基于cs5463的新型多功能電能表電路設計(編輯修改稿)
2025-07-20 14:40 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 率、IRMS和VRMS，可用于研制開發(fā)單相2線或3線電表。CS5463可以使用低成本的分流器或電流互感器來測量電流，并使用分壓電阻或電壓互感器來測量電壓。CS5463具有與微控制器通訊的雙向串口，其芯片的脈沖輸出頻率與有功能量成正比。CS5463具有方便的片上AC／DC系統(tǒng)校準功能。其“自引導”的特點使得CS5463能獨自工作，并在系統(tǒng)上電后自動初始化。在自引導模式，CS5463可從一個外部EEPROM中讀取校準數(shù)據(jù)和啟動指令。使用該模式，CS5463在工作時不需要外加微控制器，因此，當電表用于大批量住宅電能測量時，可降低電表的成本。CS5463可以提供瞬時電壓／電流／功率數(shù)據(jù)采樣及有功能量、IRMS、VRMS的周期計算結果。為適應低價測量應用，CS5463也能在給定引腳上輸出脈沖串，輸出的脈沖數(shù)與有功能量寄存器的數(shù)值成正比。CS5463專為功率測量進行了優(yōu)化，適合于與分流器或電流互感器相連來測量電流，并與分壓電阻或電壓互感器相連來測量電壓。為適應不同電平的輸入電壓，CS5463的電流通道集成有一個增益可編程放大器(PGA)，它可使輸入電平滿量程選擇為177。250 mVRMS或177。50 mVRMS。電壓通道的PGA可適應177。250 mV的輸入電壓范圍。對于VA+和VA兩端接單+5 V電源的情況，~+5 V。另外，設計時，還可以在某一個通道或兩個通道實現(xiàn)雙端差模輸入，此時，其輸入信號的共模電壓將加在AGND上。CS5463每通道都有一個高速數(shù)字濾波器，可將兩個△∑調(diào)制器的輸出衰減10倍并積分。濾波器以(MCLK／K)／1024的字輸出速率(OWR)輸出24位數(shù)據(jù)。為了方便與外部微控制器通訊，CS5463集成有一個簡單的三線串行接口。該串口與SPITM和Micro wireTM標準兼容。串口的串行時鐘(SCLK)和RESET引腳內(nèi)包含有一個施密特觸發(fā)器，故可允許使用上升速度較慢的信號。CS5463的主要特性如下：1）在1000：1的動態(tài)范圍內(nèi)，其電能數(shù)據(jù)的線性度為177。％；2）可以測量瞬時電壓、電流和功率，包括IRMS和VRMS、視在功率、有功和無功功率以及有功的基波和諧波功率、無功的基波功率、功率因數(shù)、頻率等；3）具有電能脈沖轉(zhuǎn)換功能；4）具有系統(tǒng)校準和相位補償功能；5）帶有溫度傳感器；6）具有兩種無功計算方式；7）可以從串行EEPROM智能“自引導”，而不需要微控制器；8）可AC或DC系統(tǒng)校準；9）具有機械計度器／步進電機驅(qū)動器；10）符合IEC687／1036，JIS工業(yè)標準；11）功耗12mW；12）帶有優(yōu)化的分流器接口；13）帶有單電源地參考信號；14） V參考電壓(最大溫漂為25ppm/℃)；15）帶有簡單的三線數(shù)字串行接口；16）內(nèi)帶電源監(jiān)視器。CS5463計量芯片的內(nèi)部結構CS5463的內(nèi)部結構框圖如圖1所示，它由2個可編程增益放大器、2個△∑調(diào)制器、配套的高速濾波器、功率計算引擎、偏置和增益校正、功率監(jiān)測、串行接口及相應功能寄存器等組成。2個可編程放大器采集電壓和電流數(shù)據(jù)，△∑調(diào)制器對模擬量采樣處理，高速數(shù)字低通或可選的高通濾波器濾取可用電壓電流數(shù)字信號，功率計算引擎計算各類型的功率，電壓、電流，并將計算的功率值通過串行接口對外輸出，既可以接EEPROM，也可以接微控制器。該電路還有能量脈沖信號輸出模塊，可以直接外接計數(shù)器或步進電機，從而省去微控制器而直接外送用電量，降低電表類產(chǎn)品的成本。CS5463計量芯片的引腳功能VA+/VA：正負模擬電源，+5 V/0 V或+ V/ V供電；VD+/DGND：數(shù)字電源和數(shù)字地，+5V/0V供電；PFMON：掉電監(jiān)視器，監(jiān)視模擬電源狀況。VIN+/VIN：電壓通道的差模模擬輸入，范圍是177。250mV；IIN+/IIN：電流通道的差模模擬輸入，范圍是177。50 mV(PGA設置為50時)；VREFIN/VREFOUT：參考電壓輸入/輸出，為片上調(diào)制器提供參考電壓及其輸出， V。MODB模式選擇，用于配置CS5463自引導模式；RESET/INT：復位及中斷；CS：片選信號，為低電平時，端口可識別串行時鐘等信號。SCLK：串行時鐘輸入，該時鐘信號確定SDI、SDO的輸入/輸出速率，只在CS低電平時有效；SDI/SDO：串行數(shù)據(jù)輸入/輸出；E1/E2/E3(EOUT)：能量輸出，輸出低電平有效、頻率和能量成比例關系的脈沖，3個引腳分別對應有功功率、視在功率和無功功率。CS5463計量芯片的工作原理 輸入濾波 電壓和電流通道的輸入模擬信號送入可編程PGA進行增益放大，放大后由△∑調(diào)制器以一定的采樣速度采樣，采樣的結果再進行高速數(shù)字濾波，得到符合要求的數(shù)字信號。電壓輸入通道采用二階△∑調(diào)制器，高速濾波器由一個固定的Sinc2濾波器實現(xiàn)；電流通道采用四階△∑調(diào)制器，并用一個Sinc4濾波器實現(xiàn)，與電壓通道的范圍相比，可以在輸入跨度更大的情況下實現(xiàn)電流通道的精確測量。2個通道的數(shù)據(jù)接著通過2個FIR補償濾波器來補償通過低通濾波器后產(chǎn)生的幅值損耗。另外，2個通道都提供了一個可選的高通濾波器(HPF)，它可以在有效值、電
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