電能計(jì)量芯片匯總

1、電能計(jì)量 SA9904B,1 引言新型集成芯片不僅精確度高，而且硬件軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單性價(jià)比高1 引言新型集成芯片不僅精確度高，而且硬件軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高。著重介紹 SA9904B ，ATT7026A 及 CS5463 3 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， ATY7026A 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口的單相雙向功率電能計(jì)量集成電路 芯片。這三者都用于三相多功能電能計(jì)量，均適用

2、于三相三線制的具有 50 Hz 或 60 Hz 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)方面介紹芯片 原理。 21 SA9904B 簡(jiǎn)介SA9904B有20個(gè)引腳，PDIP封裝，12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10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

3、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，但是可以通過(guò)公式 計(jì)算。計(jì)算每相的有功或無(wú)功電能：電能每計(jì)數(shù) =（VRATE滋IRATED） /320 000 ;計(jì)算每相的有功或無(wú)功功率： 功率=VRATEI IRATEDXN /INTTIME /320 000。其中： VRATED 為電表的額定電源電壓， IRATED 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（單 位為秒 ）。若要求合相有功電能，只能通過(guò)程序?qū)θ嘤泄﹄娔芮蠛?，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

4、的 RMS 電 壓值用戶可以直接從暫存器中讀取。 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（串行時(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) （微控器發(fā)送的 ）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。 22 ATT7026A 簡(jiǎn)介ATT7026A 44個(gè)引腳， QFP44

5、 封裝， 102個(gè)寄存器翻。 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入指定寄存器，供用戶讀取。 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。 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CFI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，用戶也可用公式 S=VRMXSIRMS ，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

6、的有效值， 結(jié)果存在指定的寄存器中供用戶讀取。 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，用戶可在指定寄存 器中讀取。 ATT7026A 不具有中斷功能。芯片內(nèi)部集成了 SPI 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； 寫特殊命令字操作 (配合軟件校表 )的命令字為： 最高2位是 11，低 6位是特殊命令字的類型。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)寫使能、軟件復(fù)位共 4 種特殊命令。23 CS5463 簡(jiǎn)介CS5463 有 24 引腳， SSOP 封裝，32

7、個(gè)寄存器。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， N 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N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 N 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-禁止所有中斷一

8、轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷處理程序 一將讀出的值寫回，以 清除狀態(tài)寄存器重新開(kāi)中斷從中斷處理程序中返回。CS5463的串行口包括 4條控制線：CS、SDI、SDO、SCLK，如果片選CS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、16、24個(gè)SCLK周期從SD0引腳上串行輸 出寄存器內(nèi)容。3 性能指標(biāo)比較SA9904B ， ATT7026A 及 CS5463 都具有功

9、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。31 精度(1) SA9904B 符合 IEC 61036 一級(jí)交流電能表的規(guī)定要求，符合 IEC 61268 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 10 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) ATT7026A 有功電能計(jì)量滿足 1 級(jí)、 015 級(jí)。符合 IEC6871036 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 /T1

10、788221999標(biāo)準(zhǔn)。有功、無(wú)功電能計(jì)量在 1000 : l的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)誤差均小 于 O11 。可精確測(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101 000 mV時(shí)，有效值誤差小于叭5 %。電流通道輸入21000 mV時(shí)， 有效值誤差小于 015%。線電壓頻率測(cè)量范圍 10500 Hz。(3) CS5463 CS5463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 1000： 1 動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)為±01%，電能計(jì)量精度：在 300： 1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O. 1%;電流測(cè)量精度：讀數(shù) 的 01%：瞬時(shí)功率測(cè)量

11、精度：。讀數(shù)的 01%。32 電氣參數(shù)SA9904B 單±5V 或±2. 5 V 供電，VDD=2 . 5 V, VSS= 2 . 5 V, IDDmax=11 mA，時(shí)鐘3 . 5795 MHz，電流感應(yīng)輸入范圍一 25+25譏。(2) ATT7026A 單+5 V 供電，VDD=3 . OV, IDDmax=28 mA，時(shí)鐘為 24 .576 MHz，VRER=2 . 4V，電流、電壓通道最大輸入差分電壓 ±1 5 V。(3) CS5463 單 +5 V 或土 2.5/ 供電，VDD=2 . 5 V，VREF=2.4 V，時(shí)鐘為 4. 096MHz，電流、電壓

12、通道最大輸入差分電壓 ±o. 15V。3 3 工作環(huán)境(1) SA9904B 其工作溫度范圍為一 10 C +70 C。(2) ATT7026A 其工作溫度范圍為一 40 C +85 C。(3) CS5463 其工作溫度范圍為一 40C+85C。3. 4 運(yùn)算時(shí)間(1) SA9904B 內(nèi)部2個(gè)16位二階的！一厶A/D轉(zhuǎn)換器，以1 . 7 897 MHz 的速度采樣。 24 位元暫存器在額定條件下于 320Ks 采樣。ATT7026A 16位A/D轉(zhuǎn)換器采樣速率3. 2 kHz .當(dāng)復(fù)位引腳低電平大 于20 s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

13、相角寄存器更新時(shí)間為1/3 s，第一次上電需650 ms才能有正確值。(3)CS5463 24位一刀調(diào)制器以MCLK/8S/s的速度進(jìn)行采樣。當(dāng)復(fù)位引 腳低電平大于 50 ns 時(shí)，芯片進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，溫度傳感器每 560 ms 更新一次， 狀態(tài)傳感器每 4 kHz 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) ATT7026A 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；IRMS和VRMS，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。36 監(jiān)控能力(1) SA9904B 斷相/相序錯(cuò)誤故障檢測(cè)。(2) ATY7026A 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(1) SA9904B 無(wú)中斷事件發(fā)生(2) ATT7026A 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。4 結(jié)語(yǔ)著重介紹了 SA9904B ， ATT7026A ， CS