Gemäß dem EnWG, dem erneuerbaren Wirtschaftsgesetz, ist in Deutschland seit 2010 die Montage "intelligenter Energiezählern" bei Neubauten obligatorisch. Diese sollen "dem jeweiligen Anschlussnutzer den tatsächlichen Energieverbrauch und die tatsächliche Nutzungszeit widerspiegeln", steht da in Paragraph §21d. Damit sind zwar nur Mindestanforderungen formuliert, jedoch ein Paradigmenwechsel vom klassischen Ferrari-Zähler zur prozessorgestützten Elektronik eingeleitet, denn Nutzungszeiten kann die installierte Elektromechanik nicht erfassen. So eröffnen sich mit den smarten Zählern auch anspruchsvolle Features wie das Loggen von Verbräuchen zur Erstellung von Lastprofilen oder die Möglichkeit zur Abfrage über das Internet. Die Basisarbeit bleibt aber die extrem genaue und effiziente Erfassung der Strom- und Spannungswerte am Ort des Verbrauchs. Der Halbleiterhersteller IDT hat diesen wachsenden Bedarf erkannt und eine gesamte Produktlinie an Ein- und Mehrphasen Metering-ICs entwickelt.

Einzel- und Mehrphasen Metering-ICs

Die neue Familie von Mehrphasen-Energiezähler-ICs von IDT weist den höchsten Dynamikbereich kommerziell verfügbarer Wettbewerbsprodukte und den niedrigsten Temperaturkoeffizienten auf. Damit können Hersteller von Smart-Energy-Zählern nicht nur die Geräteleistung verbessern, sondern auch Kosten senken, denn mit dem großen Messbereich lassen sich Produktvarianten konsolidieren und die Kalibrierung vereinfachen. Die Mehrphasen-Energiezähler-ICs 90E32 und 90E36 ergänzen IDTs 90E2x- Familie von Einphasen-Zählerbausteine zum umfangreichen Portfolio mit Lösungen für alle Zählertypen. Ihr Dynamikbereich beträgt 5000:1 (90E32) sowie 6000:1 (90E36). Dank IDTs eigener Temperatur-Kompensationstechnologie erzielen sie einen hervorragenden Temperaturgang (bei der Referenzspannung < +/- 5ppm/°C) und eine außergewöhnliche Performance über eine große Vielfalt von Implementierungen und Umgebungsbedingungen. Insgesamt ergibt sich eine Genauigkeit von ±0.2% im Temperaturbereich von -40 ºC .. +85 ºC sowohl für Dreiphasen-Zähler mit 4 Leitungen (3P4W) sowie solchen mit 3 Leitungen (3P3W) für Wirk- und Scheinleistungsmessungen verwendet werden. Der 90E36 beinhaltet als Mehrphasenzähler insgesamt sieben unabhängige Sigma-Delta ADCs 2ter Ordnung mitsamt hochpräziser Referenzspannung, die zur Messung von 3 Spannungen (Phase A, B und C) sowie 4 Strömen (Phase A, B, C und Neutralleiter) verwendet werden können. Weiterhin verfügt der Baustein über einen eingebauten DSP zur Berechnung der Wirk-, Schein - und Blind-Energie sowie Fundamentale und Harmonische der Wirk-Energie. Der DSP berechnet zudem Parameter wie Effektivwerte (RMS) von Spannung und Strom sowie die Durchschnitte von Wirk-, Schein- und Blindleistung.

Controller nach Wahl

Grundsätzlich besteht ein elektronischer Stromzähler aus einer Einheit zur Messwerterfassung, einer zur Speicherung und Verarbeitung der erfassten Strom- und Spannungswerte sowie Kommunikationsschnittstellen zum Austausch der Daten. In der Praxis hat sich gezeigt, dass die Trennung von Messwerterfassung und Messwertverarbeitung bzw. -aufbereitung in 2 separate ICs sinnvoll ist, da es Herstellern größere Flexibilität bei der Auswahl bevorzugter CPU-Architekturen gibt und Verarbeitungsalgorithmen, die teilweise über Jahre entwickelt wurden, weiterhin genutzt werden können. Dementsprechend integrieren die Metering-ICs von IDT alle notwendigen Funktionen zur Erfassung der analogen Werte sowie Konditionierung und Filterung und bieten eine leistungsfähige serielle 4-Draht-Schnittstelle (SPI) zur Übergabe der Größen an eine Host-CPU. Als analoges Frontend erledigen sie somit alle Aufgaben zur Erfassung der physikalischen Größen Strom, Spannung, Phasenlage, Wirk- und Scheinleistung, Verzerrung (bzw. Oberwellen) mit der gesetzlich vorgeschriebenen Präzision und Reproduzierbarkeit und überlassen Kommunikations- und Speicheraufgaben einer nachgeschalteten CPU. Der CPU steht darüber hinaus eine DMA-Betriebsart zur Verfügung, mit dessen Hilfe sie die ADC-Rohdaten der 7 Wandler direkt abholen kann. Die 90E3x Metering-Frontends können ihre Messwerte bzw. errechneten Größen entweder über Registeraustausch über die SPI-Schnittstelle einer CPU zur Verfügung stellen, es existieren aber auch 4 Energie-Impulsausgänge zur Ansteuerung von IRLEDs und Abfrage geeigneter Lesegeräte. Zur Entwicklungsunterstützung bietet IDT Referenzschaltungen bzw. Entwicklungssysteme für die Single-Phase sowie Poly-Phase-Metering ICs samt Layout-Daten, Betriebs- und Kalibrierungssoftware, so dass einer raschen Implementierung der Bausteine in smarte Zähler nichts im Wege steht.

• IDT 90E36 Poly Phase Flyer
• IDT 90E36 Poly Phase Data-Sheet
• IDT 90E32 Poly Phase Flyer
• IDT 90E32 Poly Phase Data-Sheet
• IDT AN645 90E32 Application-Note