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正文內(nèi)容

基于cs5463的新型多功能電能表電路設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-07-20 14:40 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 率、IRMS和VRMS,可用于研制開(kāi)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(lái)測(cè)量電流,并使用分壓電阻或電壓互感器來(lái)測(cè)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(zhǔn)功能。其“自引導(dǎo)”的特點(diǎn)使得CS5463能獨(dú)自工作,并在系統(tǒng)上電后自動(dòng)初始化。在自引導(dǎo)模式,CS5463可從一個(gè)外部EEPROM中讀取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和啟動(dòng)指令。使用該模式,CS5463在工作時(shí)不需要外加微控制器,因此,當(dāng)電表用于大批量住宅電能測(cè)量時(shí),可降低電表的成本。CS5463可以提供瞬時(shí)電壓/電流/功率數(shù)據(jù)采樣及有功能量、IRMS、VRMS的周期計(jì)算結(jié)果。為適應(yīng)低價(jià)測(cè)量應(yīng)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(cè)量進(jìn)行了優(yōu)化,適合于與分流器或電流互感器相連來(lái)測(cè)量電流,并與分壓電阻或電壓互感器相連來(lái)測(cè)量電壓。為適應(yīng)不同電平的輸入電壓,CS5463的電流通道集成有一個(gè)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(yīng)177。250 mV的輸入電壓范圍。對(duì)于VA+和VA兩端接單+5 V電源的情況,~+5 V。另外,設(shè)計(jì)時(shí),還可以在某一個(gè)通道或兩個(gè)通道實(shí)現(xiàn)雙端差模輸入,此時(shí),其輸入信號(hào)的共模電壓將加在AGND上。CS5463每通道都有一個(gè)高速數(shù)字濾波器,可將兩個(gè)△∑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(gè)簡(jiǎn)單的三線串行接口。該串口與SPITM和Micro wireTM標(biāo)準(zhǔn)兼容。串口的串行時(shí)鐘(SCLK)和RESET引腳內(nèi)包含有一個(gè)施密特觸發(fā)器,故可允許使用上升速度較慢的信號(hào)。CS5463的主要特性如下:1)在1000:1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi),其電能數(shù)據(jù)的線性度為177。%;2)可以測(cè)量瞬時(shí)電壓、電流和功率,包括IRMS和VRMS、視在功率、有功和無(wú)功功率以及有功的基波和諧波功率、無(wú)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(zhǔn)和相位補(bǔ)償功能;5)帶有溫度傳感器;6)具有兩種無(wú)功計(jì)算方式;7)可以從串行EEPROM智能“自引導(dǎo)”,而不需要微控制器;8)可AC或DC系統(tǒng)校準(zhǔn);9)具有機(jī)械計(jì)度器/步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器;10)符合IEC687/1036,JIS工業(yè)標(biāo)準(zhǔn);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(hào);14) V參考電壓(最大溫漂為25ppm/℃);15)帶有簡(jiǎn)單的三線數(shù)字串行接口;16)內(nèi)帶電源監(jiān)視器。CS5463計(jì)量芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)CS5463的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,它由2個(gè)可編程增益放大器、2個(gè)△∑調(diào)制器、配套的高速濾波器、功率計(jì)算引擎、偏置和增益校正、功率監(jiān)測(cè)、串行接口及相應(yīng)功能寄存器等組成。2個(gè)可編程放大器采集電壓和電流數(shù)據(jù),△∑調(diào)制器對(duì)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(hào),功率計(jì)算引擎計(jì)算各類型的功率,電壓、電流,并將計(jì)算的功率值通過(guò)串行接口對(duì)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(hào)輸出模塊,可以直接外接計(jì)數(shù)器或步進(jìn)電機(jī),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(jì)量芯片的引腳功能VA+/VA:正負(fù)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(shè)置為50時(shí));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(dǎo)模式;RESET/INT:復(fù)位及中斷;CS:片選信號(hào),為低電平時(shí),端口可識(shí)別串行時(shí)鐘等信號(hào)。SCLK:串行時(shí)鐘輸入,該時(shí)鐘信號(hào)確定SDI、SDO的輸入/輸出速率,只在CS低電平時(shí)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(guān)系的脈沖,3個(gè)引腳分別對(duì)應(yīng)有功功率、視在功率和無(wú)功功率。CS5463計(jì)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(hào)送入可編程PGA進(jìn)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(jié)果再進(jìn)行高速數(shù)字濾波,得到符合要求的數(shù)字信號(hào)。電壓輸入通道采用二階△∑調(diào)制器,高速濾波器由一個(gè)固定的Sinc2濾波器實(shí)現(xiàn);電流通道采用四階△∑調(diào)制器,并用一個(gè)Sinc4濾波器實(shí)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(shí)現(xiàn)電流通道的精確測(cè)量。2個(gè)通道的數(shù)據(jù)接著通過(guò)2個(gè)FIR補(bǔ)償濾波器來(lái)補(bǔ)償通過(guò)低通濾波器后產(chǎn)生的幅值損耗。另外,2個(gè)通道都提供了一個(gè)可選的高通濾波器(HPF),它可以在有效值、電
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