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采用TI能耗測量 IC 簡(jiǎn)化輔助計量

作者： 時(shí)間：2017-02-06 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ) 收藏


能耗測量及報告

能耗測量計算利用由 ADC 收集的電壓和電流樣本來(lái)完成。由下式可見(jiàn)，為了計算有功能耗 (active energy)、無(wú)功能耗 (reactive energy) 或表觀(guān)能耗 (apparent energy)，MCU 必須具備針對諸如平方根、平方和除法等常用函數的優(yōu)良數學(xué)庫。



式中的 Vsamp 為電壓樣本，Isamp 為電流樣本，N 為樣本數量。

一旦計算出能耗測量結果，即可利用輔助計量表自身或一個(gè)遠程終端上的 LCD進(jìn)行顯示。MCU 可通過(guò)串行通信接口與 LCD 驅動(dòng)器或無(wú)線(xiàn)通信模塊相連。倘若采用的是分路電阻器和分壓器之類(lèi)的非隔離傳感器，抑或 AFE 和 MCU 以饋電線(xiàn)電壓為基準，則應對連接至其他采用不同基準電壓的器件或系統的所有線(xiàn)路進(jìn)行隔離，這一點(diǎn)至關(guān)緊要?？刹捎霉怦詈掀骰螂娙菪愿綦x IC 來(lái)實(shí)現這種隔離。

使用低功率組件的能耗測量系統可采用簡(jiǎn)單的電容式電源供電。然而，電容式電源不能提供用于驅動(dòng) RF 收發(fā)器的足夠電流。采用 Wi-Fi™ 或 ZigBee® 技術(shù)傳送能耗數據的輔助計量表將需要一個(gè)額外的 NPN 輸出緩沖器或變壓器以及開(kāi)關(guān)式電源，用于為 RF 收發(fā)器供電。

校準

由于組件和傳感器容差的緣故，計量表之間可能存在能耗測量值的差異。公用事業(yè)公司提供的電表有著(zhù)嚴格的精度要求，而且在每個(gè)電表上都必須對由于組件容差造成的誤差加以校準。然而，諸如智能插頭和電器電度表等輔助計量表的精度要求往往比較寬松，因為它們的測量結果并不用于收費目的。設計的校準常數可在開(kāi)發(fā)期間確定并寫(xiě)入 MCU 閃存之中，因而不必在生產(chǎn)過(guò)程中逐個(gè)單元進(jìn)行校準。預計采用這種方法可實(shí)現 <3% 的準確度。該準確度在許多輔助計量表應用中均可滿(mǎn)足要求，而且校準的免除還能在生產(chǎn)中節省大量的成本。

MSP430AFE2xx 能耗測量 IC

MSP430AFE2xx 能耗測量 IC 在單個(gè)封裝中集成了多個(gè) 24 位 Σ-Δ ADC、可編程增益放大器和一個(gè) 16 位 MCU。該器件配套提供了用于執行能耗測量計算任務(wù)的 TI MSP430™ MCU Energy Library4 軟件。


圖 5：面向能耗測量應用的 MSP430AFE2xx 的特性

當把 MSP430AFE2xx 能耗測量 IC 應用于輔助計量表時(shí)，開(kāi)發(fā)人員將會(huì )體驗到以下的主要特性與優(yōu)勢：

高集成度

MSP430AFE2xx 集成了多種能耗測量所需的組件，包括 ADC 和 MCU。這使得低成本和小占板面積輔助計量表設計能夠采用極少的組件。除了能耗測量之外，MSP430AFE2xx 還可根據需要用于運行其他的小應用程序。

多個(gè) 24 位 Σ-Δ ADC

內置的三個(gè) ADC 皆可支持 ±500 mV 的差分輸入電壓，因此來(lái)自電流傳感器的輸出無(wú)需電平移位即可直接饋送至 ADC。另外，ADC 輸入還支持高達 －1 V 的負輸入電壓，所以同樣允許來(lái)自 AC 饋電線(xiàn)的分壓電壓信號直接連接至 ADC，而不必進(jìn)行額外的電平移位。

MSP430AFE2xx 提供了多達 3 個(gè)具有 24 位分辨率的 Σ-Δ ADC。這些 ADC 能在很寬的負載電流范圍內提供公用事業(yè)級 (< 0.1%) 的準確度。ADC 的同時(shí)采樣特性消除了電流和電壓樣本之間的固有延遲，并且不再需要進(jìn)行軟件校正，這在順序采樣法中是一反常規的。

低功耗

MSP430AFE2xx 能耗測量 IC 具有低功耗特性，這一點(diǎn)對于擁有依靠低成本電容式電源給器件供電的能力十分重要。

軟件可編程性

TI 提供的 MSP430™ MCU 能源庫 (Energy Library) 和代碼范例有助輕松快捷地實(shí)現基于 MSP430AFE2xx 的能耗測量計算。

諸如 MSP430AFE2xx 等軟件可編程解決方案的一項關(guān)鍵優(yōu)勢是其為系統設計人員提供了根據特定的應用要求對解決方案做適應性調整的靈活性。例如：系統設計人員可執行一種非標準的通信協(xié)議，以將能耗數據發(fā)送到主處理器或遠程終端。軟件可編程能耗測量 IC 的另一項優(yōu)勢是可在生產(chǎn)過(guò)程免除校準工作。

串行通信接口和 GPIO

MSP430AFE2xx 允許通過(guò)標準的串行接口（如 SPI 或 UART）傳送能耗數據。其另外的 GPIO 可用實(shí)現 LCD 接口、LED 脈沖發(fā)生或者與諸如按鍵等輸入相連接。

總結

要在智能插頭、電器設備和服務(wù)器中廣泛推廣使用能耗測量，可完成能耗測量的低成本組件起著(zhù)重要的作用。MSP430AFE2xx 能耗測量 IC 將能耗測量所需的主要組件集成在了單個(gè)封裝之中。這些組件包括可編程增益放大器、ADC、MCU 以及負責與其他器件進(jìn)行通信的串行接口。MSP430AFE2xx 只需區區幾個(gè)無(wú)源組件便可與諸如分路電阻器和分壓器等低成本傳感器相連。MSP430 系列微控制器的低功耗性能允許采用低成本的電容式電源為 MSP430AFE2xx 供電。由于這款解決方案可采用軟件進(jìn)行編程，因此提供了執行非標準通信協(xié)議的靈活性。最后，一旦在開(kāi)發(fā)過(guò)程中完成了校準，則可在生產(chǎn)期間將相同的校準常數寫(xiě)入每個(gè) MSP430AFE2xx 單元，以輕松實(shí)現 3% 或更好的準確度。由于在生產(chǎn)過(guò)程中免除了校準，故而有望顯著(zhù)降低生產(chǎn)成本。
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