電能計量專用芯片CS5460A

摘要：本文介紹了美國Cirrus Logic公司新推出的單相雙向功率/電能芯片CS5460A的原理、特點和典型應(yīng)用。以它為核心制造電表，結(jié)構(gòu)簡單，功能齊全，性能優(yōu)良，具有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：△∑模數(shù)傳換器 串行EEPROM

引言

美國Cirrus Logic公司新近推出了單相雙向功率/電能芯片CS5460A，以該芯片為核心研制電表配置靈活，應(yīng)用方便，是民用電表研制開發(fā)的一種非常可行的方案。下面淺皙一下該芯片的性能及優(yōu)勢。

工作原理

CS5460是將兩路模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、高速功率計算芯核、一個串行接口集成到單芯上的高集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它可以準(zhǔn)確的測量和計算單相兩線/三線的電能、瞬時功率、IRMS、VRMS。CS5460A通過外接廉價的互感器或分流器測量電流，通過電阻分壓器或變壓器測量電壓，具有用于通信用的雙向串行接口和固定脈寬與功率呈正比可編程的頻率輸出。

上電后芯片被初始化后全部功能開始運作，包括由用戶程序控制的系統(tǒng)校準(zhǔn)。在自引導(dǎo)模式下CS5460A從外接的EEPROM讀入校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和啟動指令，這種模式適用于制造低成本的電表。非自引導(dǎo)模式時需要由外接的微處理器給CS5460A發(fā)送校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和啟動指令，采用這種模式配置電表更為靈活，可以實現(xiàn)更為復(fù)雜的功能。

主要特性和指標(biāo)

CS5460A是目前集成度甚高的新一帶電度表芯片。該芯片極具競爭力，適合制造不同成本、多種用途的電子式、機電一體化電表，它將成為越來越多的數(shù)字電度表制造商的首選設(shè)計方案。

（1）滿足IEC687/1036、JIS工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）在-40℃～+85℃的溫度范圍內(nèi)精度為0.1%，支持0.2級設(shè)計，并且電度表能長期工作于規(guī)定的準(zhǔn)確度之內(nèi)。

（3）在1000：1的動態(tài)范圍內(nèi)測量電能數(shù)據(jù)的線性度為0.1%以內(nèi)。

（4）片內(nèi)測量功能包括：雙向能量、瞬時功率、IRMS、VRMS、能量和脈沖-速率轉(zhuǎn)換

（5）具有智能自導(dǎo)入模式：可以從外接串行EEPROM讀入校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和初始化指令。使用這種模式可以省略外圍微控制器，適用于研制低成本，功能簡單的電表。

（6）具有一個和能量成正比的固定脈寬可編程頻率輸出，可以驅(qū)動帶有機械讀數(shù)或數(shù)字計數(shù)器的步進電機。

（7）具有強大的計算功能。大部分的計算功能都由該芯片完成，使其對外部微控制器功能的要求降低到更低。使用自導(dǎo)入模式甚至不需要外圍微控制器，只需串行EEPROM即可。

（8）帶有與微控制器相連的雙向通訊接口，與SPTM和MicrowireTM兼容，串行時鐘腳集成有施密特觸發(fā)器。

（9）片上具有系統(tǒng)校準(zhǔn)功能，包括相位和增益在內(nèi)都可以在芯片內(nèi)部數(shù)字校準(zhǔn)。使電表對傳感器的要求降到最低。基于該芯片的電度表可以實現(xiàn)全數(shù)字化的校準(zhǔn)，免除了手工校準(zhǔn)的煩瑣。

（10）使用0.35μm制作工藝，可以將更多的功能集成到一片非常小的低成本的芯片上，降低了成本，增強了芯片的穩(wěn)定性和可靠性。

（11）兩個輸入通道。電流通道包括一個可編程增益放大器，可以直接測量±30mV或±150mV的輸入信號，電壓通道帶有測量放大器，可以直接測量±150mV的輸入信號。

（12）可以使用單+5V或單+3V或雙±2.5V±10%電源，測量正、負輸入信號。

（13）功耗12mW。

典型應(yīng)用

CS5460A用于單相電子式電度表的典型應(yīng)用如圖2所示。使用該芯片可以很容易設(shè)計成簡單的計度器顯示單相電度表、復(fù)費率表、三相電子式電度表、多用戶表等等多種電度表，也可以用于工業(yè)現(xiàn)場的電量數(shù)據(jù)采集，其不同的應(yīng)用都可以參考圖2的簡單設(shè)計電路。

結(jié)語

CS5460A可用來代替美國Cirrus Logic公司早期同類產(chǎn)品CS5460，該芯片不需單片機，只要一片EEPROM就可以自引導(dǎo)工作，進下降低了成本，使電度表制造商能夠以更低的成本設(shè)計出更高精度的電度表，使電量管理者能夠獲得更全面的數(shù)據(jù)，它是新一代電能測量專用芯片的代表，有著非常廣闊的前景。