多功能電力儀表計(jì)量芯片

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)有限公司開發(fā)的電能計(jì)量芯片，CS5463是美國 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、無功計(jì)量、視在功率／電能計(jì)量、有效值測量、中斷和SPI接口6個(gè)方面介紹芯片原理。

2．1 SA9904B簡介

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。每相位的有功與無功功率被積存于24位元暫存器。被測電路的電能或功率不直接提供給用戶，但是可以通過公式計(jì)算。計(jì)算每相的有功或無功電能：電能每計(jì)數(shù)= (VRATED×IRATED)／320 000；計(jì)算每相的有功或無功功率：功率=VRATED×IRATED×N／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，只能通過程序?qū)θ嘤泄﹄娔芮蠛?，或通過有功功率脈沖輸出F50計(jì)數(shù)。芯片內(nèi)的3個(gè)電壓暫存器包含各相位測得的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。

2．2 ATT7026A簡介

ATT7026A 44個(gè)引腳，QFP44封裝，102個(gè)寄存器翻。有功功率通過求瞬時(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。無功功率是通過將電壓采樣信號(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、無功電能，但不提供電網(wǎng)周期累加模式。芯片通過能量脈沖生成器，提供校表脈沖CFl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=VRMS×IRMS，通過MCU計(jì)量分相、合相視在功率。有效值測量通過對(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。