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基于CS5463的高速功率計算

作者: 時間:2010-08-08 來源:網(wǎng)絡 收藏

可以通過使用低成本的分壓電阻器或電壓互感器測量電壓,使用分流器或電流互感器測量電流。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/195364.htm

  從而計算出有功功率,因此該電路特別適用于開發(fā)單相2線、3線用電表。與上代的5460相比,還能提供視在功率、無功功率等多種參數(shù)計算,可滿足設計者的多方面需求。此外,CS片內還帶有溫度傳感器,有助于設計者調整溫度漂移誤差,提高測量精度。

  CS5463的主要特點:
  (1)電能數(shù)據(jù)在1000:l動態(tài)范圍內的線性度為±0.1%;
  (2)精確測量瞬時電壓、電流、功率以及電壓、電流有效值;
  (3)計算視在、有功和無功功率,基波有功、諧波功率和功率因數(shù);
  (4)電能/脈沖轉換功能;
  (5)低功耗(小于12 mW);
  (6)單電源地參考信號;
  (7)內置電源監(jiān)視器;
  (8)從串行EEPROM“自引導”,可以不用微控制器;
  (9)簡單的3線數(shù)字串行接口;
  (10)優(yōu)化的分流電阻器的輸入接口;
  (11)帶有溫度傳感器;
  (12)具有機械計數(shù)器/步進電機的驅動器

  CS5463由2個可編程增益放大器、2個△-∑調制器、配套的高速濾波器、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,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。

  引腳功能
  VA+/VA-:正負模擬電源,+5 V/0 V或+2.5 V/-2.5 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±250mV;
  IIN+/IIN-:電流通道的差模模擬輸入,范圍是±50 mV(PGA設置為50×時);
  VREFIN/VREFOUT:參考電壓輸入/輸出,為片上調制器提供參考電壓及其輸出,通常為2.5 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的工作原理

  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、電能計算之前除去電壓和電流信號中的直流成分。

  濾波后的瞬態(tài)電壓和電流的數(shù)字量將進行偏移量和增益調整,這是基于DC偏移量寄存器(加法運算)和增益寄存器(乘法運算)的調整。調整后的24位瞬態(tài)數(shù)據(jù)采樣值將存入瞬態(tài)電壓和電流寄存器,用戶可以通過串口從中讀出采樣數(shù)據(jù)。

  以有功功率的計算為例,采樣得到瞬態(tài)電壓和電流的數(shù)字量,把每對瞬態(tài)電壓和電流的數(shù)據(jù)相乘,得到瞬時有功功率的采樣值。每個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個瞬時功率采樣值為一組,每組的值累加和用于計算以后放在能量寄存器中的數(shù)值,它與電路在N個A/D轉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個瞬態(tài)電壓、電流采樣值計算,并可從RMS電壓和電流寄存器中讀出。

  CS5463的串行接口使用了包括2條控制線CS、SCLK和2條數(shù)據(jù)線SDI、SDO的外接方式。串行接口集成了帶有發(fā)送、接收緩沖器的狀態(tài)機,狀態(tài)機在SCLK的上升沿解析8位命令字,根據(jù)對命令的解碼執(zhí)行相應的操作,或者為被尋址的寄存器的數(shù)據(jù)傳輸做準備,內部寄存器都是24位。讀操作需將被尋址的內部寄存器的數(shù)據(jù)傳送到發(fā)送緩沖區(qū);寫操作在數(shù)據(jù)傳輸前要等24個SCLK周期。

  所有的命令字長度均為1個字節(jié)。寫寄存器命令后必須緊跟1、2或3個字節(jié)的寄存器數(shù)據(jù);讀寄存器命令則發(fā)出3字節(jié)的寄存器數(shù)據(jù)。

  數(shù)據(jù)的讀和寫通過向串口SDI引腳寫入相應的8位命令字(高位在前)來啟動。當命令包含寫操作時,串口將在下面24個SCLK周期記錄SDI引腳的數(shù)據(jù)(從高位開始)。寄存器寫指令后必須跟24位的數(shù)據(jù),一旦收到數(shù)據(jù),狀態(tài)機便將數(shù)據(jù)寫入配置寄存器,然后等待下一個命令。啟動讀命令后,串口將在下8個、16個或24個SCLK周期啟動SDO引腳上的寄存器進行內容轉移(從高位開始),寄存器讀指令可以終止在8位的邊界上。讀寄存器時,微控制器可以同時發(fā)送新指令,并立即執(zhí)行新指令,同時終止讀操作。 

  CS5463的典型應用

  首先在線路上串、并聯(lián)適當阻值的分壓和分流電阻器,對從電阻器上采樣的電壓信號進行濾波,圖中對稱的阻容濾波器更有助于減小電磁干擾,最后得到符合要求的電壓信號,送入電路進行實時計算。CS5463提供了數(shù)字校準,用戶通過設置校準命令字中的相應位來決定執(zhí)行哪種校準。對于電壓和電流通道,都有AC校準和DC校準。

  該電路中用于監(jiān)測電流的分流電阻器串聯(lián)在電源的火線端,因為在大多數(shù)住宅電能測量應用中,電度表分流器接在火線上有助于發(fā)現(xiàn)竊電行為。從這種類型的分流電阻器得到的共模輸入電壓應以火線電壓為參考.這意味著CS5463的輸入共模電壓相對于地電位會在很高的正電壓和負電壓之間振蕩。因此,在設計CS5463的數(shù)字輸出接口與外部數(shù)字接口(如其他通信網(wǎng)絡)時應謹慎。

  CS5463的數(shù)字串行接口引腳必須與外部數(shù)字接口隔離,使測量端的參考地電位與外部接口地參考地電位不相互影響,另外,CS5463及其電路必須密封絕緣以防觸電。

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關鍵詞: 5463 CS 功率計算

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