Ключові слова
вимірювання якості електроенергії
аналого-цифровий перетворювач сигма-дельта типу (Σ–Δ АЦП)
гальванічна розв’язка
облік електроенергії
Як цитувати
Анотація
У статті представлено архітектуру приладу для обліку та моніторингу показників якості електричної енергії, що побудований на базі ізольованого аналого-цифрового перетворювача сигма-дельта типу нового покоління ADE9112. Показано, що інтеграція гальванічної розв’язки сигналів та живлення, покращені шумові характеристики, підтримка високих частот дискретизації та надійні інтерфейси дозволяють значно спростити схемотехніку, зменшити кількість дискретних компонентів, а також підвищити точність і достовірність вимірювань у широкому динамічному діапазоні. Виконано порівняльний аналіз нового покоління ADE9112 із попереднім рішенням ADE7912, що продемонстрував розширення функціональних можливостей, збільшення швидкодії та розширення робочого температурного діапазону для промислових застосувань. Обґрунтовано доцільність використання ADE9112 з точки зору відповідності сучасним методам вимірювання якості електричної енергії відповідно до стандарту IEC 61000-4-30 та вимог електромагнітної сумісності. Окрему увагу приділено питанням синхронізації каналів у багатофазних системах, забезпеченню узгодження часових рядів вимірювань та збереженню фазової відповідності для точних розрахунків енергетичних величин. Запропоновано типову архітектуру вимірювального тракту з використанням ADE9112 у поєднанні з мікроконтролерами, що дозволяє реалізувати як потокову обробку даних, так і інтеграцію з мережевими інтерфейсами верхнього рівня. Продемонстровано інженерні рекомендації щодо побудови входових ланцюгів, антиаліас-фільтрації, програмної конфігурації режимів дискретизації та перевірки цілісності даних, а також наведено підходи до забезпечення електробезпеки й відповідності вимогам електромагнітної сумісності. Отримані результати підтверджують доцільність застосування ADE9112 у сучасних системах обліку та моніторингу якості електроенергії, а також слугують базою для подальшого вдосконалення апаратно-програмних комплексів у сфері енергетики.
Посилання
Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 4-30: Testing and Measurement Techniques - Power Quality Measurement Methods, IEC 61000-4-30:2015+AMD1:2021 CSV, IEC, 2021.
S. Jang, J. Lee, Y. Choi, D. Kim, and G. Kim, “Recent advances in ultra-high-speed wireline receivers with ADC-DSP-based equalizers,” IEEE Open Journal of the Solid-State Circuits Society, vol. 4, pp. 290–304, 2024, doi: https://doi.org/10.1109/ojsscs.2024.3506692
Y. Zhou, B. Xu, and Y. Chiu, “A 12-b 1-gs/s 31.5-mw time-interleaved SAR ADC with analog HPF-assisted skew calibration and randomly sampling reference ADC,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 54, no. 8, pp. 2207–2218, Aug. 2019, doi: https://doi.org/10.1109/jssc.2019.2915583
P. Mounika, Y. G. Pu, and K.-Y. Lee, “A 1.4mw sigma delta ADC with configurable filter for sensor applications,” in 2023 Fourteenth International Conference on Ubiquitous and Future Networks (ICUFN), Paris, France, Jul. 4–7, 2023. IEEE, 2023, pp. 697–699, doi: https://doi.org/10.1109/icufn57995.2023.10200609
W. Lee and Y. Chae, “Power reduction techniques for energy-efficient audio continuous-time delta-sigma modulator,” in 2024 21st International SoC Design Conference (ISOCC), Sapporo, Japan, Aug. 19–22, 2024. IEEE, 2024, pp. 71–72, doi: https://doi.org/10.1109/isocc62682.2024.10762241
E. Viciana, F. M. Arrabal-Campos, A. Alcayde, R. Baños, and F. G. Montoya, “All-in-one three-phase smart meter and power quality analyzer with extended IoT capabilities,” Measurement, no. 206, Dec. 2022, Art. no. 112309, doi: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2022.112309
“ADE9430 datasheet and product info.” Analog Devices. [Online]. Available: https://www.analog.com/en/products/ade9430.html
“ADE9000 datasheet and product info.” Analog Devices. [Online]. Available: https://www.analog.com/en/products/ade9000.html
“STPM32, STPM33, STPM34 Datasheet - production data.” Electronic Components Distributor - Mouser Electronics Europe. [Online]. Available: https://eu.mouser.com/datasheet/2/389/stpm32-956482.pdf
“ATM90E36A.” Microchip Technology. [Online]. Available: https://www.microchip.com/en-us/product/atm90e36a
“CS5480.” Cirrus Logic. [Online]. Available: https://www.cirrus.com/products/cs5480
“AD7768 datasheet and product info.” Analog Devices. [Online]. Available: https://www.analog.com/en/products/ad7768.html
“ADS1278 data sheet, product information and support.” Texas Instruments. [Online]. Available: https://www.ti.com/product/ADS1278
“ADS131E08 data sheet, product information and support.” Texas Instruments. [Online]. Available: https://www.ti.com/product/ADS131E08
“MCP3912.” Microchip Technology. [Online]. Available: https://www.microchip.com/en-us/product/mcp3912
“ISL26134 - Low-Noise 24-bit Delta Sigma ADC.” Renesas. [Online]. Available: https://www.renesas.com/en/products/isl26134
“AD7606B datasheet and product info.” Analog Devices. [Online]. Available: https://www.analog.com/en/products/ad7606b.html
“ADS8598H data sheet, product information and support.” Texas Instruments. [Online]. Available: https://www.ti.com/product/ADS8598H
“MAX11046 datasheet and product info.” Analog Devices. [Online]. Available: https://www.analog.com/en/products/max11046.html
“AD7403 datasheet and product info.” Analog Devices. [Online]. Available: https://www.analog.com/en/products/ad7403.html
“AMC1306M05 data sheet, product information and support.” Texas Instruments. [Online]. Available: https://www.ti.com/product/AMC1306M05
“ADE9112 datasheet and product info.” Analog Devices. [Online]. Available: https://www.analog.com/en/products/ade9112.html
Z. Tang, R. Zamparette, Y. Furuta, T. Nezuka, and K. A. A. Makinwa, “A versatile ±25-A shunt-based current sensor with ±0.25% gain error from -40 °C to 85 °C,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 57, no. 12, pp. 3716–3725, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/jssc.2022.3204520
S. Kawahara, Y. Furuta, S. Wada, S. Taniguchi, and T. Nezuka, “A 30-nΩ accuracy low power two-step ratiometric shunt resistance measurement system using a switching regulator-based current generator for shunt-based current sensors,” IEEE Sensors Journal, vol. 24, no. 24, pp. 40188–40195, 2024, doi: https://doi.org/10.1109/jsen.2024.3393442
H. Shao, R. Henriques, H. Morais, and E. Tedeschi, “Power quality monitoring in electric grid integrating offshore wind energy: A review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 191, Mar. 2024, Art. no. 114094, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.114094
“ADE7912/ADE7913 (Rev. C). Data Sheet.” Analog Devices. [Online]. Available: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ade7912_7913.pdf
IEEE Standard Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced, or Unbalanced Conditions, IEEE Std 1459-2025, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2025, doi: https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2025.11004570
“EN 55032 (CISPR 32): EMC standard for multimedia equipment.” IB-Lenhardt AG. [Online]. Available: https://ib-lenhardt.com/kb/glossary/en-55032-cispr-32
A. Cano-Ortega, F. Sanchez-Sutil, J. C. Hernandez, C. Gilabert-Torres, and C. R. Baier, “Calibration of a class A power quality analyser connected to the cloud in real time,” Electronics, vol. 13, no. 16, Aug. 2024, Art. no. 3209, doi: https://doi.org/10.3390/electronics13163209
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2025 Дмитро Анатолійович Гапон, Ігор Феліксович Домнін, Роман Ігорович Дем'яненко, Андрій Олександрович Солодовник, Олександр Олександрович Светелік