為什麼直流電能計量很重要
？

 

21世紀，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。

 

包括可再生和不可再生能源在內，僅去年一年，世界人口就消耗了近18萬億千瓦時
，而這一需求還在繼續增長；事實上，在過去的15年裏，消耗了超過一半的現有能源。

 

為此，我們的電網和發電機還在不斷地增長；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。

 

在基於寬帶隙半導體（例如GaN和SiC器件）degaoxiaojingjixinggonglvzhuanhuanjishufazhandetuidongxia，xuduoyingyongxianzaidoukandaolezhuanhuanweizhiliudiannengdehaochu。yinci，jingquedezhiliudiannengjiliangbiandeyuelaiyuezhongyao，tebieshishejidaodiannengjifeidedifang。benwenjiangtaolunzhiliujiliangzaidiandongqichechongdianzhan、可再生能源發電
、服務器場、微電網和點對點能源共享方麵的發展機會，並介紹一種直流電表設計。

 

直流電能計量應用

 

電動汽車直流充電站

 

預計到2018年¹，插電式電動汽車(EV)的複合年均增長率為+70%，並且預計2017至2024年將以+25%的複合年均增長率增長。²充電站市場從2018至2023年將以41.8%的複合年均增長率增長。³然而，為了加速減少私人交通造成的二氧化碳排放，電動汽車需求成為汽車市場的首選。

 

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)。

 

目前
，標準電動汽車充電器在交流側計量
，缺點是無法測量交流-直流轉換過程中損失的電能，因此
，對最終客戶來說，計費不準確。自2019年以來，新的歐盟法規要求能源供應商隻能向客戶收取傳輸到電動汽車的電能費用，使得電源轉換和分配損失都由能源供應商來承擔。

 

雖然先進的SiC電動汽車轉換器可達到97%以(yi)上(shang)的(de)效(xiao)率(lv)，但(dan)快(kuai)速(su)和(he)超(chao)快(kuai)充(chong)電(dian)器(qi)直(zhi)接(jie)連(lian)接(jie)到(dao)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)時(shi)，電(dian)能(neng)以(yi)直(zhi)流(liu)方(fang)式(shi)傳(chuan)輸(shu)，在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，顯(xian)然(ran)需(xu)要(yao)在(zai)直(zhi)流(liu)側(ce)實(shi)現(xian)準(zhun)確(que)計(ji)費(fei)。除(chu)了(le)涉(she)及(ji)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)充(chong)電(dian)計(ji)量(liang)公(gong)共(gong)利(li)益(yi)外(wai)，私(si)人(ren)和(he)住(zhu)宅(zhai)點(dian)對(dui)點(dian)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)充(chong)電(dian)計(ji)劃(hua)可(ke)能(neng)對(dui)於(yu)直(zhi)流(liu)側(ce)進(jin)行(xing)精(jing)確(que)的(de)電(dian)能(neng)計(ji)費(fei)具(ju)有(you)更(geng)大(da)的(de)激(ji)勵(li)作(zuo)用(yong)。

 

圖1. 未來電動汽車充電站的直流電能計量。

 

圖2. 可持續微電網基礎設施的直流電能計量。

 

直流配電—微電網

 

什麼是微電網？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)。

 

此外，建築物多達50%的電力負載是直流電。目前

，每台電子設備都必須將交流電轉換為直流電，在這個過程中會損失高達20%的電能，與傳統交流配電相比，估計總能耗可節省多達28%。⁴

 

在部署直流電的建築物中
，可以通過將交流電一次轉換為直流電，並將直流電直接饋入所需設備（如LED燈和電腦）來降低能耗。

 

隨著大家對直流微電網日益關注，對標準化的需求也在增加。

 

IEC 62053-41是一個即將推出的標準，將規定住宅直流係統和封閉式電表（類似於直流電能計量的等效交流計量）的要求和標稱水平。

 

截止2017年⁵，直流微電網領域價值約為70億美元
，並且隨著新興直流配電的發展趨勢將會進一步增長。

 

直流供電數據中心
 

數據中心運營商正在積極考慮使用不同的技術和解決方案來提高設施的電力效率，因為電力是其最大的成本之一。

 

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。轉換級數的減少按下式估計：

 

●     節能5%至25%：提高傳輸和轉換效率，並減少熱量產生

●     雙倍可靠性和可用性

●     占地麵積減少33%

 

圖3. 與傳統交流配電相比
，數據中心直流供電需要的組件更少
，損耗也更低。 

 

圖4. 直流供電數據中心的可再生能源整合

 

配電總線電壓範圍高達380 V_DC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。

 

向托管客戶收取電費的兩種常用方式：

 

●     每次（每個出口固定費用）

●     消耗的電能（計量出口—對所消耗的每千瓦時收取電費）

 

為了鼓勵提高電源效率，計量輸出方法越來越受歡迎，客戶定價涉及以下幾部分：

 

經常性費用 = 空間費用 +（IT設備抄表 × PUE）

 

●     空間費用：固定
，包括安全保障和所有建築物運營成本

●     IT設備抄表：IT設備消耗的千瓦時數乘以電能成本

●     電源使用效率(PUE)：考慮IT背後基礎設施的效率
，例如散熱冷卻

 

一個典型的現代機架會消耗高達40 kW的直流電。因此，需要使用計費級直流電表來監測高達100 A的電流。

 

精密直流電能計量挑戰

 

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)。ADI公司的 ADE9153B 計量IC就具有此功能，它采用mSure^®技術。

 

無論是現代電表、傳統電表、jiaoliudianbiaohaishizhiliudianbiao，doushigenjuqimeiqianwashimaichongchangshuhebaifenbidengjijingdujinxingfenleide。meiqianwashimaichongshubiaoshidiannenggengxinlv，jifenbianlv。dengjijingdubiaoshidiannengdezuidajiliangwucha。

 

與老式機械電表類似，給定時間間隔內的電能也是通過計算這些脈衝數進行計量
；脈衝頻率越高

，瞬時功率也越高，反之亦然。

 

直流電表架構

 

直流電表的基本架構如圖5所示。要測量負載所消耗的功率(P = V × I)，至zhi少shao需xu要yao一yi個ge電dian流liu傳chuan感gan器qi和he一yi個ge電dian壓ya傳chuan感gan器qi。當dang低di電dian壓ya側ce為wei地di電dian位wei時shi，流liu過guo電dian表biao的de電dian流liu通tong常chang在zai高gao電dian壓ya側ce測ce量liang，以yi便bian盡jin量liang減jian少shao未wei計ji量liang漏lou電dian的de風feng險xian
，但dan電dian流liu也ye可ke在zai低di電dian壓ya側ce測ce量liang，如ru果guo設she計ji架jia構gou需xu要yao

，也ye可ke以yi在zai兩liang側ce測ce量liang。通tong常chang使shi用yong測ce量liang和he比bi較jiao負fu載zai兩liang側ce電dian流liu的de技ji術shu，使shi電dian表biao具ju有you故gu障zhang和he竊qie電dian檢jian測ce能neng力li。但dan是shi，在zai測ce量liang兩liang側ce的de電dian流liu時shi，至zhi少shao需xu要yao隔ge離li一yi個ge電dian流liu傳chuan感gan器qi，以yi便bian處chu理li導dao體ti間jian的de高gao電dian位wei。

 

電壓測量

 

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輸入兼容的電平。

 

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。

 

如ru前qian所suo述shu
，用yong於yu電dian動dong汽qi車che充chong電dian站zhan等deng應ying用yong的de直zhi流liu電dian表biao有you時shi需xu要yao專zhuan門men對dui傳chuan輸shu到dao車che輛liang的de電dian能neng計ji費fei。為wei了le滿man足zu測ce量liang要yao求qiu，電dian動dong汽qi車che充chong電dian器qi的de直zhi流liu電dian表biao可ke能neng需xu要yao有you多duo個ge電dian壓ya通tong道dao，使shi電dian表biao也ye能neng在zai車che輛liang的de入ru口kou點dian檢jian測ce電dian壓ya（4線測量）。采用4線配置的直流電能計量方式
，就可以將充電樁和電纜的所有電阻損耗從總電能賬單中扣除。

 

圖5. 直流電表係統架構。

 

直流電能計量的電流測量

 

電流可通過直接連接測量，也可通過感應電荷載體流動所產生的磁場來間接測量。下一節將討論最常用的直流電流測量傳感器。

 

分流電阻

 

直接連接電流檢測是一種成熟可靠的交流和直流電流測量方法。電流流過一個已知阻值的分流電阻。根據歐姆定律(V = R × I)，分流電阻兩端的壓降與流經電阻的電流成正比，將壓降放大和進行數字化處理，就可以精確地得出電路中的電流。

 

分流電阻檢測是適合測量mA至kA電流的準確高效的低成本方法
，理論上具有無限的帶寬。但是
，這種方法有一些缺點。

 

當(dang)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)電(dian)阻(zu)時(shi)
，產(chan)生(sheng)的(de)焦(jiao)耳(er)熱(re)與(yu)電(dian)流(liu)的(de)平(ping)方(fang)成(cheng)比(bi)例(li)。這(zhe)不(bu)僅(jin)會(hui)造(zao)成(cheng)效(xiao)率(lv)損(sun)失(shi)，而(er)且(qie)自(zi)熱(re)效(xiao)應(ying)還(hai)會(hui)影(ying)響(xiang)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)值(zhi)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)精(jing)度(du)下(xia)降(jiang)。為(wei)了(le)限(xian)製(zhi)自(zi)熱(re)效(xiao)應(ying)

，可(ke)使(shi)用(yong)低(di)值(zhi)電(dian)阻(zu)。但(dan)是(shi)，使(shi)用(yong)小(xiao)電(dian)阻(zu)時(shi)，通(tong)過(guo)傳(chuan)感(gan)元(yuan)件(jian)的(de)電(dian)壓(ya)也(ye)很(hen)小(xiao)，有(you)時(shi)會(hui)與(yu)係(xi)統(tong)的(de)直(zhi)流(liu)偏(pian)移(yi)相(xiang)當(dang)。在(zai)這(zhe)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)，要(yao)在(zai)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)的(de)低(di)端(duan)實(shi)現(xian)所(suo)需(xu)精(jing)度(du)並(bing)不(bu)容(rong)易(yi)。可(ke)使(shi)用(yong)具(ju)有(you)超(chao)低(di)直(zhi)流(liu)偏(pian)移(yi)和(he)超(chao)低(di)溫(wen)漂(piao)的(de)先(xian)進(jin)模(mo)擬(ni)前(qian)端(duan)
，來(lai)克(ke)服(fu)低(di)值(zhi)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)的(de)限(xian)製(zhi)。但(dan)是(shi)，由(you)於(yu)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)具(ju)有(you)恒(heng)定(ding)增(zeng)益(yi)-帶寬乘積

，高增益將會限製可用帶寬。

 

低di值zhi電dian流liu檢jian測ce分fen流liu器qi通tong常chang由you特te定ding的de金jin屬shu合he金jin製zhi成cheng，如ru錳meng銅tong或huo鎳nie鉻ge，這zhe些xie金jin屬shu合he金jin可ke以yi抵di消xiao其qi各ge成cheng分fen的de反fan向xiang溫wen度du漂piao移yi
，從cong而er導dao致zhi總zong漂piao移yi約yue為wei數shu十shippm/°C。

 

直接連接直流測量中的另一個誤差因素是熱電動勢(EMF)現xian象xiang，也ye稱cheng為wei塞sai貝bei克ke效xiao應ying。在zai塞sai貝bei克ke效xiao應ying這zhe種zhong現xian象xiang中zhong，在zai形xing成cheng結jie的de至zhi少shao兩liang個ge不bu同tong電dian導dao體ti或huo半ban導dao體ti之zhi間jian的de溫wen差cha會hui在zai兩liang者zhe之zhi間jian產chan生sheng電dian位wei差cha。塞sai貝bei克ke效xiao應ying是shi一yi種zhong眾zhong所suo周zhou知zhi的de現xian象xiang，廣guang泛fan用yong於yu檢jian測ce熱re電dian偶ou的de溫wen度du。

 

在4線連接的分流器中，焦耳熱會在電阻合金元件的中心形成，與銅傳感導線一起傳播，銅傳感導線可能連接到PCB（或其他介質），也可能有不同的溫度。

 

傳感電路將形成不同材料的對稱分布；因此，將大致抵消正負極傳感導線上的結電勢。但是
，熱容量的任何差異，如連接到更大銅塊（接地層）的負極傳感導線，會導致溫度分布不匹配
，從而產生由熱電動勢效應引起的測量誤差。

 

因此，必須注意分流器的連接和所產生熱量的分布情況。

 

圖6. 由溫度梯度引起的分流器中的熱電動勢。

 

磁場感應—間接電流測量

 

開環霍爾效應

 

chuanganqiyouyigegaocidaolvhuangoucheng，ganyingdianliudaoxiantongguogaihuan。zhehuijiangbeicedaotizhouweidecilixianjizhongdaoyigehuoerxiaoyingchuanganqishang，gaichuanganqichazaicixindehengjiemiannei。gaichuanganqideshuchujingguoyuxianchuli，tongchangyoubutongdepeizhikegongxuanze。zuichangjiandeyou：0 V至5 V、4 mA至20 mA或數字接口。以相對低成本提供隔離和高電流範圍的同時，絕對精度通常不低於1%。

 

閉環霍爾效應

 

由you電dian流liu放fang大da器qi驅qu動dong的de磁ci通tong磁ci芯xin上shang的de多duo匝za次ci級ji繞rao組zu提ti供gong負fu反fan饋kui，以yi實shi現xian總zong磁ci通tong量liang為wei零ling的de情qing況kuang。通tong過guo測ce量liang補bu償chang電dian流liu
，線xian性xing度du得de到dao了le提ti高gao
，不bu存cun在zai磁ci芯xin磁ci滯zhi，總zong體ti上shang具ju有you出chu色se的de溫wen漂piao，並bing且qie精jing度du比bi開kai環huan解jie決jue方fang案an更geng高gao。典dian型xing誤wu差cha範fan圍wei下xia降jiang到dao0.5%




，但是額外的補償電路使傳感器成本更高，有時帶寬也受到限製。

 

磁通門

 

shiyigefuzadekaihuanhuobihuanxitong，tongguojianceyouyibaohecixindecitongliangbianhualaiceliangdianliu。xianquanraozaigaocidaolvtiecixinshang
，cixinyouduichengfangbodianyaqudongdeercixianquanyouyibaohe。meidangcixinjiejinzhengfubaoheshi，xianquandedianganjiuhuibengkui，qidianliubianhualvyehuizengjia。xianquandedianliuboxingbaochiduicheng，chufeiwaijiayigewaibucichang
，zheyangboxingjiuhuibiandebuduicheng。tongguoceliangzhezhongbuduichengxingdedaxiao，jiukeyigusuanchuwaibucichangdeqiangdu，yijiyoucichanshengdedianliu。takeyitigonglianghaodewenduwendingxinghe0.1%的精度。但是
，傳感器中複雜的電子器件使其成為一種昂貴的解決方案，其價格比其他隔離式解決方案高10倍。

 

圖7. 基於通量集中器和磁性傳感器的開環電流傳感器。

 

圖8. 閉環電流傳感器的工作原理示例。

 

直流電能計量：要求和標準化

 

雖(sui)然(ran)與(yu)現(xian)有(you)交(jiao)流(liu)計(ji)量(liang)標(biao)準(zhun)生(sheng)態(tai)係(xi)統(tong)相(xiang)比(bi)，直(zhi)流(liu)電(dian)能(neng)計(ji)量(liang)的(de)標(biao)準(zhun)化(hua)似(si)乎(hu)不(bu)難(nan)實(shi)現(xian)，但(dan)行(xing)業(ye)利(li)益(yi)相(xiang)關(guan)者(zhe)仍(reng)在(zai)討(tao)論(lun)不(bu)同(tong)應(ying)用(yong)的(de)要(yao)求(qiu)
，這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)更(geng)多(duo)的(de)時(shi)間(jian)來(lai)敲(qiao)定(ding)直(zhi)流(liu)計(ji)量(liang)的(de)具(ju)體(ti)細(xi)節(jie)。

 

IEC正在製定IEC 62053-41，以定義精度等級為0.5%和1%的有功電能直流靜電電表的具體要求。

 

gaibiaozhuntichuleyigebiaochengdianyahedianliudefanwei
，bingduidianbiaodedianyahedianliutongdaodezuidagonghaojinxinglexianzhi。ciwai


，yujiaoliujiliangyaoqiuyiyang，dingyiledongtaifanweineidejutijingdu，yijikongzaitiaojianxiadedianliuyuzhi。

 

草案中對係統帶寬沒有具體要求
，但要求成功完成快速負載變化測試
，並對係統最小帶寬定義了隱含要求。

 

電動汽車充電應用中的直流計量有時符合德國標準VDE-AR-E 2418或舊鐵路標準EN 50463-2。根據EN 50463-2
，對每個傳感器都指定了精度
，組合電能誤差是電壓
、電流和計算誤差的正交和：

 

 

表1. 根據EN 50463-2標準確定的最大電流誤差百分比

 

表2. 根據EN 50463-2標準確定的最大電壓誤差百分比

 

結語：符合概念驗證標準的直流電表

 

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)。下(xia)一(yi)節(jie)將(jiang)介(jie)紹(shao)符(fu)合(he)即(ji)將(jiang)推(tui)出(chu)的(de)專(zhuan)用(yong)標(biao)準(zhun)IEC 62053-41要求的直流電表的概念驗證。

 

考慮到微電網和數據中心計費級直流電能計量的空間，我們可以假設表3中所示的需求。

 

表3. 直流電表規格—概念驗證

使用低值和低電動勢分流器可以實現準確的低成本電流檢測(<1 μVEMF/°C)。采用低值分流電阻對於減少自熱效應並使功率電平低於標準要求的限值至關重要。

 

商用75 μΩ分流器將會使功耗保持在0.5 W以下

 

圖9. 直流電表係統架構。 

 

但是，在75 μΩ分流器上，80 A標稱電流的1%會產生60 μV的小信號，需要使用在亞微伏的失調漂移性能範圍內的信號鏈。

 

ADA4528的最大失調電壓為2.5 μV，最大失調電壓漂移為0.015 μV/°C，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/°C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。

 

最後
，利用微控製器實現簡單的逐樣本、中斷驅動計量功能

，其中對於每個ADC樣本
，中斷例程為：

 

●     讀取電壓和電流樣本

●     計算瞬時功率(P = I × V)

●     在電能累加器中累加瞬時功率

●     檢查電能累加器是否超過電能閾值以產生電能脈衝，並清除電能累加寄存器

 

此外，除了計量功能，微控製器還支持係統級接口，如RS-485、LCD顯示和按鈕。

 

圖10. 概念驗證—原型製作。

 

參考電路

 

¹ Tom Turrentine, Scott Hardman, and Dahlia Garas. "引導電動汽車向可持續發展過渡。" 國家可持續交通中心，加州大學戴維斯分校，2018年7月。

 

² "按類型（純電動汽車、混合動力電動汽車、插電式混合動力電動汽車）、車輛類型（兩輪車
、客車

、商務車）和地區劃分的全球電動汽車市場報告—行業趨勢

、規模、份額
、增長
、估計和預測，2017-2024。"Value Market Research。

 

³ 按充電站（交流充電站、直流充電站）
、安裝類型（住宅、商業）和地區（北美、歐洲
、亞太地區和世界其它地區）劃分的電動汽車充電站市場—到2023年的全球預測。 Research and Markets，2018年4月。

 

⁴ Venkata Anand Prabhala, Bhanu Prashant Baddipadiga, Poria Fajri, and Mehdi Ferdowsi. "直流配電係統架構及優勢概述。" MDPI
，2018年9月。

 

⁵ "按類型（交流微電網、直流微電網、混合）
、連接（並網
、遠程/孤島）、產品（硬件、服務、軟件）、電源（天然氣
、太陽能

、燃料電池
、熱電聯產、柴油等）、應用（醫療健康
、工業、軍事

、公用電力事業和教育機構）、地區（北美、歐洲、亞太地區


、南美以及中東和非洲地區）劃分的全球微電網市場、全球行業分析
、市場規模、份額、增長

、趨勢和預測，2018-2025。"Researchstore.biz。

 

 

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