基于Kinetis微控制器的三相電表設(shè)計

　　1 概述

　　目前，高效能源管理和輸配電方面存在各種挑戰(zhàn)，而嵌入式控制和集成連接功能將成為未來智能電網(wǎng)成功的關(guān)鍵，而智能三相電表是智能電網(wǎng)的終端環(huán)節(jié)和最重要的基本構(gòu)建。

　　飛思卡爾三相電表方案按照中國電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17215.322-2008/ IEC 62053-22:2003設(shè)計。方案采用飛思卡爾最新的基于ARM Cortex-M0+ 內(nèi)核44引腳的Kinetis M系列，KM14作為計量芯片，其基于ARM Cortex-M0+ 內(nèi)核100引腳的Kinetis L系列，KL36作為系統(tǒng)芯片。該方案可以簡化并加速設(shè)計者的設(shè)計流程，降低研發(fā)風(fēng)險及成本，縮短研發(fā)時間，確?？蛻舨⒃诖嘶A(chǔ)上開發(fā)出有競爭力的產(chǎn)品。

　　2 系統(tǒng)組成

　　2.1 系統(tǒng)圖

　　系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

　　2.2 系統(tǒng)描述

　　計量芯片KM14基于ARM Cortex M0+內(nèi)核，主頻可達(dá)50 MHz，可以用來做諧波分析和計量。其SPI可以與后端主MCU KL36進(jìn)行通信。有4路獨(dú)立的24 位ΣΔADC，含有兩個可編程增益放大器，能夠滿足高精度計量。該設(shè)計之所以能夠?qū)崿F(xiàn)三相計量(如圖1下半部分紅色線所標(biāo)識)，是因?yàn)椴坏?路獨(dú)立的24 位Σ-ΔADC，還有16 位SAR ADC，兩者進(jìn)行相位補(bǔ)償算法以后，就可以滿足三相電表規(guī)范。

　　4個UART接口可以滿足國家電網(wǎng)載波485、紅外和PLC的相關(guān)要求。該設(shè)計不但可以滿足國家電網(wǎng)的計量規(guī)范，也可以滿足國外IEC 62053-22 和IEC 62053-23等計量標(biāo)準(zhǔn)。

　　低功耗模式，全速情況下可以實(shí)現(xiàn)97 uA/MHz,對于停電等情況可以得到很好的支持。

　　2.3 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

　　根據(jù)以上的描述，總結(jié)出該系統(tǒng)的特點(diǎn)如下。

　　(1)電壓輸入范圍3×220~380 V;

　　(2)電流輸入范圍5~60 A;

　　(3)0.5S有用功計量精度。