AN-1171
应用笔记
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校准基于ADE7880的三相电表
作者：Aileen Ritchie
简介
本应用笔记说明如何校准ADE7880，详细描述了校准程
功/视在功率测量和有效值计算，以及基波有功/无功功率
序，包括如何计算每项常数的公式和示例。
测量。此外，ADE7880可以计算相和零线电流以及相电压
ADE7880是一款高精度、三相电能计量IC，采用串行接
上的谐波有效值、有功/无功/视在功率，以及所有相的各
口，并提供三路灵活的脉冲输出。ADE7880器件内置多个
二阶Σ-Δ型模数转换器(ADC)、数字积分器、基准电压源
谐波上功率因数和谐波失真。同时可针对所有电流和电压
计算总谐波失真加噪声(THD+N)。
电路及所有必需的信号处理电路，实现总(基波和谐波)有
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目录
简介...................................................................................................... 1
增益匹配........................................................................................ 7
修订历史 ............................................................................................. 2
功率校准........................................................................................ 8
校准基础知识 .................................................................................... 3
相位校准(可选)............................................................................ 8
校准步骤........................................................................................ 3
电流和电压有效值 .................................................................... 10
校准方法(CF输出或寄存器) ..................................................... 3
利用电能寄存器进行校准 ............................................................ 12
校准设置........................................................................................ 4
增益匹配...................................................................................... 12
校准输入........................................................................................ 4
相位校准(可选).......................................................................... 12
所需寄存器设置........................................................................... 5
功率增益校准 ............................................................................. 13
利用CF脉冲输出进行校准 ............................................................. 6
电流和电压有效值 .................................................................... 15
修订历史
2013年3月—修订版0至修订版A
修改标题 ............................................................................................. 1
2012年11月—修订版0：初始版
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校准基础知识
为获得精确读数，去除外部元件或内部基准电压的电表间
÷
CFxDEN
差异，ADE7880需要校准。虽然每个电表都要校准，但这
CFx PULSE
是一个简单的过程，可以快速完成。
校准步骤
ENERGY REGISTERS
使用ADE7880设计电表时，最多需要三个校准阶段：增
益、相位和失调。根据外部配置和电表级别，可省略一个
或多个阶段。
11090-001
ENERGY DATA
图1. 获取电能数据
如图1所示，电能寄存器数据和CFx输出数据通过CFxDEN
寄存器的因数相关。
表1提供了特定配置通常需要哪些校准步骤的指导。由于
要求和性能因设计而异，表1仅作为一般指导原则。决定
CFxOutput (Hz) = 1/CFxDEN × 电能寄存器(更新速率)
是否使用CF或电能寄存器校准的决策取决于应用和可用的
是否需要任何其他校准步骤前，应评估电表性能。
基准设备(参见“校准设置”部分)。
校准方法(CF输出或寄存器)
ADE7880可通过读取内部电能寄存器或测量外部校准频率
(CF)输出脉冲来校准。两种测量方法之间的关系如图1所示。
如果电表规格需要针对特定电表常数校准，通常使用CF输
出引脚。如果不使用CF输出引脚，且设计中未指定电表常
数，寄存器可能是更方便的方法。校准电能寄存器可在CF
输出引脚上产生精确读数，反之亦然。两种方法的精度水
平不相上下。
表1. 典型校准步骤
校准阶段
增益校准
相位校准
失调校准
典型要求
始终需要。
采用的电流传感器(例如电流互感器或罗氏线圈)引起相位延迟时，通常需要此步骤。
若电流传感器不引起延迟，则通常不需要。
在大动态范围内追求高精度时，通常需要。
其他电表设计通常不需要。
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校准设置
有两种设置可用于校准ADE7880：基准电表或精确源。使
用基准电表时，必须使用CF输出校准法。使用精确源时，
CF输出或电能寄存器均可使用。有关两种校准设置的更多
CF
THE SOURCE PROVIDES THE
ACCURACY FOR CALIBRATION
信息，请参见“基准电表”部分和“精确源”部分。
基准电表
SOURCE
最常用的校准方法使用外部基准电表来确定所需的补偿。
11090-003
CURRENT X3
VOLTAGE X3
如果使用基准电表，必须使用CF输出，这是因为基准电表
要根据CF脉冲确定误差(参见图2)。基准电表应比最终电
表所需的规格更精确。
图3. 精确源
精确源通常比基准电表更昂贵，因此是不太常用的校准方法。
校准输入
REFERENCE METER
如表1所示，最多需要三个校准步骤。每个校准步骤都需
要进行一项单独的测量并进行校准。为了能够提取单独的
% ERROR
CF
增益、相位和失调误差，通常需要三组不同的输入条件。
表2显示了上述情况。
表2. 典型输入条件
THE REFERENCE METER
PROVIDES THE ACCURACY
FOR THE CALIBRATION
11090-002
SOURCE
CURRENT X3
VOLTAGE X3
校准步骤
相位
增益
失调
输入电压
标称值
标称值
标称值
输入电流
标称值
标称值
最小值
功率因数
0.5
1
1
其中：
图2. 基准电表配置
使用基准电表时，需要源为电表提供所需输入；不过源精
标称电压通常为110 V或220 V。
度并不重要，因为决定校准结果的是基准电表。通常，基
标称电流通常为最大电流的1/10左右，例如10 A。
准电表比精确源更经济，因此是最常用的校准方法。
最小电流是指电表中指定的最小电流，但同时还要保持在
精确源
ADE7880的测量规格范围内，例如100 mA。
第二种校准方法是使用精确源执行校准。如果使用精确
为了加快校准过程并最大限度地减少输入条件的数量，也
源，CF输出或电能寄存器均可用于获取电能数据。精确源
可以在功率因数为0.5的情况下执行增益校准。这样可以让
必须能够提供可控制的电压和电流输入，且精度高于最终
一个校准点同时用于增益校准和相位校准。在许多情况
电表所需规格。图3显示采用精确源的典型设置。
下，这会将总的校准程序减少为一个点，因为失调校准并
非始终需要的。
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表3显示了修改后的校准条件。
使用表3所示的输入条件时，要让所用的功率因数尽可能
表3. 修改后的输入条件
校准步骤
相位
增益
失调
输入电压
标称值
标称值
标称值
接近0.5并且保持不变，这一点很重要。注意，可以使用感
输入电流
标称值
标称值
最小值
功率
因数
0.5
0.5
1
性或容性负载。本应用笔记提供了利用表3中显示的修改
后的输入条件进行的示例计算。
所需寄存器设置
校准ADE7880前，必须先配置一组寄存器。这些寄存器如
表4所列。有关这些寄存器的详细信息，请参见ADE7880
数据手册。
表4 校准前所需的默认寄存器
寄存器地址
0xEA02
寄存器名称
WTHR
寄存器描述
阈值寄存器(有功功率)
建议值
0x03
0xEA03
VARTHR
阈值寄存器(无功功率)
0x03
0xEA04
VATHR
阈值寄存器(视在功率)
0x03
0x4388
DICOEFF
0xFFF8000
0x439F
VLEVEL
数字积分器算法；
仅使用di/dt传感器时需要
用于仅基波计算的阈值寄存器
0xE60E
COMPMODE[14]
(SELFREQ)
用于仅基波测量的50 Hz或
60 Hz选择
50 Hz
60 Hz
0x38000
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0
1
备注
有关修改此常数的详情，
请参见ADE7880数据手册中的公式26。
有关修改此常数的详情，
请参见ADE7880数据手册中的公式37。
有关修改此常数的详情，
请参见ADE7880数据手册中的公式44。
只在使用罗氏线圈时需要
有关修改此常数的详情，
请参见ADE7880数据手册中的公式22。
是仅基波读数所必需的。
是仅基波读数所必需的。
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利用CF脉冲输出进行校准
利用脉冲输出进行校准时，CFx引脚必须配置为输出正校
START
CALIBRATION WITH
CF PULSE
准的测量值和通道。例如，在通道A上校准有功功率时，
应该将CF1、CF2或CF3配置为与通道A上的有功功率成正
比。这可通过设置CFMODE寄存器(地址0xE610)的位0至位
MATCH PHASES
(SEE GAIN
MATCHING
SECTION)
8以及COMPMODE寄存器(地址0xE60E)的位0至位8来实
现。可使用CF1、CF2或CF3。
要提高校准速度，可在CF1、CF2和CF3上同时输出多个不
SET CFxDEN
(SEE THE
SET METER
CONSTANT
SECTION)
同测量值或通道，并行执行的校准最多为三项。这样一
来，可以同时校准所有三个相。
CALCULATION ONLY
REQUIRED ON FIRST
METER. THE SAME
VALUE CAN THEN BE
USED ON ALL
SUBSEQUENT
METERS.
图4显示了功率测量的校准流程。使用该流程确定校准程序。
CALIBRATE
xPHCAL
(SEE THE PHASE
CALIBRATION
SECTION)
NO
DOES
THE METER
ACCURACY MEET
SPECIFICATION
OVER
PF?
YES
CALIBRATE
xPGAIN
(SEE THE GAIN
CALIBRATION
SECTION)
CALIBRATE
xWATTOS AND
xFWATTOS
(SEE THE ACTIVE
ENERGY OFFSET
CALIBRATION
SECTION)
NO
DOES
THE METER
ACCURACY MEET
SPECIFICATION
AT LOW
CURRENT?
YES
ENERGY
CALIBRATION
COMPLETE
图4. 功率校准流程
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CALIBRATE xFVAROS
(SEE THE REACTIVE
ENERGY OFFSET
CALIBRATION
SECTION)
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增益匹配
以下公式描述了如何用BIGAIN寄存器和CIGAIN寄存器分
表5. xGAIN
别调节BIRMS读数和CIRMS读数，以便匹配AIRMS读数：
校准寄存器
AIGAIN
BIGAIN
CIGAIN
AVGAIN
BVGAIN
CVGAIN
AIRMS
− 1
BIGAIN = 2 23 ×
BIRMS
地址
0x4380
0x4382
0x4384
0x4381
0x4383
0x4385
AIRMS
CIGAIN = 2 23 ×
− 1
CIRMS
建议与过零中断事件同步进行xIRMS测量，这样可以减少
纹波。此外还建议执行一些均值计算，以便获取更稳定的
在校准之前匹配所有三个相是很方便的。匹配这些相会使
读数。
计算更加容易，因为CF输出上的一个脉冲对各相都具有相
随后可将相同程序用于电压通道，以匹配xVRMS读数。可
同权重。建议将执行相位匹配作为第一个校准步骤。
使用电压通道增益寄存器BVGAIN(地址0x4383)和CVGAIN
为了将相电流B和相电流C与相电流A匹配，应该对所有相
(地址0x4385)，从而分别将BVRMS和CVRMS与AVRMS测
电流施加相同的固定输入电流。由于电表尚未校准，建议
量值进行匹配。
施加信号的幅度在满量程与100:1之间。然后，电流有效值
AVRMS
BVGAIN = 2 23 ×
− 1
BVRMS
读数可用于确定相电流之间是否存在任何误差。随后可使
用 BIGAIN寄 存 器 (地 址 0x4382)和 CIGAIN寄 存 器 (地 址
AVRMS
CVGAIN = 2 23 ×
− 1
CVRMS
0x4384)校正此误差。
完成此步骤后，所有的相电流和所有的相电压都会拥有同
样的权重。
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功率校准
2500:1，负担电阻为20 Ω，电流通道幅度为10 A rms，则输
表6. CFxDEN
入端以满量程的16%工作。
PHASE
地址
0xE611
0xE612
0xE613
R1
IAP
C1
RBURDEN
220V
R3
NEUTRAL
CFx脉冲输出可配置为每个脉冲代表kWh的一部分。此关系
称为电表常数。通常，设计规格需要提供特定电表常数，
以便允许公用事业公司验证不同制造商电表的精度。典型
电表常数为1600 imp/kWh、3200 imp/kWh和6400 imp/kWh。
如果设计不需要特定电表常数的电表，可选择任意值。
CFx输出使用除法器CFxDEN来配置。该除法器根据电表
常数以及电流和电压通道上的标称比例进行计算。
假定需要3200 imp/kWh的电表常数，可在给定负载下确定
预期CFx。
在220 V和10 A负载下，功率因数为0.5，则CFx输出频率计
算如下：
IN
C1
11090-006
校准寄存器
CF1DEN
CF2DEN
CF3DEN
图6. 电流通道输入
ICT副边 = 10 A/2500 = 0.004 A
V负担两端 = I × R = 0.004 × 20 = 0.08 V
0.08
I满量程的百分比 =
× 100 = 16%
0.5
根据ADE7880数据手册，假设WTHR = 3，那么，采用满量
程模拟输入时，最大CFx输出为68.818 kHz。应用的PF为0.5
时，此结果将减小到34.409 kHz。要在给定的220 V、10 A
且PF = 0.5的输入条件下获得0.9778 Hz，CF分母应设置为
0xDB3，如下所示：
CFxDEN =
输出频率满量程 × V工作百分比 ×I工作百分比
CF预期 =
CF预期
电表常数 [imp/kWh] × 负载 [kW]
3600 s/h
CFxDEN =
CF预期 =
34.409 kHz × 62.29% × 16 %
= 0xDB3
0.97778 Hz
3200 imp/kWh × 220 V × 10 A/ 1000 × cos(60)
3600 s/h
记住，在上述条件下，向CFxDEN寄存器中写入0xDB3可
= 0.97778 Hz
将CF输出设置为约0.97778 Hz。此CFxDEN设置现在可在每
选择CFxDEN，在给定负载条件下获得0.97778的频率。这
个电表上使用。增益校准方法可提供分辨率更高的校准，
可以通过确定输入引脚上的量程来完成。
应在每个电表上执行，确保精确满足0.97778 Hz。
图5显示了标准电压通道输入网络。
相位校准(可选)
1MΩ
PHASE
表7. xPHCAL
VP
1kΩ
22nF
1kΩ
22nF
校准寄存器
APHCAL
BPHCAL
CPHCAL
NEUTRAL
VN
11090-005
220V
使用电流互感器(CT)时需要相位校准，以消除传感器引起
图5. 电压通道输入
VP = VINPUT _ MAX ×
的任何相移。CT可增加显著相移，在低功率因数下引起较
1 kΩ
=
(1000 + 1) kΩ
1
(220 V× 2 ) ×
= 0.311 mV
(1000 + 1)
VAS % OF FULL SCALE =
地址
0xE614
0xE615
0xE616
大误差。如果使用的电流传感器不引起相位延迟，则通常
不需要校准，因为ADE7880具有很好的相位匹配度。
理想情况下相位校准使用感性或容性负载，以0.5的功率因
数来执行。如果该负载不可用，可选择另一功率因数。为
0.311
× 100 = 62.29%
0.5
获得最佳结果，功率因数应尽可能接近0.5。为了在一个步
在220 V rms的电压通道幅度下，输入以满量程的62.29%工
作。图6显示了典型的电流通道配置。假设CT匝数比为
骤中利用一次读数执行相位校准，必须同时测量有功功率
和无功功率。以下公式表明了如何确定相位误差(单位为度)。
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CF有功 sin(φ)−CF无功 cos(φ)
误差(°)=tan-1
CF sin(φ)+CF cos(φ)
有功
无功
功率增益校准的目的是补偿小增益误差，这由内部基准电
其中：
引起。每个电表都需要增益校准，并使用标称电压和电流
φ表示电压与电流间的角度(单位为度)。
输入，以功率因数0.5来执行。总有功功率、基波有功功
压源和外部元件的器件间差异(例如晶体造成的时间误差)
率、无功功率和视在功率均在内部进行增益匹配。因此，
确定误差度数之后，可利用以下公式来确定所需的相位补偿。
360° × f
相位分辨率 =
1.024 MHz
误差(°)
相位补偿 = abs
相位分辨率
需要通过一个增益校准步骤来校准单个相上的所有功率。
本部分介绍如何利用总有功功率校准增益；但是，也可以
在CFx输出端输出其他任意功率值，以便进行校准。
如表6所述，预期CF输出由电表常数决定。测量实际CF输
出，并使用APGAIN寄存器调节任何误差。以下公式描述
其中：
了这种关系：
f表示线路频率。
CF
APGAIN = 2 23 × EXPECTED − 1
CF
ACTUAL
注意，APHCAL寄存器的格式如下：如果误差度数值为
正，则必须向计算出的相位补偿值加上512d值，然后才能
使用以上示例，在220 V和10 A负载下，预期CF为0.97778 Hz。
写入APHCAL寄存器中。
假设实际测得的CF为0.9937 Hz，则APGAIN用下式计算
APHCAL =
误差(°) ≤ 0，⇒ APHCAL =相位补偿
误差(°) > 0，⇒ APHCAL =相位补偿 + 512
0.97778
APGAIN = 2 23 ×
− 1 = 0xFDF3B0
0.9937
BPGAIN和CPGAIN寄存器分别控制相B和相C的增益校
例如，在220 V、10 A负载下，功率因数为0.5，如果总的有
准。假定通道正确匹配，如“增益匹配”部分所述，以上程
功功率CFx输出频率为0.9709 Hz，仅基波无功功率CFx输出
序不需要为相B或相C重复。将为APGAIN算出的值写入
频率为1.7347 Hz：
BPGAIN和CPGAIN中，以便获得精确的结果。只是基波无
0.9709 sin(60) − 1.7347 cos(60)
误差(°)=tan-1
= −0.76°
1.7347 sin(60) + 0.9709 cos(60)
功功率和视在功率也受xPGAIN校准的影响。由于所有功
率计算都在内部进行增益匹配，因此设置xPGAIN寄存器
假设线路频率为50 Hz，则可通过以下公式确定APHCAL补偿
总有功功率和仅基波有功功率的失调校准(可选)
相位补偿 =
表9. xWATTOS
− 0.76
abs
×1.024 MHz = 0 × 2B
360
50
°
×
APHCAL = 相位补偿 = 0 × 2B
根据用于相A、B和C的电流传感器，APHCAL和BPHCAL
可能需要不同的相位校准值。
增益校准
校准寄存器
AWATTOS
BWATTOS
CWATTOS
AFWATTOS
BFWATTOS
CFWATTOS
地址
0x438A
0x438C
0x438E
0x43A2
0x43A3
0x43A4
有功功率失调校准仅适用于低负载下的精度在失调校准前
表8. xPGAIN
校准寄存器
APGAIN
BPGAIN
CPGAIN
将会对所有功率测量结果进行增益校准。
超出所需规格的情况。
地址
0x4389
0x438B
0x438D
为了校正任何在低电流水平下可能降低测量精度的电压/电
流通道串扰，应执行有功功率失调校准。应用最小预期电
流信号，以便测量并消除失调幅度。切勿在输入端接地时
执行失调校准，因为精确测量失调必须使用低电平信号。
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此示例中，施加100 mA的输入电流以执行失调校准。当电
为了校正任何在低电流水平下可能降低测量精度的电压/电
压通道输入为220 V、功率因数为1时，预期CFx输出频率由
流通道串扰，应执行仅基波无功功率失调校准。必须在功
下式确定：
率因数0下施加低电平电流信号，以便测量并消除失调幅度。
3200 imp/kWh × 220 V × 0.1A/ 1000 × cos(0)
3600 s/h
= 0.0195556 Hz
CFEXPECTED =
与总有功功率及基波有功功率类似，仅基波无功功率失调
可根据以下公式校正：
如果实际CF频率为0.01947，则失调引起的误差百分比由下
AFVAROS =
式决定：
−%误差 × VARCF预期 × CFxDEN ×
0.01947 − 0.0195556
= −0.4377%
0.0195556
功率测量中的失调依据以下公式校正：
%误差 =
阈值
8 kHz×128
其中“阈值”由8位WTHR寄存器连接至相当于0的内部27位
得到的值形成。因此，如果WTHR设置为默认值3h，阈值
将为18000000h。
AWATTOS =
−%误差 × CF预期 × CFxDEN ×
阈值
根据电路板布局和电表设计中的串扰，相B和相C可能需要
8 kHz×128
不同的失调校准。这一点分别可通过BFVAROS和CVAROS
其中“阈值”由8位WTHR寄存器连接至相当于0的内部27位
寄存器实现。就像AFVAROS影响通道A的仅基波无功功率
得到的值形成。
CF输出一样，BFVAROS和CFVAROS也以相同方式校正相B
因此，如果WTHR设置为默认值3h，阈值将为18000000h。
AWATTOS =
− 0.004377 × 0.0195556 × 0xDB3 ×
和相C的仅基波无功功率CF输出。
谐波失调校准
0x18000000
8 kHz × 128
无需校准单独的谐波测量即可实现额定精度。
= 0x76
电流和电压有效值
就像AWATTOS寄存器影响总有功功率失调一样，AFWAT-
校准电压和电流有效值仅适用于需要瞬时有效值读数的情
TOS寄存器也以相同方式影响着仅基波有功功率失调。通
况。使用瞬时有效值寄存器读数执行有效值校准。可从
常，为AWATTOS计算出的同一个值可以写入AFWATTOS
AIRMS寄存器、BIRMS寄存器和CIRMS寄存器获得电流读
中，以便进行精确的计算。
数。可从AVRMS寄存器、BVRMS寄存器和CVRMS寄存器
根据电路板布局和电表设计中的串扰，相位B和相位C可能
获得电压读数。本校准不使用CFx脉冲输出。为增加稳定
需要不同的失调校准。对于相位B，可通过BWATTOS和
性，将有效值寄存器读数与ZX测量同步。这将减少由内部
BFWATTOS寄存器实现；对于相位C，则可通过CWATTOS
滤波不理想引起的读数内纹波效应。有关过零检测的详
和CFWATTOS寄存器实现。
情，请参见ADE7880数据手册。
无功功率失调校准(可选)
有效值增益
通常，为xWATTOS寄存器计算的值也可用于xVAROS寄存
假 设 已 按 照 “增 益 匹 配 ”部 分 所 述 执 行 通 道 匹 配 ， 对 于
器，以便得到精确的结果。
xIRMS或xVRMS测量，则应无需进一步的增益校准。利用
表10. xFVAROS
V/LSB和Amps/LSB常数，可以将xIRMS和xVRMS寄存器的
校准寄存器
AFVAROS
BFVAROS
CFVAROS
读数转换为单位分别为安培和伏特的电流和电压值。此程
地址
0x43A5
0x43A6
0x43A7
序由微控制器执行，得到的常数必须存储在微控制器中。
可通过以下公式计算这些常数：
仅基波无功功率失调校准仅适用于低负载下的精度在失调
校准前超出所需规格的情况。
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用标称输入从有效值测量值导出。
VRMS [LSB]
I 常数 [Amps/LSB] =
输入电流 [A]
NOMINAL READING
IRMS [LSB]
INPUT AMPLITUDE
由于所有电表上的所有相位都匹配，因此同一常数可用于
所有电表上的所有电流有效值和电压有效值读数。此常数
应该存储在微控制器中。如果不方便存储此常数或需要另
ACTUAL RMS
EXPECTED RMS
一个常数，则可利用xIGAIN和xVGAIN寄存器调节常数。
xVGAIN =
xIGAIN =
OFFSET
ERROR
图7. 有效值读数
11090-007
V 常数 [V/LSB] =
如图7所示，有效值失调校准基于两点，其中预期读数使
输入电压 [V]
输入电压 [V] × 2
有效值测量结果是在1000:1的动态范围内指定的。这是让
V 常数 [V/LSB] × xVRMS [LSB]
测量保持精确的最小输入电平，也是应进行失调校准的最
23
小点。此示例中，电压有效值失调在22 V下校准，电流有
输入电流 [I] × 223
效值失调在100 mA下校准。为确定预期有效值读数，以标
I 常数 [Amps/LSB] × xIRMS [LSB]
称电流和标称电压执行测量。接着该读数应按比例缩小，
注意，对xIGAIN寄存器和xVGAIN寄存器的任意调节都会
以获得校准点的预期值。
影响所有测量，包括有功功率和无功功率。因此，对
xIGAIN或xVAGIN寄存器的任意调节都应该在校准功率之
例如：
前进行。
I标称 (10 A)时的读数为613390
有效值失调
ICAL(100 mA)时获得的实际读数为6349
ICAL(100 mA)时的预期读数为(0.1/10) × 613390 = 6134
表11. xRMSOS
因此，
校准寄存器
AIRMSOS
AVRMSOS
BIRMSOS
BVRMSOS
CIRMSOS
CVRMSOS
地址
0x438F
0x4390
0x4391
0x4392
0x4393
0x4394
61342 − 63492
= 0xFFAE18
128
电压有效值失调以类似方式进行校准。
IRMSOS =
例如：
V标称 (220 V)时的读数为2273500
为在低信号电平下获得精确读数，可能必须校准电流和电
压有效值失调。该校准使用内部xVRMSOS和xIRMSOS寄
存器来完成，寄存器在平方根函数前应用失调。补偿系数
VCAL (22 V)时的预期读数为(22/220) × 2273500 = 227350
VCAL (22 V)时获得的实际读数为226595
因此，
VRMSOS =
通过应用下式来确定：
xVRMSOS =
xIRMSOS =
xVRMS EXPECTED 2 − xVRMS ACTUAL 2
128
xIRMS EXPECTED 2 − xIRMS ACTUAL 2
128
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2273502 − 2265952
= 0x 28DB3E
128
AN-1171
利用电能寄存器进行校准
本部分说明使用内部电能寄存器时的校准程序和计算。内
增益匹配
部电能寄存器通过SPI或I2C接口提供接入电能计量测量(详
在校准之前匹配所有三个相位是很方便的。匹配这些相位
情参见ADE7880数据手册)。
会使计算更加容易，因为功率中的一个位对每个相位都具
如果使用内部电能寄存器来校准，应使用精确源。通过内
部寄存器校准通常在最终电表设计不需要CF脉冲时执行。
图1显示了CF输出与电能寄存器间的关系。图8显示了功率
测量的校准流程。使用该流程图确定校准程序。
有相同权重。建议将执行相位匹配作为第一个校准步骤。
有关匹配相位的详情，请参见“增益匹配”部分。
相位校准(可选)
表12. xPHCAL
校准寄存器
APHCAL
BPHCAL
CPHCAL
START
CALIBRATION
MATCH PHASES
(SEE GAIN
MATCHING
SECTION)
地址
0xE614
0xE615
0xE616
如果当前正使用的传感器会引起相移，则需进行相位校
准。CT可增加显著相移，在低功率因数下引起较大误差。
相位校准应在增益或失调校准前进行，因为较大的相位校
CALIBRATE
xPHCAL
(SEE PHASE
CALIBRATION
SECTION)
NO
正会改变ADE7880的增益响应。
DOES
THE METER
ACCURACY MEET
SPECIFICATION
OVER
PF?
相位校准可使用单个感性或容性负载，以0.5的功率因数来
执行。如果该负载不可用，可选择另一功率因数；但是，
为获得最佳结果，功率因数应尽可能接近0.5。以下公式说
YES
SET WH/LSB
(SEE THE
ESTABLISHING
THE WH/LSB
CONSTANT
SECTION)
明了如何确定相位误差度数，其中φ表示电压与电流间的
CALCULATION ONLY
REQUIRED ON FIRST
METER. THE SAME
VALUE CAN THEN BE
USED ON ALL
SUBSEQUENT
METERS.
角度(单位为度)。
AWATTHR sin(ϕ ) − AVARHR cos(ϕ )
误差(°)=tan-1
AVARHR sin(ϕ ) + AWATTHR cos(ϕ )
其中：
φ表示电压与电流间的角度(单位为度)。
CALIBRATE
xPGAIN
(SEE GAIN
CALIBRATION
SECTION)
CALIBRATE
xFVAROS
(SEE THE REACTIVE
ENERGY OFFSET
CALIBRATION
SECTION)
NO
360° × f
相位分辨率 =
1.024 MHz
误差(°)
相位补偿 = abs
相位分辨率
DOES THE
METER
ACCURACY MEET
SPECIFICATION AT
LOW CURRENT
其中：
f表示线路频率。
YES
注意，APHCAL寄存器的格式如下：如果误差度数值为
正，则必须向计算出的相位补偿值加上512d值，然后才能
写入APHCAL寄存器中。
ENERGY
CALIBRATION
COMPLETE
11090-008
CALIBRATE
xWATTOS AND
xFWATTOS
(SEE THE ACTIVE
ENERGY OFFSET
CALIBRATION
SECTION)
确定误差度数之后，可利用以下公式来确定所需的相位补偿：
图8. 有功功率校准流程
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AN-1171
存器可用于将Wh/LSB常数修改±100%。APGAIN寄存器会
误差(°) ≤ 0，⇒ APHCAL =相位补偿
APHCAL =
误差(°) > 0，⇒ APHCAL =相位补偿 + 512
影响AWATTHR寄存器，如下式所示：
例如，假设在220 V、10 A的负载下，功率因数为0.5，
AWATTHR值为3384，AVARHR为5663，则误差度数计算
AWATTHR预期
APGAIN = 223 ×
−1
AWATTHR实际
如下：
为实现不同的电表常数，必须根据所需的Wh/LSB改变
3384 sin(60) − 5663 cos(60)
误差(°)=tan-1
= +0.86°
5663 sin(60) + 3384 cos(60)
假设线路频率为50 Hz，则可通过以下公式确定APHCAL补
AWATTHR读数。
偿：
AWATTHR预期 =
负载 (W) × 累加时间(秒)
Wh / LSB × 3600
例如，要将先前计算的Wh/LSB常数9.6262 × 10−5改为9 × 10−5，
相位补偿 =
以方便存储，所需的AWATTHR读数为
+ 0.86
abs
×1.024 MHz = 0 × 31
360
50
°
×
AWATTHR预期 =
APHCAL = 相位补偿 + 512= 0 × 231
220 V × 10 A × cos(60) × 1sec
9 × 10 −5 × 3600
= 3395d
因此，所需的PWGAIN值为
根据用于相A、B和C的电流传感器，APHCAL、BPHCAL
和CPHCAL可能需要不同的相位校准值。
3395
APGAIN = 2 23 ×
− 1 = 0x3AF52
3299
功率增益校准
建立Wh/LSB常数－仅适用于第一个电表
校准第一个电表时，必须确定Wh/LSB。Wh/LSB常数用于
在有功功率寄存器内设置每个LSB的权重。该常数可将电
能寄存器读数转换为真实值。
建立后，同样的Wh/LSB电表可用于后续每个电表。通常
会在设计规格中指明电能寄存器内每个LSB的加权。如果
未提供规格，则用户可以选择加权。可以使用下式来确定
Wh/LSB常数：
表13. xPGAIN
校准寄存器
APGAIN
BPGAIN
CPGAIN
地址
0x4389
0x438B
0x438D
有功功率增益校准的目的是补偿小增益误差，这由内部基
准电压和外部元件的器件间差异(例如晶体造成的时间误
差)引起。每个电表都需要增益校准，并使用标称电压和电
流输入，以功率因数0.5来执行。总有功功率、基波有功功
Wh / LSB = 负载 (W) × 累加时间(秒)
率、无功功率和视在功率均在内部进行增益匹配。因此，
xWATTHR × 3600
需要通过一个增益校准步骤来校准单个相位上的所有功
其中：
率。
“累加时间”是线路周期累加时间。
为简明起见，建议校准所有电表以使用相同的Wh/LSB
xWATTHR是累加时间过去后的电能寄存器读数。
值，且应在第一个电表中设置，如“建立Wh/LSB常数——
例如，如果线路周期值设置为100，输入信号频率为50 Hz，
仅适用于第一个电表部分所述。”使用下式确定AWATTHR
假设针对过零检测只选择了一个相(LCYCMODE位4:6)，则
寄存器内的预期读数：
累加时间为1秒(0.5 × (1/50) × 100)。在220 V、10 A的负载
下，功率因数为0.5时，这会产生3299的AWATTHR读数。
Wh/LSB常数的计算如下：
Wh / LSB =
AWATTHR预期 =
负载 (W) × 累加时间(秒)
Wh / LSB × 3600s / h
220 V × 10 A × cos(60) × 1 sec
= 9.6262 × 10 −5
3299 × 3600
实际值可从AWATTHR寄存器读取，而APGAIN寄存器可
用于校正任何误差。以下公式显示了如何利用APGAIN调
如果用户希望调节常数以满足特定规格，或将常数四舍五
节AWATTHR读数：
入得更易于存储，则可使用APGAIN寄存器。APGAIN寄
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AWATTHR EXPECTED
APGAIN = 2 23 ×
− 1
AWATTHR ACTUAL
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根据以上示例，在220 V、10 A的负载下，预期AWATTHR
如果100 mA负载下的实际AWATTHR寄存器读数为3380，
读 数 为 3395d。 假 定 实 际 AWATTHR读 数 为 3380d， 则
失调引起的误差百分比将由下式决定
APGAIN计算如下
3380 − 3395
= −0.44%
3395
功率测量中的失调依据下式校正：
%误差=
3395
AWGAIN = 2 23 ×
− 1 = 0x916C
3380
注 意 ， 相 位 B和 相 位 C的 增 益 校 准 分 别 由 BPGAIN和
CPGAIN寄存器控制。假定通道正确匹配，如“增益匹配”
部分所述，以上程序不需要为其他通道重复。
AWATTOS = −%误差 ×
AWATTHR预期
累加时间(秒)
×
阈值
8 kHz × 128
其中：
将为APGAIN算出的值写入BPGAIN和CWGAIN中，以便
“阈值”由8位WTHR寄存器连接至相当于0的内部27位得到
获得精确的结果。由于所有功率计算都在内部进行增益匹
的值形成。因此，如果WTHR设置为默认值3h，阈值将为
配，因此设置xPGAIN寄存器将会对所有功率测量结果进
18000000h。
行增益校准。
AWATTOS = 0.0044 ×
总有功功率和仅基波有功功率的失调校准(可选)
就像AWATTOS寄存器影响总有功功率失调一样，AFWAT-
表14. xWATTOS
校准寄存器
AWATTOS
BWATTOS
CWATTOS
AFWATTOS
BFWATTOS
CFWATTOS
TOS寄存器也以相同方式影响着仅基波有功功率失调。
地址
0x438A
0x438C
0x438E
0x43A2
0x43A3
0x43A4
根据电路板布局和电表设计中的串扰，相B和相C可能需要
不同的失调校准。对于相B，可通过BWATTOS和BFWATTOS寄 存 器 实 现 ； 对 于 相 C， 则 可 通 过 CWAT TOS和
CFWATTOS寄存器实现。
仅基波无功功率失调校准
总有功功率和仅基波有功功率的失调校准仅适用于低负载
下的精度在失调校准前超出所需规格的情况。
为了校正任何在低电流水平下可能降低测量精度的电压/电
流通道串扰，应执行有功功率失调校准。必须施加小电流
信号，以便测量并消除失调幅度。
辨率误差。因为线路周期累加模式在固定时间内累加电
能，结果精确至±1 LSB。如果xWATTHR寄存器内累加的位
数在此时间后较小，±1 LSB误差可导致输出端的较大误差。
例如，如果xWATTHR寄存器内仅累加10位，分辨率误差
为10%。将累加位数增加至1000可将分辨率误差降低至0.1%。
以下示例中，将LINECYC设置为5000个半线路周期，并施
加100 mA的输入电流。当电压通道输入为220 V、功率因数
为1时，预期AWATTHR读数由下式决定
220 V × 0.1 A × cos(0) × 50 sec
9 × 10 − 5 × 3600
表15. xFVAROS
校准寄存器
AFVAROS
BFVAROS
CFVAROS
地址
0x43A5
0x43A6
0x43A7
仅基波无功功率失调校准仅适用于低负载下的精度在失调
执行失调校准时，通常需要增加累加时间以尽可能减少分
AWATTHREXPECTED =
3395 0x18000000
×
= 0x76
50
8 kHz × 128
校准前超出所需规格的情况。
为了校正任何在低电流水平下可能降低测量精度的电压/电
流通道串扰，应执行无功功率失调校准。必须施加小电流
信号，以便测量并消除失调幅度。
执行失调校准时，通常需要增加累加时间以尽可能减少分
辨率误差。因为线路周期累加模式在固定时间内累加电
能，结果精确至±1 LSB。如果xVARHR寄存器内累加的位数
在此时间后较小，±1 LSB误差可导致输出端的较大误差。
= 3395
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例如，如果xVARHR寄存器内仅累加10位，分辨率误差为
注意，根据电路板布局和电表设计中的串扰，相B和相C可
10%。 将 累 加 位 数 增 加 至 1000可 将 分 辨 率 误 差 降 低 至
能需要不同的失调校准。这一点可通过BFVAROS和CFVA-
0.1%。预期xVARHR读数按以下公式确定
ROS寄存器实现。这些寄存器校正相应xVARTHR寄存器读
负载 (VAR) × 累加时间(秒)
数的方式与AFVAROS影响AWATTHR寄存器读数的方式相同。
AVARHR预期 =
VARhr / LSB × 3600 s/h
谐波失调校准
无需校准单独的谐波测量即可实现额定精度。
无功功率测量中的失调依据以下公式校正：
AWATTOS = −%误差 ×
AFVARHR预期
累加时间(秒)
×
电流和电压有效值
阈值
8 kHz × 128
校准电压和电流有效值仅适用于需要瞬时有效值读数的情
其中：
况。使用瞬时有效值寄存器读数执行有效值校准。有关校
“阈值”由8位WTHR寄存器连接至相当于0的内部27位得到
准电流和电压有效值的详情，请参见“电流和电压有效值”
的值形成。
部分。
因此，如果WTHR设置为默认值3h，阈值将为18000000h。
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注释
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AN11090sc-0-3/13(A)
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