電能計量IC配合閃存單片機實(shí)現靈活創(chuàng )新的電表設計

　　數字計算模塊（例如有功功率、視在功率和RMS電流與電壓）的功能都是固定的，以固定頻率運行，具有固定的輸出精度。雖然這些器件可以良好地執行它們的固定功能，但這種方案對于設計師來(lái)說(shuō)不夠靈活。

圖1a 典型的基于ROM的電表設計

圖1b 消除電能計量IC和閃存MCU之間的界線(xiàn)

　　以前，IC制造商只提供基于ROM的電能計量IC作為執行這些功能的開(kāi)源解決方案；現在，他們以△-∑可配置閃存設計的形式提供解決方案。本文介紹了一個(gè)完整的電表設計示例，使用大約7 KB的程序字來(lái)實(shí)現完整的三相電表IC。該設計由中斷驅動(dòng)，僅使用50%的中斷處理時(shí)間（系統的電源頻率為60 Hz，每個(gè)周期進(jìn)行128次采樣）。在130μs的時(shí)間窗中，大約65μs的時(shí)間用于全部三相的計算，包括失調電壓、增益和相電壓的校準，以及LSB的調整。高精度電表設計的功率輸出寄存器最高需要48位，所以在低成本的8位單片機（MCU）上執行這種數學(xué)計算并非輕而易舉。這種閃存方案具有很大的靈活性，相比基于ROM的電表IC具有很多優(yōu)點(diǎn)，本文將對此進(jìn)行介紹。

　　基于ROM的電表設計需要依靠外部存儲器進(jìn)行電表校準，并智能加載狀態(tài)機，這是一種成本較高的兩階段方案。信號流的第三個(gè)階段必須將校準常量裝入固定功能的電能計量IC中。通過(guò)將基于ROM的AFE中的計算功能與基于閃存的中央MCU相結合，可以省去其中的一個(gè)階段。電表校準算法和常量可以全部包含在一個(gè)階段中，這有助于減少I(mǎi)C數量和降低系統成本。

　　電表精度要求可靠的模擬性能

　　在做出關(guān)于計算和電表校準的設計決定之前，設計師必須確定模擬設計是可靠的。系統的模擬和ADC性能最終會(huì )限制電表的整體精度。在設計趨勢的推動(dòng)下，分流電流和信號越來(lái)越小，所以ADC噪聲較低、分辨率較高的電能計量IC會(huì )更符合市場(chǎng)的需求。要開(kāi)發(fā)符合IEC標準的電表（包括0.5和0.1級電表），低噪聲、串擾可忽略、具有優(yōu)良線(xiàn)性度的16位雙通道ADC會(huì )是一個(gè)堅實(shí)的起點(diǎn)。

　　Microchip Technology的MCP3909電能計量IC是一款△-∑器件，特別針對符合以上條件的電能計量應用而設計，它包含有靈活的數字模塊和通信通路。該IC的兩個(gè)板載16位模數轉換器的信噪失真比（SINAD）為82 dB，支持遠超出IEC要求的動(dòng)態(tài)范圍測量。該IC的板載PGA（增益可達32 V/V）支持如下面所示的信號大小和測量誤差精度。此外，器件還允許設計師控制ADC和乘法器輸出，以及濾波器輸入。