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亚博lol竞猜:电子式电能表专用芯片CS5460及其在电测外表中的运用

发布时间:2022-08-09 10:52:12 来源:亚博lol 作者:亚博网站版

  介绍了德国CIRRUS LOGIC公司推出的电子式电能表专用芯片CS5460的特色、操控方法、与输入信号微操控器的接口及其在电测外表中的运用。

  近年来,电子式电能表在世界、国内得到了敏捷推行。国外许多IC厂家不失时机地推出了各种电子式电能表专用芯片。现在,国内较为常用的单相电子式电能表芯片有德国CIRRUS LOGIC公司的CS5460、美国AD公司的AD7751和AD7755;三相电子式电能表专用芯片有美国ATMEL公司的AT73C500+AT73C501(AT73C502)等。它们的一起特色是:①高度集成(集成了ADC、电压基准、功率核算模块);高精度(丈量差错大多小于0.3%);②易接口(易于与微操控器或步进电机接口)。这些芯片为规划低成本、高功用的电子式电能表供给了十分抱负的解决方案。

  值得留意的是,在这些专用芯片中,有一些不只能够丈量功率、电能,并且能够丈量电压、电流等其它电量,如CS5460、AT73C500+AT73C501(AT73C502)等。而许多电测外表功用的完成都是以丈量功率、电能、电压、电流为根底的,如电力设备沟通阻抗测试仪、电力变压器归纳参数测试仪等。因而,假如拓宽思路,将这些电子式电能表专用芯片用于测外表产品的开发中,不只能够缩短产品开发周期,并且能大大提高产品的功用。笔者就运用CS5460成功地开发出了多功用电量监测仪。

  CS5460的功用操控是经过写指令字的方法完成的。这些8位长度的指令字包含“发动转化”、“同步调整”、“上电/暂停操控”、“掉电操控”、“校准操控和“寄存器读/写”等指令。CS5460内部有16个24位长度的用户可拜访的寄存器。对这些寄存器的拜访是依据填写在“寄存器读/写”指令中的地址进行的。这些寄存器包含“根本装备”、“电流、电压偏移校准”、“电流、电压增益校准”、“循环计数值N”、“电能/脉冲转化规范”、“前次转化的电流、电压、功率瞬时值”、“前个核算周期的电能、电流有用值、电压有用值”、“时基校准”、“状况”、“中止屏蔽”等寄存器。

  在CS5460接收到“发动转化”指令(设置为多核算循环方法)后,电能寄存器和电压、电流有用值寄存器内的数据,每N(N值在循环计数寄存器中设置)次A/D转化(等于一个核算周期)结束后更新一次。而电压、电流、功率瞬时值寄存器内的数据,则每一次A/D转化结束后便更新一次。应当留意是:CS5460的状况寄存器中的“DRDY”(数据有用)位,在每个核算周期(N次A/D转化结束)后才置位,一起在/INT引脚发生中止信号(当屏蔽寄存器的“DRDY”位未被屏蔽时),所以若让电压、电流、功率的瞬时值数据每更新一次就发生一个中止请求,需将循环计数寄存器的值N设为1.微操控器进行中止算是一般进程是:读CS5460状况寄存器→屏蔽中止→进行中止服务处理→将过程一读出的值写回CS5460状况寄存器(清状况位)→开中止→回来。

  CS5460的电流通道可与低功耗分流器或互感器接口;电压通道可与阻笥分压器或互感器接口。其电流通道的可编程增益放大器(PGA)的增益可设为10和50,别离对应于最大有用值为150mV和30mV的沟通信号输入;电压通道的最大有用值输入为150mV。因为CS5460的∑-型模/数转化器采有过采样原理,对高频噪声有较强的按捺八月,因而对输入信号无需进行杂乱的滤波器处理(引进阻容滤波电路反而简单引起相移)。

  图1是笔者在课题中选用的模拟信号输入电流。在图1中,PT为变比1:1的电流型电压互感器,CT为变比2000:1的电流互感器。取样电阻R1、R2、R5、R6的阻值由被测信号的最大值决议。经改换后的补测信号以差模电压的方式接到CS5460的模拟信号输入端。因为互感器角差的影响,或许形成输入信号的相移,使功率丈量的差错增大。而CS5460具有相位补偿功用(可进行-2.4°至+2.5°的相位补偿,步进0.34°),能够大大减小互感器角差的影响。

  CS5460有四条串行接口线:/CS、SDI、SDO和SCLK。/CS为片选操控线,低电平有用;SDI为串行数据输入线;SDO为串行数据输出线;SCLK为串行时钟,用于操控CS5460与微操控器之间数据传输同步。

  每次数据读/写操作都要经过SDI引脚写入一个8位的指令字节,该操作需求8个SCLK时钟周期。假如写入的是“寄存器读/写”指令,那么接下来应经过SDI引脚写入24位数据或经过SDO引脚输出8、16、24位数据。SCLK时钟周期的个数由数据位数决议。应当留意的是,在经过SDO引脚读取数据的时分,有必要一起向SDI引脚写入与8、16、24位数据巨细相对应的1、2、3个空操作(NOP)指令字节(0xFE)。

  多功用电量检测仪是笔者研发的供电部分作业人员运用的便携式仪器,它能在不断电不拆线的情况下现场查验单相机械式电能表的精度,一起还能检测回路的电压、电流、有功功率、功率因数和频率,是进行用电督查、供电质量监测的抱负东西。考虑到CS5460的根本功用与该仪器的功用有许多相似之处,如丈量电压有用值、电流有用值、有功功率和电能,并且将CS5460的根本功用加以变通运用,还能够派生出一些其它功用,如测取频率和功率因数。咱们在该仪器中选用了CS5460作为其间心。

  该仪器由互感器电路及流/压改换电路将回路的电压、电流信号别离改换为最大有用值为150mV和30mV(将CS5460电流通道的PGA增益设为50)的小电压信号。CS5460测取电压有用值、电流有用值、有功功率、电能、电压瞬时值后,出单片机进行数据处理。该仪器中的EEPROM存有各个电量的系数(从CS5460读取的数据乘以系数才是终究成果)以及校验电能表时设定的转盘圈数和电能表常数。电源芯片AMX756供给+5V的仪器作业电压。

  在该仪器中,将CS5460的作业时钟MCLK选定为4.096MHz,分频系数K设为1,循环计数寄存器的N值设为4000,则一个根本的核算周期为1024×N)/(MCLK/K)=1s。

  电压、电流有用值可直接从电压有用值寄存器、电流有用值寄存器中读取。而因为核算周期设为1s,电能寄存器中的电能值即为有功功率值,因而有功功率值可直接从电能寄存器中读出。功率因数可由公式COSφ=P/(UI)得出。

  将循环计数寄存器的N值改变为1,此刻电压、电流瞬时值数据的改写率为4000Hz,这就为经过软件进行信号过零判别发明了条件。频率丈量的具体方法是:经过一个过零函数来记载电压信号正向过零次数,并一起记下读取数据次数,假如取10个周期的均匀时刻为实测周期时刻,那么当记到第11次正向过零时,停下来算出每个周期内读取数据次数,默许两次读取数据的时刻差为250μ,便可算出频率。

  其间,E为电能表转盘转过设定圈数所用时刻(靠两次按键来确认)中的电能累计值,单位为焦耳。将循环计数寄存器的N值改设为40,则此刻电能寄存器数据改写周期为10ms,即能够每10ms从电能寄存器中读取数据并在单片机中累加。因为一次按键的时刻为20~30ms,并考虑到人为因素形成的计时差错,则因电能寄存器数据改写时刻距离所引起的计数差错是能够疏忽的。

  本文介绍的以CS5460为中心的多功用电量检测仪已于2000年6月经过陕西省计量局的技术鉴定,其电压、电流、有功功率、电能的丈量精度均到达0.2级规范,频率丈量差错小于0.02Hz,完全能满意现场运用要求。


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