一種新型電網(wǎng)數(shù)顯功率表的電路設(shè)計

CS5460A可以使用低成本的分流器或電流互感器測量電流，使用分壓電阻或電壓互感器測量電壓。CS5460A具有與微控制器通訊的雙向串口，芯片的脈沖輸出頻率與有功能量成正比。CS5460A具有方便的片上AC／DC系統(tǒng)校準(zhǔn)功能。“自引導(dǎo)”的特點使CS5460A能獨立工作，系統(tǒng)上電后自動初始化。在自引導(dǎo)模式中，CC5460A從一個外部EEPROM中讀取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和啟動指令。使用該模式時，CS5460A工作時不需要外加微控制器，因此當(dāng)電表用于大批量住宅電能測量時，可降低電表的成本。
CS5460A是具有有功功率計算引擎的CMOS單片功率測量芯片，它包含了兩個增益可編程放大器、兩個△∑調(diào)制器、兩個高速濾波器，具有系統(tǒng)校準(zhǔn)和有效值／功率計算功能，以提供瞬時電壓／電流／功率數(shù)據(jù)采樣及有功能量、IRMS、VRMS的周期計算結(jié)果。為適應(yīng)低價測量應(yīng)用，CS5460A也能在給定引腳上輸出脈沖串，輸出的脈沖數(shù)與有功能量寄存器的數(shù)值成正比。CS5460A專為功率測量進(jìn)行了優(yōu)化，它適合與分流器或電流互感器相連來測量電流；與分壓電阻或電壓互感器相連來測量電壓。為適應(yīng)不同電平的輸入電壓，電流通道集成有一個增益可編程放大器(PGA)，使輸入電平滿量程可選擇為±250 mVRMS或±50 mVRMS。電壓通道的PGA可適應(yīng)±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(shè)計時可以在某一個通道或兩個通道實現(xiàn)雙端差模輸入，此時輸入信號的共模電壓加在AGND上。CS5460A每通道都有一個高速數(shù)字濾波器，將兩個△∑調(diào)制器的輸出衰減10倍并積分。濾波器以(MCLK／K)／1 024的字輸出速率(OWR)輸出24位數(shù)據(jù)。為了方便與外部微控制器通訊，CS5460A集成有一個簡單的三線串行接口，該串口與SPITM和Micro WireTM標(biāo)準(zhǔn)兼容。串口的串行時鐘(SCLK)和RESET引腳內(nèi)包含一個施密特觸發(fā)器，允許使用上升速度較慢的信號。
CS5460A特性：
(1)電能數(shù)據(jù)線性度：在1 000：1動態(tài)范圍內(nèi)線性度為±0．1％；
(2)片內(nèi)功能：可以測量電能(有功)，I×V，IRMS和VRMS，具有電能一脈沖轉(zhuǎn)換功能；
(3)可以從串行EEPROM智能“自引導(dǎo)”，不需要微控制器；
(4)AC或DC系統(tǒng)校準(zhǔn)；
(5)具有機械計度器／步進(jìn)電機驅(qū)動器；
(6)符合IEC687／1036，JIS工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；
(7)功耗12 mW；
(8)優(yōu)化的分流器接口；
(9)V對I向相位補償；
(10)單電源地參考信號；
(11)片內(nèi)2．5 V參考電壓(最大溫漂60 ppm／°C)；
(12)簡單的三線數(shù)字串行接口；
(13)看門狗定時器；
(14)內(nèi)帶電源監(jiān)視器；
(15)電源配置為VA+=+5 V；VA－=0 V；
VD+=+3．3～+5 V。
如圖4所示為CS5460A在單電源單相2線系統(tǒng)的功率測量方案，該圖用于監(jiān)控電源線電流的電阻分流器聯(lián)接在電源的火線端。

3．2 功率檢測電路工作原理
首先通過電流互感器獲取高壓電路的互感電流。采用電流互感器這種形式的主要優(yōu)點在于，實現(xiàn)了高壓與低壓的隔離。由于CS5460A的功率檢測實際上是將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柡蟮碾妷簷z測，所以在電路中由R48、R49將互感電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺偻ㄟ^R50、R51限流和C21、C22濾波后輸入到CS5460A的功率檢測管腳15、16。另外，在兩路輸人中分別用二極管進(jìn)行電壓嵌位，以避免電壓過高時損壞CS5460A。CS5460A的3、14腳分別為，模擬、數(shù)字+5 V電源。同時為了濾除電壓波動增加電源的穩(wěn)定性，在兩路電源輸入時分別加一小濾波電容。由于此為功率檢測，所以電壓檢測的兩輸入腳9、10為了避免干擾也應(yīng)接模擬地。13腳VA－接模擬地，4腳DGND接數(shù)字地，模擬地和數(shù)字地之間用電感連接。1、24(XOUT，XIN)兩腳接頻率為4．096 MHz的晶振。CS5460A自動完成輸入信號的檢測，并通過6腳SDO輸出數(shù)據(jù)；同時，分別由5腳SCLK、7腳CS、19腳R＼E＼S＼、20腳I＼N＼T＼、23腳SDI輸出單片機的時鐘脈沖、片選信號、復(fù)位信號、中斷信號和單片機對CS5460A的控制信號。由于CS5460A完成了對模擬信號的檢測并以數(shù)字信號輸出檢測值，即一個芯片同時有模擬、數(shù)字兩種信號，它需要模擬數(shù)字兩路電源；同時，其需要接地的管腳一定要正確接相應(yīng)的地，不然將會引入很大的干擾。