MAXQ3180入門(mén)：寄存器配置

簡(jiǎn)介

MAXQ3180是一款復雜的三相電能計量IC，可在很多計量環(huán)境中應用。為了適應各種復雜的計量環(huán)境，MAXQ3180共有68個(gè)配置寄存器可供修改。正確理解如何使用所有寄存器是一項艱巨任務(wù)，但幸運的是在大多數情況下并不需要配置全部68個(gè)寄存器。實(shí)際上在通常環(huán)境下僅需配置10個(gè)寄存器即可實(shí)現MAXQ3180的基本功能。

本篇應用筆記介紹了必須進(jìn)行初始化設置的MAXQ3180寄存器，以及在使用特定功能時(shí)需要初始化的寄存器，有些寄存器在大多數應用中都可以不設置。

基本初始化過(guò)程

MAXQ3180上電后即開(kāi)始測量電壓、電流、功率，計量電能。所以，只有正確配置MAXQ3180，使其與傳感器相匹配才能得出正確、有意義的讀數。

MAXQ3180執行兩步測量：第一步，讀取物理參數(如：電壓、電流、功率等)，在內部用一種“電表單位”表示；第二步，將用“電表單位”表示的參數轉換成現實(shí)世界中的計量單位，如伏特，安培和瓦。

讀取物理參數(計量單位)

MAXQ3180第一步先執行所要求的測量，并在內部用適合測量電路的“電表單位”精確表示，隨后的校準過(guò)程將確保伏特、安培、瓦、千瓦時(shí)等計量單位可以用內部“電表單位”精確表示。一旦電流、電壓、功率、電能可以用內部“電表單位”精確表示，器件必須將其轉換成有實(shí)際意義的單位。

我們以電壓校準舉例，但其過(guò)程也適用于電流、功率和電能。假設一個(gè)600:1的電阻分壓網(wǎng)絡(luò )作為輸入電路，這意味著(zhù)600V直流電壓作用在電阻分壓器輸入端，其分壓輸出約為1V，MAXQ3180的電流和電壓輸入可分為224級，所以對于600V直流輸入，輸出編碼每改變一個(gè)最低有效位(LSB)，對應輸入電壓變化600 × 2-24伏，即35.8?V。換言之，如果輸入120VRMS正弦波，則原始RMS電壓寄存器讀數為120/(600 × 2-24)，或3,355,443 (0x33 3333)。

由于輸入級用于放大和濾波的無(wú)源器件參數以及輸入ADC自身參數的離散性，ADC讀數有可能和期望值不同，所以，需要輸入一個(gè)修正系數，該修正系數位于x.V_GAIN (x代表某一相：A、B或C)寄存器。本例中，如果原始RMS寄存器讀數為3,000,000 (0x2D C6C0)，說(shuō)明需要的增益為3,355,443/3,000,000 = 1.12。

增益調整寄存器值設為0x4000 (16,384)時(shí)增益為1，如需額外增益，則需要增大該值。本例中增益寄存器需設為16,384 × (3,355,443/3,000,000) = 18,325 (0x4795)。

由此完成了第一步，使電壓讀數能夠精確反映以“電表單位”表示的電壓測量真實(shí)結果。第二步，將一個(gè)LSB等于35.8?V的系統轉換成一個(gè)LSB等于1mV的系統。

計算轉換系數

目前遇到的問(wèn)題是MAXQ3180只提供整數乘法操作，而實(shí)現這一轉換需要除以一個(gè)非整數，即1,000/35.8。解決方案是選取一個(gè)系數，使目標單位乘以一個(gè)2的整數次冪。在本例中，一個(gè)LSB將不再是1mV，而是1mV/216，即15.3nV。所以進(jìn)行測量時(shí)，丟掉低16位，剩下的就是以毫伏表示的電壓。

而轉換系數就是原始LSB值(35.8?V)除以目標LSB值(15.3nV)，即2,344 (0x0928)，將該值寫(xiě)入VOLT_CC寄存器。

這樣，每次讀取V.A虛擬寄存器時(shí)，MAXQ3180會(huì )將A.VRMS寄存器值乘以2,344，然后報告結果。該結果就是以1mV/65,536為單位的RMS電壓值。主機軟件丟掉低16位，直接就可以得到以毫伏為單位的RMS電壓值。

對于多數應用來(lái)說(shuō)，只需先校準(得到正確的VRMS和IRMS)，然后計算轉換系數(分別對應于電壓、電流、功率和電能)。

其它可選初始化過(guò)程

按上述步驟初始化，就可得到電壓、電流、電能、功率的精確讀數。但MAXQ3180還可提供許多其它功能。

中斷

MAXQ3180有一套復雜的中斷子系統來(lái)通知上位機出現異常，可以觸發(fā)中斷的條件包括：

某一相有功或無(wú)功電能流向改變。

某一相檢測到無(wú)過(guò)零事件時(shí)間超過(guò)某一閾值。

某一相檢測到欠壓、過(guò)壓或過(guò)流故障。

某一相的某一電能寄存器溢出(通常表示需要進(jìn)行累加操作)。

校驗和配置發(fā)生改變。

MAXQ3180電源即將失效。

關(guān)于中斷子系統的更多信息，請參考MAXQ3180的參考設計。

脈沖配置

計量脈沖通常用于遞增機械計數器或電能累加寄存器。MAXQ3180能夠支持這兩種計量脈沖，每一種都有一個(gè)配置寄存器用于選擇脈沖參數，一個(gè)閾值寄存器用于設置電表常數，一個(gè)脈沖寬度寄存器用于設置脈沖寬度。關(guān)于計量脈沖子系統的更多信息，請參考MAXQ3180的參考設計。

提高精度

使用理想電流和電壓傳感器，MAXQ3180可以在很寬的輸入范圍內實(shí)現極高精度。但實(shí)際上電流傳感器很少有理想的，在測量范圍的兩端會(huì )有非線(xiàn)性；通常傳感器的相位響應還會(huì )隨電流變化而改變。需要通過(guò)配置MAXQ3180寄存器對其進(jìn)行補償以提高精度。

MAXQ3180有兩個(gè)精確校準機制來(lái)補償傳感器的非線(xiàn)性。第一個(gè)精確校準機制是在低電流時(shí)單獨設置增益，在高、低電流下分別設置失調。這樣就可以實(shí)現高、低電流下增益和失調最多四個(gè)點(diǎn)的校準。

第二個(gè)精確校準機制是微調電壓-電流的相位失調。在這一機制下，通過(guò)設置兩個(gè)閾值將電流范圍分成三段。低于兩個(gè)閾值為第一段，兩個(gè)閾值之間為第二段，高于兩個(gè)閾值為第三段。A、B、C每一相的每一段相位失調都可以單獨設置。

關(guān)于使用精確校準寄存器提高M(jìn)AXQ3180精度的更多信息請參考MAXQ3180參考設計。

總結

MAXQ3180是一個(gè)靈活的電表模擬前端(AFE)，具有靈活配置，支持多種電能計量應用。僅需配置少數幾個(gè)寄存器(主要是校準和增益寄存器)，系統即可實(shí)現高精度的電能計量功能。