连接传感器。每个输入通道都有一个增益为1、2、4和8的可编程增益级，可将低幅度传感器输出映射到满量程adc输入范围，从而尽量扩大信号链的动态范围。ad777x支持1 v至3.6 v vref电压，模拟输入范围为0 v至2.5 v或者±1.25 v。模拟输入可配置为接受真差分、伪差分或单端信号以匹配不同的传感器输出配置。采样速率转换器可以用来对ad7770进行精细分辨率控制，还可用于线路频率变化为0.01 hz时，需要odr分辨率用于保持采样频率跟随维持相干性的应用。ad777x还提供5 khz 大信号输入带宽（ad7771为10 khz）。通过spi提供的数据输出和spi通信接口还可配置用于输出σ-∆ adc转换数据。其温度范围为–40°c至+105°c，采用3.3 v或±1.65 v电源时，最高可达到+125°c。
图4显示了pq仪器使用的ad777x系列adc的典型3相应用系统框图，其中使用电流互感器作为电流传感器，且使用电阻分压器作为电压传感器。
ad7606x系列16/18位adc数据采集系统
ad7606x是8通道16/18位同步采样模数数据采集系统(das)系列。每个通道均包含模拟输入箝位保护、可编程增益放大器(pga)、低通滤波器、16/18位逐次逼近型(sar) adc。ad7606x还内置灵活的数字滤波器、低漂移2.5 v精密基准电压源和基准电压缓冲器，可驱动adc及灵活的并行和串行接口。
ad7606b采用5 v单电源供电，支持±10 v、±5 v和±2.5 v真双极性输入范围，所有通道均能以800 ksps (ad7606b)/1 msps (ad7606c)的吞吐速率采样。输入箝位保护容忍不同的电压输入，它们是用户可选的模拟输入范围（±20 v、±12.5 v、±10 v、±5 v和±2.5 v）。ad7606x采用单个5 v模拟电源供电。它采用单电源工作方式，具有片内滤波和高输入阻抗，因此无需采用需要双极性电源的外部驱动运算放大器。
在软件模式下，可以使用以下先进功能：
额外的过采样(os)选项，高达os × 256
每通道的系统增益、系统失调和系统相位校准
模拟输入开路检测器
用于诊断的多路复用器
监控功能：spi无效读/写、循环冗余校验(crc)、过压和欠压事件、忙卡监控和复位检测
图4显示了适用于电能质量仪表的ad7606x系列adc的典型3相应用系统框图，其中使用电流互感器作为电流传感器，且使用电阻分压器作为电压传感器。
图4.ad777x和ad7606x系列adc的电能质量3相应用系统框图。
adi公司预认证的iec s类电能质量解决方案
ade9430是一款高精度、全集成式多相电能计量ic，结合主机微控制器上运行的adsw-pq-cls软件库，共同构成符合iec 61000-4-30 s类标准的完整解决方案。通过集成大幅缩短了pq监控产品的开发时间，且降低了成本。ade9430 + adsw-pq-cls解决方案紧密集成采集引擎和计算引擎，简化了电能和pq监控系统的实现和认证。图5显示了适用于电能质量仪表的ade9430 + adsw-pq-cls解决方案的3相应用系统框图，其中使用电流互感器作为电流传感器，且使用电阻分压器作为电压传感器。
ade9430 s类电能质量模拟前端
ade9430集成七个输入通道，可在三相系统或多达三个单相系统上使用。配合外部模拟积分器使用时，该器件支持使用电流互感器(ct)或罗氏线圈来进行电流测量。它提供集成式模拟前端来进行电能质量监控和电能计量。ade9430与ade9000和ade9078引脚兼容，提供同等的模拟和计量性能。具有以下特性：
7个高性能24位σ-δ adc
101 db snr
宽输入电压范围：±1 v，707 mv rms，满量程，增益为1
差分输入
0.2级精度计量
1周期rms、线路频率、过零、先进计量方法
波形缓冲器
连续重采样数据：每10/12线路周期1024点
先进计量方法覆盖50 hz和60 hz基波频率
支持有功电能标准：iec 62053-21和iec 62053-22；en 50470-3 oiml r46；以及ansi c12.20
支持无功电能标准：iec 62053-23、iec 62053-24
高速通信端口：20 mhz串行端口接口(spi)
adsw-pq-cls软件库
adsw-pq-cls软件库专用于与ade9430集成，以生成符合iec 61000-4-30标准的s类pq测量值。它采用了iec 61000-4-30中定义的有关s类仪器的所有参数。用户可以决定使用哪些pq参数。此库需要低cpu/ram资源，且与内核/os无关（最低需要采用arm® cortex®-m）。支持的mcu架构包括arm cortex-m0、cortex-mo+、cortex-m1、cortex-m3和cortex-m4。在提供给最终用户时，该库以cmsis-pack文件(.pack)的形式提供，兼容keil microvision、iar embedded workbench（8.x版本），或者adi公司的crosscore® embedded studio。在购买ade9430时，会随附提供该软件库的许可证。提供一个pc串行命令行接口(cli)示例，用于评估该库及其功能。图6显示此cli如何显示pq参数。
图5.ade9430和adsw-pq-cls pq 3相系统框图。
图6.adsw-pq-cls软件库串行cli接口。
ade9xxx系列电能质量功能汇总
表2.ade9xxx系列电能计量ic的电能和电能质量特性；s类数值表示功能符合iec 61000-4-30 s类标准
参数 ade9078电表计量 ade9000电能质量 ade9430 + adsw-pq-cls
瓦特、瓦时 ✓ ✓ ✓
i rms、v rms、va、va-hr ✓ ✓ ✓
总var、var-hr ✓ ✓ ✓
基波无功功率、var-hr ✓ ✓ ✓
功率因数 ✓ ✓ ✓
电流相位角 ✓ ✓ ✓
参数 ade9078电表计量 ade9000电能质量 ade9430 + adsw-pq-cls
电压相位角 ✓ ✓ ✓
线路频率——3 ✓ ✓ s类
相序检测 ✓ ✓ ✓
1/2周期rms — ✓ —
1周期rms — ✓ s类
10/12周期rms — ✓ s类
150/180周期rms — — s类
突降/突升 — ✓ s类
中断 — — s类
过流 — ✓ ✓
基波功率瓦特、瓦时、va、va-hr — ✓ ✓
快速电压变化 — — s类
上/下偏差 — — s类
闪变 — — s类
电压/电流失衡 — — s类
电压/电流谐波、间谐波 — — s类最高达到第40位
ithd、vthd — ✓ s类
参数 ade9078电表计量 ade9000电能质量 ade9430 + adsw-pq-cls
电源信号电压 — — s类 (<3 khz)
基波i rms、v rms — ✓ ✓
数据速率 16 ksps/4 ksps 32 ksps/8 ksps 32 ksps/8 ksps
重采样数据 64 pts/周期 128 pts/周期 128 pts/周期，或者1024 pts/（10/12周期）
最大spi频率 10 mhz 20 mhz 20 mhz
ade9430评估套件
eval-ade9430ardz能够使用ade9430和adsw-pq-cls电能质量库，快速评估和构建电能和s类功率质量测量系统的原型。提供的功率质量库和应用示例能够帮助简化大型系统的实现。此套件提供即插即用型体验，易于使用，可用于测试3相电气系统的电能质量参数。
此套件具有如下硬件特性：
电流互感器输入
高压/电流输入
240 v rms标称值（采用分压器）
80 a rms最大值（采用提供的ct传感器）
2.5 kv隔离
板载rtc，用于标记测量时间
预先通过iec 61000-4-30 s类认证（需要用户进行校准）
adsw-pq-cls库和示例应用（在arm cortex-m4 mcu上运行）
与pc之间的串行cli，用于进行配置，并记录电能质量参数
图7显示在pc上使用eval-ade9430ardz需要进行的连接。
eval-ade9430ardz由一个pcb（具有4个电流和3个电压 + 零线输入连接器）、板载ade9430、隔离器、实时时钟）、一个cortex-m4 stm nucleo-413zh开发板（包含adsw-pq-cls库的示例应用）和三个电流传感器组成。
图7.连接至pc的eval-ade9430ardz的框图。
认证
ade9430 + adsw-pq-cls解决方案已通过认证，可以按照iec 61000-4-30 s类标准的要求准确测量电能质量参数。
结论
设计符合标准的电能质量表是一项颇具挑战性的任务。为了减少构建符合iec 61000-4-30 s类标准的pq测量仪表的时间和工程资源，我们提供了ade9430 + adsw-pq-cls解决方案，该方案为设计人员提供即用型平台，可加快开发速度，并帮助解决多项关键设计挑战。
参考资料
“iec 61000-4-30:2015：电磁兼容性(emc)第4-30部分：测试和测量技术——电能质量测量方法。”international electrotechnical commission, february 2015.
关于adi公司
analog devices, inc. (nasdaq: adi)是全球领先的半导体公司，致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁，以实现智能边缘领域的突破性创新。adi提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案，推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展，应对气候变化挑战，并建立人与世界万物的可靠互联。adi公司2022财年收入超过120亿美元，全球员工2.4万余人。携手全球12.5万家客户，adi助力创新者不断超越一切可能。
关于作者
jose mendia拥有电子和计算机科学工程学士学位，于2016年加入adi公司的能源和工业系统部。目前，他是爱丁堡英国设计中心的产品应用高级工程师。
论北京市医院用电安全隐患问题的消除对策
数控系统中NURBS曲线插补技术的加工方法与优势分析
如何使用SVN进行LabVIEW代码版本控制呢？
什么是51单片机最小系统
普通整流二极管和高频整流二极管有什么不同
电能质量监测第2部分：符合标准的电能质量仪表的设计考虑因素
vivo折叠机来得是晚来了吗？vivo X Fold搭载高通骁龙8旗舰芯片来袭
ipd集成产品开发流程详细介绍
基于嵌入式器件AT89C51SNDIC的电子治疗仪设计方案解析
压敏电阻MOV
单片机跑操作系统，到底有几种选择？
注意查收！智能照明最新解决方案来了
长飞公司成功建立了光纤光缆行业智能制造新模式
社保卡升级 芯片卡片商坐享利好
【EsDA应用】串口服务器——TCP Server
对于柔性电路板如何电镀
红外取暖器温度控制制作
3D电源封装(3DPP®)之进程
魅族Flyme6再现神秘新功能：“留言录音”两不误
基于PIC单片机的倾角传感器的设计