多功能電力儀表計(jì)量芯片

　　介紹了SA9904B，ATIT026A及CS5463等三相高精度多功能電力儀表計(jì)量芯片的原理，比較了芯片的性能指標(biāo)。SA9904B提供有功、無(wú)功電能.但不提供視在功率和相角等參數(shù);A'IT7026A提供各分相、合相參數(shù)，但不具有中斷功能;CS5463不但提供各種計(jì)量參數(shù).且具有中斷.更有低于12mW的超低功耗。

　　新型集成片不僅精確度高，而且硬件軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高。著重介紹SA9904B，AI’r7026A及CS54633種三相電能計(jì)量芯片的工作原理，比較其性能指標(biāo)，為合理選擇電能芯片提供了有力的幫助。

　　2、電能計(jì)量芯片

　　SA9904B是南非微電子系統(tǒng)有限公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種電能計(jì)量芯片.AqqTO26A是珠海炬力集成電路設(shè)計(jì)有限公司開(kāi)發(fā)的電能計(jì)量芯片.CS5463是美國(guó)CRYSTAL公司推出的帶有串行接El的單相雙向功率/電能計(jì)量集成電路芯片。這三者都用于i相多功能電能計(jì)量.均適用于i相三線制的具有50Hz或6OHz標(biāo)準(zhǔn)頻率的電網(wǎng).支持電阻網(wǎng)絡(luò)校表和軟件校表兩種方式。由于電能計(jì)量、參數(shù)測(cè)量和數(shù)據(jù)讀取是電能芯片的核心部分。下面主要從有功計(jì)量、無(wú)功計(jì)量、視在功率/電能計(jì)量、有效值測(cè)量、中斷和SPI接口6個(gè)方面介紹薈片原理.

　　2.1、SA99o4B簡(jiǎn)介

　　SA9904B有20個(gè)引腳，PDIP封裝，l2個(gè)元暫存器…。SA9904B包含9個(gè)代表各相的有功電能、無(wú)功電能與電源電壓的24位元暫存器。第l0個(gè)24位元暫存器代表任何有效相位的市頻，包含3個(gè)位址以保存與SA9604A的兼容性。3個(gè)位址的任何其一可用于存取頻率暫存器。每相位的有功與無(wú)功功率被積存于24位元暫存器。被測(cè)電路的電能或功率不直接提供給用戶(hù)，但是可以通過(guò)公式計(jì)算口1。計(jì)算每相的有功或無(wú)功電能：電能每計(jì)數(shù)=(RA1，M衄)/320000;計(jì)算每相的有功或無(wú)功功率：功率=RD)(N/INTTIME/320000。其中：為電表的額定電源電壓，為電表的額定電源電流.N=相繼讀數(shù)間的暫存器數(shù)值差數(shù)(△值)，INTTIME為相繼讀數(shù)間的時(shí)間差值f單位為秒)。若要求合相有功電能，只能通過(guò)程序?qū)Ⅱ相有功電能求和，或通過(guò)有功功率脈沖輸出F50計(jì)數(shù)。芯片內(nèi)的3個(gè)電壓暫存器包含各相位測(cè)得的RMS電壓值.用戶(hù)可以直接從暫存器中取。SA9904B不具有中斷功能。串行周邊的接口匯流排(SPI)為一同步匯流排，使用于微控器與SA9904B之間的數(shù)據(jù)傳輸。引腳D0(串行數(shù)據(jù)出　　端)，DI(串行數(shù)據(jù)入端)，cs(芯片選項(xiàng))與SCK($行時(shí)脈)用于此匯流排的應(yīng)用。SA9904B為從器件，而微控器為匯流排主器件。CS輸入啟始與終止數(shù)據(jù)傳輸。SCK信號(hào)f微控器發(fā)送的1選通微控器與SA9904B的SCK引腳間的數(shù)據(jù)。DI與DO引腳為SA9904B的串行數(shù)據(jù)輸入與輸出引腳。

　　2.2、ATT7O26A簡(jiǎn)介

　　Am026A44個(gè)引腳.QFP44封裝，102個(gè)寄存器131。有功功率通過(guò)求瞬時(shí)功率代數(shù)均值獲得。分相、合相有功功率分別存人指定寄存器，供用戶(hù)讀取。無(wú)功功率是通過(guò)將電壓采樣信號(hào)作一90。相移.再求瞬時(shí)功率的代數(shù)均值獲得。分相、合相無(wú)功功率同樣提供給用戶(hù)。芯片中有電能累加寄存器，能夠提供分相、合相有功、無(wú)功電能，但不提供電網(wǎng)周期累加模式。芯片通過(guò)能量脈沖生成器，提供校表脈沖CF1和驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的低頻脈沖F1/F2。由于芯片提供電流和電壓有效值.

　　用戶(hù)也可用公式S=×，通過(guò)MCU計(jì)量分相、合相視在功率。有效值測(cè)量通過(guò)對(duì)電壓、電流的采樣數(shù)據(jù)求均方值實(shí)現(xiàn)。能夠同時(shí)計(jì)算6通道的有效值，結(jié)果存在指定的寄存器中供用戶(hù)讀取。此外，芯片不僅提供分相電流、電壓有效值.還提供三相電流、電壓矢量和的有效值。用戶(hù)可在指定寄存器中讀取。ATr7026A不具有中斷功能。芯片內(nèi)部集成了SPl串行通信接口，使用2條控制線和2條數(shù)據(jù)線。更新校表數(shù)據(jù)寄存器的命令字為：最高兩位是10，低6位是校表寄存器的地址;寫(xiě)特殊命令字操作f配合軟件校表1的命令字為：最高2位是l1，低6位是特殊命令字的類(lèi)型。芯片提供清校表數(shù)據(jù)、校表數(shù)據(jù)讀出、校表數(shù)據(jù)寫(xiě)使能、軟件復(fù)位共4種特殊命令。

　　2.3、CS5463簡(jiǎn)介

　　CS5463有24引腳，SSOP封裝，32個(gè)寄存器[41。采樣得到瞬態(tài)電壓和電流的數(shù)字量，把每對(duì)瞬態(tài)電壓和電流的數(shù)據(jù)相乘，得到瞬時(shí)有功功率的采樣值。每個(gè)A/D采樣周期后，新的瞬態(tài)功率采樣值就存入功率寄存器，Ⅳ個(gè)瞬時(shí)功率采樣值為一組，每組的值累加和用于計(jì)算以后放在能量寄存器中的數(shù)值，它與電路在Ⅳ個(gè)A/D轉(zhuǎn)換周期中的有功功率值成正比。同樣原理，電壓和電流有效值也利用最近的Ⅳ個(gè)瞬態(tài)電壓、電流采樣值計(jì)算，并可從RMS電壓和電流寄存器中讀出。視在功率可以在視在功率寄存器中直接讀取.也可以對(duì)E2輸出的與視在功率成正比的脈沖進(jìn)行計(jì)量得出。CS5463帶有中斷功能。中斷處理流程為：讀狀態(tài)寄存器一禁止所有中斷一轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷處理程序—將讀出的值寫(xiě)回，以清除狀態(tài)寄存器一重新開(kāi)中斷一從中斷處理程序中返回。CS5463的串行口包括4條控制線：孺、SDI、SDO、SCLK.如果片選直接與邏輯0相連接.則只需要3條線就可以完成串行口的操作。一個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸總是從向串行接口的SDI發(fā)送8位命令開(kāi)始，當(dāng)命令中包括一個(gè)寫(xiě)入操作時(shí)，在其后的24個(gè)SCLK周期內(nèi)，串口將持續(xù)從SDI引腳讀入串行數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)出一個(gè)讀取命令時(shí)，串口將根據(jù)發(fā)出的命令，在其后的8、l6、24個(gè)SCLK周期從SDO引腳上串行輸出寄存器內(nèi)容。

　　3、性能指標(biāo)比較

　　SA9904B，Am026A及CS5463都具有功能強(qiáng)大，軟件、硬件實(shí)現(xiàn)方便，計(jì)量精度高，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于電能測(cè)量控制領(lǐng)域。但在性能、指標(biāo)方面仍存在較大差別。

　　3.1、精度

　　(1)SA9904B符合IEC61036一級(jí)交流電能表的規(guī)定要求.符合IEC61268二級(jí)VAR時(shí)數(shù)電表的規(guī)定要求。RMS電壓的測(cè)量精度為1%.有功功率的測(cè)量精度為1.0級(jí)。適合做三相的有功和無(wú)功儀表。在做三相多功能表時(shí)測(cè)量精度有待加強(qiáng)。

　　(2)Am026A有功電能計(jì)量滿足1級(jí)、O.15級(jí)，符合IEC687/1036和GB/T1721521998標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)功電能計(jì)量滿足2級(jí)、3級(jí)，符合IEC1268和GB/T1788221999標(biāo)準(zhǔn)。有功、無(wú)功電能計(jì)量在1000：1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)誤差均小于O.1l%?？删_測(cè)量至含21次諧波的有功、無(wú)功和視在功率。電壓通道輸入10～1000mV時(shí)，有效值誤差小于015%。電流通道輸入2～l000mV時(shí)，有效值誤差小于0.15%。線電壓頻率測(cè)量范圍10—500Hz。

　　(3)CS5463CS5463的精度較高，符合IEC，ANSI。JIS工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。電能數(shù)據(jù)線性度在l000：l動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)為±0.1%.電能計(jì)量精度：在300：l動(dòng)態(tài)范圍以上每秒讀取0.1%：電壓測(cè)量精度：讀數(shù)的0.1%;電流測(cè)量精度：讀數(shù)的0.1%;瞬時(shí)功率測(cè)量精度：讀數(shù)的0.1%。

　　3.2、電氣參數(shù)

　　(1)SA9904B單+5V或±2.5V供電，DD=2.5V，一2.5V，=llmA，時(shí)鐘3.5795MHz，電流感應(yīng)輸入范圍一25-+251~A。

　　(2)Ar兀7026A單+5V供電，Do：3.0V，，衄=28mA，時(shí)鐘為24.576MHz，l，2.4V，電流、電壓通道最大輸入差分電壓±1.5V。

　　(3)CS5463單+5V或±2.5V供電，D2.5V，REF_2.4V，時(shí)鐘為4.096MHz，電流、電壓通道最大輸入差分電壓i-0.15V榪。

　　3.3、工作環(huán)境

　　(1)SA9904B其工作溫度范圍為一l0oC+70~C。

　　(2)A1TI7026A其工作溫度范圍為一40oC+85oC。

　　(3)CS5463其工作溫度范圍為一40oC+85oC。

　　3.4、運(yùn)算時(shí)間

　　(1)SA9904B內(nèi)部2個(gè)16位二階的∑一△D轉(zhuǎn)換器，以1.7897MHz的速度采樣。24位元暫存器在額定條件下于320采樣。

　　(2)ATr7026A16位A/D轉(zhuǎn)換器采樣速率3.2kHz，當(dāng)復(fù)位引腳低電平大于20s時(shí)，器件進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，功率寄存器、有效值寄存器、功率因數(shù)寄存器、電流電壓相角寄存器更新時(shí)間為1/3s，第一次上電需650ms才能有正確值。

　　(3)cs546324位△一調(diào)制器以S/s的速度進(jìn)行采樣。當(dāng)復(fù)位引腳低電平大于50ns時(shí)，芯片進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。溫度傳感器每560ms更新一次.狀態(tài)傳感器每4kHz更新一次.

　　3.5、計(jì)量參數(shù)

　　(1)SA9904B雙向有功與無(wú)功功率，電能測(cè)量，RMS電源電壓與頻率。

　　(2)ATF7026A分相/合相有功、無(wú)功功率，電能，分相/合相視在功率，功率因數(shù)，相角，線電壓頻率，分相/三相電壓、電流有效值。

　　(3)CS5463瞬時(shí)電壓，電流和功率;和，視在功率，有功和無(wú)功功率;有功的基波和諧波功;無(wú)功的基波功率，功率因數(shù)，頻率。

　　3.6、監(jiān)控能力

　　(1)SA9904B斷相，相序錯(cuò)誤故障檢測(cè)。

　　(2)AqTT026A電源，啟動(dòng)電流，功率反向監(jiān)控，相序/失壓，硬件端口檢測(cè)。　　(3)CS5463電源，功率反向監(jiān)控.欠流/過(guò)壓/欠壓，掉電監(jiān)測(cè)。

　　3.7、中斷參考文獻(xiàn)：

　　(1)SA9904B無(wú)中斷事件發(fā)生

　　(2)ATIT026A無(wú)中斷事件發(fā)生

　　(3)CS5463過(guò)壓、過(guò)流、電壓，電流有效值超出其范圍、電能超值、溫度/電壓/電流通道調(diào)制器檢測(cè)、欠壓或電力故障。

　　SA9904B，ATIT026A，CS5463等三相高精度電能計(jì)量芯片的原理，隨后比較了芯片的性能指標(biāo)。SA9904B提供有功、無(wú)功電能，但不提供視在功率和相角等參數(shù)，且測(cè)量精度不高;ATI'7026A提供各分相、合相參數(shù)，但不具有中斷功能：CS5463不但提供各種計(jì)量參數(shù)，而且提供中斷，可以從串行EEPROM智能“自引導(dǎo)”，不需要微控制器，更有低于12mW的超低功耗。在工程應(yīng)用中，用戶(hù)可以根據(jù)各芯片不同的性能指標(biāo)并結(jié)合實(shí)際需要合理選擇電能芯片。