【導讀】在基於寬帶隙半導體（例如GaN和SiC器件）的(de)高(gao)效(xiao)經(jing)濟(ji)型(xing)功(gong)率(lv)轉(zhuan)換(huan)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)的(de)推(tui)動(dong)下(xia)，許(xu)多(duo)應(ying)用(yong)現(xian)在(zai)都(dou)看(kan)到(dao)了(le)轉(zhuan)換(huan)為(wei)直(zhi)流(liu)電(dian)能(neng)的(de)好(hao)處(chu)。因(yin)此(ci)，精(jing)確(que)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)能(neng)計(ji)量(liang)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)要(yao)
，特(te)別(bie)是(shi)涉(she)及(ji)到(dao)電(dian)能(neng)計(ji)費(fei)的(de)地(di)方(fang)。本(ben)文(wen)將(jiang)討(tao)論(lun)直(zhi)流(liu)計(ji)量(liang)在(zai)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)充(chong)電(dian)站(zhan)
、數據中心
、微電網等方麵的發展機會


，以及由ADI推出的相關解決方案。

在基於寬帶隙半導體（例如GaN和SiC器件）的(de)高(gao)效(xiao)經(jing)濟(ji)型(xing)功(gong)率(lv)轉(zhuan)換(huan)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)的(de)推(tui)動(dong)下(xia)，許(xu)多(duo)應(ying)用(yong)現(xian)在(zai)都(dou)看(kan)到(dao)了(le)轉(zhuan)換(huan)為(wei)直(zhi)流(liu)電(dian)能(neng)的(de)好(hao)處(chu)。因(yin)此(ci)，精(jing)確(que)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)能(neng)計(ji)量(liang)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)要(yao)，特(te)別(bie)是(shi)涉(she)及(ji)到(dao)電(dian)能(neng)計(ji)費(fei)的(de)地(di)方(fang)。本(ben)文(wen)將(jiang)討(tao)論(lun)直(zhi)流(liu)計(ji)量(liang)在(zai)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)充(chong)電(dian)站(zhan)、數據中心、微電網等方麵的發展機會，以及由ADI推出的相關解決方案。

直流電能計量可提升電能計費的準確度

當前世界各國政府都在製定行動計劃，以應對長期
、複雜的減少CO2排放的挑戰。CO2排放已證實是造成氣候變化嚴重後果的原因，同時對新型高效能源轉換技術和改進電池化學組成的需求也在迅速增長。

如今，對更高效、更環保的能源的需求與日俱增。由於更容易使用，早期的電網開發人員使用交流電（AC）向世界供電，但在許多地區，直流電（DC）可顯著提高效率。直流電能計量應用相當多樣，像是電動汽車直流充電站便將成為重要發展方向。

jinnianlai，renmenzaitigaodianchirongliangheshiyongshoumingfangmianzuoledalianggongzuo，dantongshibixutigongguangfandediandongqichechongdianwangluo
，zheyangcainengwuxudanxinxingshilichenghuochongdianshijianwenti，congrongshixianchangtulvxing。xuduonengyuangongyingshanghesiyingqiyedouzaibushugaoda150 kW的快速充電器
，並且每個充電樁功率高達500 kW的de超chao快kuai充chong電dian器qi也ye引yin發fa了le公gong眾zhong的de興xing趣qu。考kao慮lv到dao局ju部bu充chong電dian峰feng值zhi功gong率lv高gao達da兆zhao瓦wa的de超chao快kuai充chong電dian站zhan和he相xiang關guan的de快kuai速su充chong電dian能neng源yuan溢yi價jia率lv
，電dian動dong汽qi車che充chong電dian將jiang成cheng為wei一yi個ge巨ju大da的de電dian能neng交jiao換huan市shi場chang，隨sui之zhi需xu要yao進jin行xing準zhun確que的de電dian能neng計ji費fei。

直流配電的另一個重要應用便是微電網

，從本質上講，微電網是更小版本的公用電力係統。因此，需要安全、可靠
、高效的電源。醫院
、軍事基地都可能使用微電網，微電網甚至會作為公用係統的一部分，其中可再生能源發電、燃料發電機和儲能共同作用形成一個可靠的能源分配係統。

樓lou宇yu建jian築zhu中zhong也ye會hui使shi用yong微wei電dian網wang，隨sui著zhe可ke再zai生sheng能neng源yuan發fa電dian機ji的de廣guang泛fan使shi用yong，建jian築zhu物wu甚shen至zhi可ke以yi自zi行xing供gong電dian，屋wu頂ding太tai陽yang能neng電dian池chi板ban和he小xiao型xing風feng力li渦wo輪lun機ji產chan生sheng的de電dian能neng足zu夠gou使shi用yong
，獨du立li運yun行xing但dan仍reng提ti供gong公gong共gong電dian網wang支zhi持chi。

直(zhi)流(liu)供(gong)電(dian)的(de)數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)也(ye)是(shi)重(zhong)要(yao)的(de)應(ying)用(yong)之(zhi)一(yi)，數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)運(yun)營(ying)商(shang)正(zheng)在(zai)積(ji)極(ji)考(kao)慮(lv)使(shi)用(yong)不(bu)同(tong)的(de)技(ji)術(shu)和(he)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)來(lai)提(ti)高(gao)設(she)施(shi)的(de)電(dian)力(li)效(xiao)率(lv)，因(yin)為(wei)電(dian)力(li)是(shi)其(qi)較(jiao)大(da)的(de)成(cheng)本(ben)之(zhi)一(yi)。

數據中心運營商看到了直流配電的相關好處，不僅可減少交流和直流之間需要進行的最少轉換次數，而且與可再生能源的整合也更輕鬆、更高效。若能節能5%至25%
，將可提高傳輸和轉換效率，並減少熱量產生
，並增加雙倍可靠性和可用性，且占地麵積減少33%。配電總線電壓範圍高達380 VDC左右，由於許多運營商開始采用按用電量向托管客戶收費的測量方法
，因此精確的直流電能計量越來越倍受關注。



電能計量需要具有故障和竊電檢測能力

20世(shi)紀(ji)初(chu)
，傳(chuan)統(tong)交(jiao)流(liu)電(dian)表(biao)完(wan)全(quan)是(shi)機(ji)電(dian)式(shi)。使(shi)用(yong)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)線(xian)圈(quan)的(de)組(zu)合(he)在(zai)旋(xuan)轉(zhuan)鋁(lv)盤(pan)中(zhong)感(gan)應(ying)渦(wo)流(liu)。鋁(lv)盤(pan)上(shang)產(chan)生(sheng)的(de)轉(zhuan)矩(ju)與(yu)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)線(xian)圈(quan)產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)通(tong)量(liang)的(de)乘(cheng)積(ji)成(cheng)正(zheng)比(bi)。最(zui)後(hou)
，在(zai)鋁(lv)盤(pan)上(shang)添(tian)加(jia)一(yi)個(ge)破(po)碎(sui)磁(ci)鐵(tie)，使(shi)轉(zhuan)速(su)與(yu)負(fu)載(zai)消(xiao)耗(hao)的(de)實(shi)際(ji)功(gong)率(lv)成(cheng)正(zheng)比(bi)。此(ci)時(shi)
，隻(zhi)需(xu)計(ji)算(suan)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)內(nei)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)次(ci)數(shu)即(ji)可(ke)計(ji)量(liang)耗(hao)電(dian)量(liang)。

現(xian)代(dai)交(jiao)流(liu)電(dian)表(biao)則(ze)更(geng)複(fu)雜(za)，也(ye)更(geng)準(zhun)確(que)，並(bing)可(ke)防(fang)止(zhi)竊(qie)電(dian)。現(xian)在(zai)，先(xian)進(jin)的(de)智(zhi)能(neng)電(dian)表(biao)甚(shen)至(zhi)可(ke)以(yi)監(jian)測(ce)其(qi)絕(jue)對(dui)精(jing)度(du)，並(bing)且(qie)安(an)裝(zhuang)在(zai)現(xian)場(chang)時(shi)可(ke)全(quan)天(tian)候(hou)檢(jian)測(ce)是(shi)否(fou)存(cun)在(zai)竊(qie)電(dian)跡(ji)象(xiang)。無(wu)論(lun)是(shi)現(xian)代(dai)電(dian)表(biao)、傳統電表、交流電表還是直流電表，都是根據其每千瓦時脈衝常數和百分比等級精度進行分類的。

要測量負載所消耗的功率（P = V × I）
，zhishaoxuyaoyigedianliuchuanganqiheyigedianyachuanganqi。dangdidianyaceweididianweishi，liuguodianbiaodedianliutongchangzaigaodianyaceceliang，yibianjinliangjianshaoweijiliangloudiandefengxian，dandianliuyekezaididianyaceceliang，ruguoshejijiagouxuyao，yekeyizailiangceceliang。tongchangshiyongcelianghebijiaofuzailiangcedianliudejishu

，shidianbiaojuyouguzhangheqiedianjiancenengli。danshi，zaiceliangliangcededianliushi，zhishaoxuyaogeliyigedianliuchuanganqi，yibianchulidaotijiandegaodianwei。

電壓通常用電阻分壓器來測量，其中使用階梯電阻將電位以一定比例降低到與係統ADC輸shu入ru兼jian容rong的de電dian平ping。由you於yu輸shu入ru信xin號hao的de幅fu度du很hen大da，使shi用yong標biao準zhun組zu件jian可ke輕qing鬆song實shi現xian精jing確que的de電dian壓ya測ce量liang。但dan是shi，必bi須xu注zhu意yi所suo選xuan組zu件jian的de溫wen度du係xi數shu和he電dian壓ya係xi數shu，以yi確que保bao在zai整zheng個ge溫wen度du範fan圍wei內nei具ju有you所suo需xu的de精jing度du。

提供超低輸入電流的高采樣率 ADC

在直流電能計量應用中，ADI的AD7779、AD8629與ADA4528-1都在其中扮演重要的角色。其中
，AD7779是一款8通道同步采樣ADC，片內集成8個完整的Σ-Δ ADC。AD7779提供超低輸入電流，允許直接連接傳感器。每個輸入通道都有一個增益為1、2、4和8的可編程增益級，可將低幅度傳感器輸出映射到滿量程ADC輸入範圍，從而使信號鏈的動態範圍最大。AD7779接受1 V至3.6 V的VREF。模擬輸入接受單極性（0 V至VREF/GAIN）或真雙極性（±VREF/GAIN/2 V）模擬輸入信號，模擬電源電壓分別為3.3 V或±1.65 V。模擬輸入可配置為接受真差分、偽差分或單端信號以匹配不同的傳感器輸出配置。

每個通道包含一個ADC調製器和一個sinc3低延遲數字濾波器。采用SRC來對AD7779的輸出數據率（ODR）進行精細分辨率控製。這種控製可用於線頻率變化為0.01 Hz時，ODR分辨率需要維持相幹性的應用。SRC可通過串行端口接口（SPI）編程。AD7779實現了兩種不同接口：數據輸出接口和SPI控製接口。ADC數據輸出接口專門用於將ADC轉換結果從AD7779發送至處理器。SPI接口用以負責AD7779配置寄存器的讀寫，並用於控製和讀取SAR ADC的數據，SPI接口還可配置為輸出Σ-Δ轉換數據。

AD7779包括一個12位SAR ADC
，該ADC可以用於AD7779診斷，這樣就無需為係統測量功能專門騰出一個Σ-Δ型ADC通道。通過外部多路複用器（可利用3個通用輸入/輸出GPIO引腳加以控製）和信號調理
，SAR ADC可在需要功能安全的應用中用於驗證Σ-Δ型ADC測量結果。此外，AD7779 SAR ADC內置一個多路複用器，可用來檢測內部節點。

AD7779包含一個2.5 V基準電壓源和參考緩衝器。基準電壓源的溫度係數為10 ppm/℃（典型值）。AD7779提供兩種工作模式：高分辨率模式和低功耗模式。高分辨率模式提供較高的動態範圍，功耗為每通道10.75 mW
；而低功耗模式在較低的動態範圍規格下功耗僅為每通道3.37 mW。AD7779的額定工作溫度範圍為-40℃至+105℃
，不過器件工作溫度最高可達+125℃。



具有超低噪聲
、漂移等電流特性的放大器

ADI的AD8629放大器則具有超低失調、漂移和偏置電流特性，為寬帶寬、自穩零放大器，具有軌到軌輸入和輸出擺幅以及低噪聲特性，采用2.7 V至5 V單電源供電（或±1.35 V至±2.5 V雙電源供電）。

AD8629可提供以前隻有昂貴的自穩零或斬波穩定放大器才具有的特性優勢。這些零漂移放大器采用ADI公司的電路拓撲結構
，將低成本與高精度、低噪聲特性融於一體，且無需外部電容。此外
，AD8629還大大降低了大多數斬波穩定放大器所具有的數字開關噪聲。

AD8629的失調電壓僅為1 µV，失調電壓漂移小於0.005 µV/℃，噪聲僅為0.5 µV峰峰值（0 Hz至10 Hz），因而適合不容許存在誤差源的應用。這些器件在工作溫度範圍內的漂移接近零，對位置和壓力傳感器、醫療設備以及應變計放大器應用極為有利。許多係統都可以利用AD8629提供的軌到軌輸入和輸出擺幅能力
，以降低輸入偏置複雜度，並使信噪比達到較大。

AD8629的額定溫度範圍為−40℃至+125℃擴展工業溫度範圍。AD8629提供標準8引腳窄體SOIC和MSOP兩種塑料封裝。

ADI的另一款ADA4528為超低噪聲、零漂移運算放大器
，具有軌到軌輸入和輸出擺幅。失調電壓為2.5 µV，失調電壓漂移為0.015 μV/℃，噪聲為97 µV p-p（0.1 Hz至10 Hz，AV = +100）
，因而ADA4528非常適合不容許存在誤差源的應用。

ADA4528具有2.2 V至5.5 V的寬工作電源電壓範圍、高增益、出色的CMRR和PSRR特性
，是要求低電平信號精密放大應用的理想之選

，如位置和壓力傳感器
、應變計、醫療儀器等。

ADA4528的額定溫度範圍為−40℃至+125℃擴展工業溫度範圍，其中的ADA4528-1提供8引腳MSOP和8引腳LFCSP兩種封裝，ADA4528-2采用8引腳MSOP封裝。

ADA4528的最大失調電壓為2.5 μV，最大失調電壓漂移為0.015 μV/℃，非常適合為小分流信號提供超低漂移
、100 V/V放大。因此，同步采樣、24位ADC AD7779可直接連接到放大級，具有5 nV/℃輸入參考失調漂移量。通過直接與AD7779 ADC輸入端相連的1000:1比率的電阻電位分壓器，可以精確測量高直流電壓。

結語

直流電能計量具有比交流電能計量更高的精度，在市場需求快速增加的充電站、微電網
、shujuzhongxindengyingyongzhong，zhiliudiannengjiliangjianggengjujifeigongpingxing，bingjianshaojiaozhiliuzhijianxuyaojinxingdezhuanhuancishuyunengyuansunhao
，yukezaishengnengyuandezhengheyegengqingsong、更高效，將會成為重要的發展趨勢。ADI公gong司si是shi精jing密mi傳chuan感gan技ji術shu的de行xing業ye領ling導dao者zhe，為wei精jing密mi電dian流liu和he電dian壓ya測ce量liang提ti供gong完wan整zheng信xin號hao鏈lian，以yi滿man足zu嚴yan格ge的de標biao準zhun要yao求qiu，本ben文wen所suo介jie紹shao的de相xiang關guan產chan品pin，將jiang成cheng為wei直zhi流liu電dian能neng計ji量liang應ying用yong的de最zui佳jia選xuan擇ze之zhi一yi。

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