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基于CS5463的新型多功能電能表電路設計
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時(shí)間：2010-06-18
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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0 引言
傳統感應式電能表用其結構和原理上的制約，通常存在著(zhù)測量范圍小，穩定性差，精度低等缺點(diǎn)而不能適應社會(huì )發(fā)展的需要。隨著(zhù)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Cirrus Logic公司的電能計量芯片負責采集數據，因而具有性?xún)r(jià)比高，抗干擾能力強，測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。
1電路工作原理
本設計采用開(kāi)關(guān)穩壓電源，將220 V交流市電整流穩壓為模擬、數字兩路+5 V電壓，為整個(gè)電表電路供電。該系統通過(guò)電流互感器檢測電流信號，而通過(guò)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，并在片內完成信號采樣、計算和誤差校正等。整個(gè)過(guò)程在單片機PLC916控制下進(jìn)行。其原理框圖如圖1所示。
2 專(zhuān)用計量芯片CS5463
CS5463是內含兩個(gè)△∑模-數轉換器(ADC)、高速電能計算功能和一個(gè)串行接口的高集成△∑模―轉轉換器。它可以精確測量和計算有功電能、瞬時(shí)功率、無(wú)功功率、IRMS和VRMS，可用于研制開(kāi)發(fā)單相2線(xiàn)或3線(xiàn)電表。CS5463可以使用低成本的分流器或電流互感器來(lái)測量電流，并使用分壓電阻或電壓互感器來(lái)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系統校準功能。其“自引導”的特點(diǎn)使得CS5463能獨自工作，并在系統上電后自動(dòng)初始化。在自引導模式，CS5463可從一個(gè)外部EEP-ROM中讀取校準數據和啟動(dòng)指令。使用該模式，CS5463在工作時(shí)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(shí)，可降低電表的成本。
CS5463可以提供瞬時(shí)電壓／電流／功率數據采樣及有功能量、IRMS、VRMS的周期計算結果。為適應低價(jià)測量應用，CS5463也能在給定引腳上輸出脈沖串，輸出的脈沖數與有功能量寄存器的數值成正比。CS5463專(zhuān)為功率測量進(jìn)行了優(yōu)化，適合于與分流器或電流互感器相連來(lái)測量電流，并與分壓電阻或電壓互感器相連來(lái)測量電壓。為適應不同電平的輸入電壓，CS5463的電流通道集成有一個(gè)增益可編程放大器(PGA)，它可使輸入電平滿(mǎn)量程選擇為±250 mVRMS或±50 mVRMS。電壓通道的PGA可適應±250 mV的輸入電壓范圍。對于VA+和VA-兩端接單+5 V電源的情況，兩個(gè)通道的差模輸入引腳間所加的共模信號電壓為-0.25~+5 V。另外，設計時(shí)，還可以在某一個(gè)通道或兩個(gè)通道實(shí)現雙端差模輸入，此時(shí)，其輸入信號的共模電壓將加在A(yíng)GND上。CS5463每通道都有一個(gè)高速數字濾波器，可將兩個(gè)△∑調制器的輸出衰減10倍并積分。濾波器以(MCLK／K)／1024的字輸出速率(OWR)輸出24位數據。為了方便與外部微控制器通訊，CS5463集成有一個(gè)簡(jiǎn)單的三線(xiàn)串行接口。該串口與SPITM和Micro wireTM標準兼容。串口的串行時(shí)鐘(SCLK)和RESET引腳內包含有一個(gè)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：
◇在1000：1的動(dòng)態(tài)范圍內，其電能數據的線(xiàn)性度為±0.1％；
◇可以測量瞬時(shí)電壓、電流和功率，包括IRMS和VRMS、視在功率、有功和無(wú)功功率以及有功的基波和諧波功率、無(wú)功的基波功率、功率因數、頻率等；
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