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yimo2012

2012-02-01 11:17

基于CS5463的新型多功能電能表電路設(shè)計

引言
　　
　　傳統(tǒng)感應(yīng)式電能表用其結(jié)構(gòu)和原理上的制約，通常存在著測量范圍小，穩(wěn)定性差，精度低等缺點而不能適應(yīng)社會發(fā)展的需要。隨著微電子技術(shù)和單片機的發(fā)展和普及，新型智能化測控技術(shù)迅速發(fā)展。以單片機為核心的電子式電能表顯示了其明顯的優(yōu)勢。本文采用單片機作為儀表的主控制器，并由CirrusLogic公司的電能計量芯片負責(zé)采集數(shù)據(jù)，因而具有性價比高，抗干擾能力強，測量精度高等優(yōu)點。
　　
　　1、電路工作原理
　　
　　本設(shè)計采用開關(guān)穩(wěn)壓電源，將220V交流市電整流穩(wěn)壓為模擬、數(shù)字兩路+5V電壓，為整個電表電路供電。該系統(tǒng)通過電流互感器檢測電流信號，而通過分壓電阻采集電壓信號，然后將其送入單相功率／電能集成芯片CS5463內(nèi)，并在片內(nèi)完成信號采樣、計算和誤差校正等。整個過程在單片機PLC916控制下進行。其原理框圖如圖1所示。
　　
　　2、專用計量芯片CS5463
　　
　　CS5463是內(nèi)含兩個△∑模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、高速電能計算功能和一個串行接口的高集成△∑模—轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器。它可以精確測量和計算有功電能、瞬時功率、無功功率、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(dǎo)”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(dǎo)模式，CS5463可從一個外部EEP-ROM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(jié)果。為適應(yīng)低價測量應(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(yīng)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±250mVRMS或±50mVRMS。電壓通道的PGA可適應(yīng)±250mV的輸入電壓范圍。對于VA+和VA-兩端接單+5V電源的情況，兩個通道的差模輸入引腳間所加的共模信號電壓為-0.25~+5V。另外，設(shè)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MicrowireTM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：