基于CSE7780設(shè)計的智能節(jié)能插座
本設(shè)計由計量模塊、顯示模塊和控制模塊三部分組成(見圖1),本文將對關(guān)鍵的計量模塊設(shè)計進(jìn)行重點講述。
圖1:基于CSE7780智能插座系統(tǒng)框圖
1、計量功能設(shè)計
本系統(tǒng)采用的是CSE7780,該芯片能夠提供有功功率、有功能量、電流有效值、電壓有效值、線頻率、過零中斷等功能,提供全數(shù)字增益、相位、偏置電流校準(zhǔn),有功能量脈沖從PF管腳輸出。此外,CSE7780提供一個SPI串行接口,可以與外部MCU進(jìn)行通信,而且內(nèi)部具有電源監(jiān)控電路,可以保障芯片的正常作。
如圖2所示,本系統(tǒng)計量包括電流、電壓采樣兩部分。
(1)電流信號采樣
電流采樣電路中,電流流經(jīng)錳銅分流器時會在計量芯片的電流采樣通道上產(chǎn)生一個壓降,不同的電流信號在分流器上形成的壓降不同,計量芯片通過采集在分流器上形成的電壓信號,從而實現(xiàn)了對電流信號的采集。
(2)電壓信采樣
電壓采樣通常是采集的是零線上的信號,由于電壓信號較大,本系統(tǒng)設(shè)計直接通過電阻網(wǎng)絡(luò)降壓的方式實現(xiàn)對電壓信號的采樣。
圖2:基于CSE7780智能插座的計量電路
2、顯示模塊設(shè)計
本系統(tǒng)設(shè)計方案的顯示部分采用的液晶驅(qū)動控制芯片為HT1621,該液晶驅(qū)動能夠4*32的液晶段碼,完全能夠滿足顯示驅(qū)動的要求,可顯示電量、電壓有效值、電流有效值、有功功率等信息。
3、電源模塊
從產(chǎn)品的空間因素方面考慮,本系統(tǒng)設(shè)計的電源采用了非隔離電源,該電源電路能夠提供大約60mA的電流。
智能插座軟件設(shè)計
1、電參數(shù)的計算
以設(shè)計一塊額定電壓220V(Un)、10 (60) A電流規(guī)格、常數(shù)1600imp/KWh插座為例,由于電流輸入通道允許輸入最大信號為±700mV的峰峰值(有效值為495mVrms),10(60)A的表考慮到通道A發(fā)熱的情況,可選擇200~250μΩ的錳銅,若以250μΩ的錳銅來采樣,在Imax=60A時,通道A的采樣信號為60A*250μΩ=15mV.由于電流通道A的允許最大輸入信號為495mV,因此電流通道的增益選擇可配置成16,通道B采用2500:1的互感器;負(fù)載電阻10Ω,電流通道B增益設(shè)置為1.電壓通道允許最大輸入信號為±700mV的峰峰值,考慮到電壓會有130%Un過壓,可將電壓采樣信號通過網(wǎng)絡(luò)電阻將220V交流電壓信號降至220mV左右,電壓通道增益選擇為1.
通過上述的論述,我們需將電流通道A的增益設(shè)置為16,電壓通道的增益設(shè)置為1,因此SYSCON寄存器應(yīng)設(shè)置為0080H.
CSE7780寄存器的配置流程如圖3所示。
圖3:CSE7780寄存器的參數(shù)配置流程圖
2、HFConST寄存器的設(shè)置
常數(shù)EC為1600imp/KWh;Vu=0.22V;Vi=10A*0.00025Ω*16=40mV;EC=1600;Un=220V;
Ib=10A.根據(jù)公式HFConst= INT[39.3143*Vu*Vi*10^11/(EC*Un*Ib)]可得HFConst=2664H,因此寫入HFConst寄存器的值應(yīng)為2664H.
3、其他計量控制寄存器配置
啟動電流的配置。在Un、Ib的情況下,有功功率寄存器PowerA的數(shù)值為1A375D7H,按照要求在0.4%Ib的情況下能夠正常啟動,則Pstar寄存器可配置為0.2%Ib有功功率對應(yīng)的數(shù)值Pstar=00D6H(Pstart對應(yīng)的是PowerA的高24位,計算出的Pstart是16‘h00D6)。
能量累加模式的配置。由于需要計量正反有功能量,因此我們須將能量累加模式配置成正反向功率都參與累加,累加方式是代數(shù)和方式,負(fù)功率有REVQ符號指示,使能PF脈沖輸出及有功電能寄存器累加,即可將EMUCON配置為0001H.
4、校表寄存器的配置
(1)有功校正
a、功率增益校正
在輸入信號為Un、Ib的情況下,從校表臺獲得通道A的誤差為err,則公式1.如果Pgain>=0,則GPQA=INT[Pgain*2^15],反之若Pgain=0,PHSA =INT(θ/0.02^0);如果θ
圖4:基于CSE7780的智能節(jié)能插座系統(tǒng)主程序流程圖
本文小結(jié)
基于CSE7780的智能節(jié)能插座目前已經(jīng)獲得多家企業(yè)的成功批量應(yīng)用。該節(jié)能插座經(jīng)過測試,其系統(tǒng)顯示出良好的控制效果,能夠靈敏地檢測到負(fù)載是否過載及待機的狀態(tài),有效保護(hù)電器的安全,受到此類產(chǎn)品制造商的青睞,并開始批量銷往海外。