1、电能计量SA904B,1引言新型集成芯片不仅精确度高，而且硬件软件设计简单性价比高引言新型集成芯片不仅精确度高，而且硬件软件设计简单、性价比高。着重介绍SA904B，AT7026A及CS5463种三相电能计量芯片的工作原理，比较其性能指标，为合理选择电能芯片提供了有力的帮助。2电能计量芯片SA904B是南非微电子系统有限公司设计开发的一种电能计量芯片，ATY726A是珠海炬力集成电路设计有限公司开发的电能计量芯片，CS5463是美国CRYSTL公司推出的带有串行接口的单相双向功率电能计量集成电路芯片。这三者都用于三相多功能电能计量，均适用于三相三线制的具有50Hz或60Hz标准频率的电网，支持
2、电阻网络校表和软件校表两种方式。由于电能计量、参数测量和数据读取是电能芯片的核心部分。下面主要从有功计量、无功计量、视在功率电能计量、有效值测量、中断和SPI接口6个方面介绍芯片原理。21SA904B简介有20个引脚，PDI封装，12个元暂存器。SA904B包含9个代表各相的有功电能、无功电能与电源电压的4位元暂存器。第1个24位元暂存器代表任何有效相位的市频，包含3个位址以保存与SA9604A的兼容性。3个位址的任何其一可用于存取频率暂存器。每相位的有功与无功功率被积存于24位元暂存器。被测电路的电能或功率不直接提供给用户，但是可以通过公式计算。计算每相的有功或无功电能：电能每计数=(VRA
3、TEDIRATED)3200；计算每相的有功或无功功率：功率=VRATEDI NI IME。其中：VRATED为电表的额定电源电压，IRATED为电表的额定电源电流，N=相继读数间的暂存器数值差数(值)，INTIM为相继读数间的时间差值(单位为秒)。若要求合相有功电能，只能通过程序对三相有功电能求和，或通过有功功率脉冲输出F50计数。芯片内的3个电压暂存器包含各相位测得的RMS电压值用户可以直接从暂存器中读取。SA904B不具有中断功能。串行周边的接口汇流排(SPI)为一同步汇流排，使用于微控器与SA904B之间的数据传输。引脚D0(串行数据出端)，DI(串行数据入端)，CS(芯片选项)与SC
4、K(串行时脉)用于此汇流排的应用。SA904B为从器件，。而微控器为汇流排主器件。CS输入启始与终止数据传输。SCK信号(微控器发送的)选通微控器与SA904B的SCK引脚间的数据。DI与DO引脚为SA904B的串行数据输入与输出引脚。22AT7026A简介4个引脚，QFP4封装，102个寄存器翻。有功功率通过求瞬时功率代数均值获得。分相、合相有功功率分别存入指定寄存器，供用户读取。无功功率是通过将电压采样信号作一90相移，再求瞬时功率的代数均值获得。分相、合相无功功率同样提供给用户。芯片中有电能累加寄存器，能够提供分相、合相有功、无功电能，但不提供电网周期累加模式。芯片通过能量脉冲生成器，提
5、供校表脉冲CFl和驱动步进电机的低频脉冲F1F2。由于芯片提供电流和电压有效值，用户也可用公式S=VRMSIRMS，通过MCU计量分相、合相视在功率。有效值测量通过对电压、电流的采样数据求均方值实现。能够同时计算6通道的有效值，结果存在指定的寄存器中供用户读取。此外，芯片不仅提供分相电流、电压有效值还提供三相电流、电压矢量和的有效值，用户可在指定寄存器中读取。AT7026A不具有中断功能。芯片内部集成了SPI串行通信接口，使用2条控制线和条数据线。更新校表数据寄存器的命令字为：最高两位是10，低6位是校表寄存器的地址；写特殊命令字操作(配合软件校表)的命令字为：最高2位是1，低6位是特殊命令字
6、的类型。芯片提供清校表数据、校表数据读出、校表数据写使能、软件复位共4种特殊命令。23CS5463简介有24引脚，SOP封装，32个寄存器。采样得到瞬态电压和电流的数字量，把每对瞬态电压和电流的数据相乘，得到瞬时有功功率的采样值。每个AD采样周期后新的瞬态功率采样值就存入功率寄存器，N个瞬时功率采样值为一组，每组的值累加和用于计算以后放在能量寄存器中的数值，它与电路在N个AD转换周期中的有功功率值成正比。同样原理，电压和电流有效值也利用最近的N个瞬态电压、电流采样值计算，并可从RMS电压和电流寄存器中读出。视在功率可以在视在功率寄存器中直接读取，也可以对E2输出的与视在功率成正比的脉冲进行计量
7、得出。CS5463带有中断功能。中断处理流程为：读状态寄存器禁止所有中断转向相应的中断处理程序将读出的值写回，以清除状态寄存器重新开中断从中断处理程序中返回。CS5463的串行口包括4条控制线：CS、DI、SDO、SCLK，如果片选CS直接与逻辑O相连接，则只需要3条线就可以完成串行口的操作。一个数据的传输总是从向串行接口的SDI发送8位命令开始，当命令中包括一个写入操作时，在其后的24个SCLK周期内，串口将持续从SDI引脚读入串行数据。当发出一个读取命令时，。串口将根据发出的命令，在其后的8、16、24个SCLK周期从SD0引脚上串行输出寄存器内容。3性能指标比较SA904B，AT7026
8、A及CS5463都具有功能强大，软件、硬件实现方便，。计量精度高，价格便宜等优点，广泛适用于电能测量控制领域。但在性能、指标方面仍存在较大差别。31精度()SA904B符合IEC61036一级交流电能表的规定要求，符合IEC61268二级VR时数电表的规定要求。RMS电压的测量精度为1，有功功率的测量精度为10级。适合做三相的有功和无功仪表，在做三相多功能表时测量精度有待加强。(2)AT7026A有功电能计量满足1级、015级。符合IEC6871036和GB115198标准。无功电能计量满足2级、3级，符合IECl28和GBT782标准。有功、无功电能计量在10：l的动态范围内误差均小于O1。
9、可精确测量至含21次谐波的有功、无功和视在功率。电压通道输入100mV时，有效值误差小于叭5。电流通道输入2l0mV时，有效值误差小于015%。线电压频率测量范围1050Hz。(3)CS5463CS463的精度较高，符合IEC，ANSI，JIS工业标准。电能数据线性度在10：1动态范围内为01，电能计量精度：在30：1动态范围以上每秒读取；电压测量精度：读数的O1；电流测量精度：读数的01：瞬时功率测量精度：。读数的01。32电气参数(1)SA904B单5V或25V供电，VD=25V，S=一25V，IDmax=1mA，时钟3579MHz，电流感应输入范围一25+A。(2)AT7026单+5V供
10、电，VD=3OV，IDmax=28mA，时钟为24576MHz，VRE=24，电流、电压通道最大输入差分电压15V。(3)CS5463单+5V或2.5V供电，VD=25V，REF=2.4，时钟为4096MHz，电流、电压通道最大输入差分电压o1。33工作环境(1)SA904B其工作温度范围为一10+70。(2)T726A其工作温度范围为一485。(3)CS543其工作温度范围为一0+。34运算时间(1)SA904B内部2个16位二阶的一AD转换器，以17897MHz的速度采样。2位元暂存器在额定条件下于320Ks采样。(2)AT706A16位AD转换器采样速率kHz当复位引脚低电平大于0s时，
11、器件进入复位状态，功率寄存器、有效值寄存器、功率因数寄存器、电流电压相角寄存器更新时间为l3s，第一次上电需650ms才能有正确值。(3)CS546324位一调制器以MCLK8Ss的速度进行采样。当复位引脚低电平大于50ns时，芯片进入复位状态，温度传感器每560ms更新一次，状态传感器每4kHz更新一次。35计量参数(1)SA904B双向有功与无功功率电能测量RMS电源电压与频率。(2)T726A分相合相有功、无功功率电能，分相合相视在功率，功率因数，相角，线电压频率，分相三相电压、电流有效值。(3)CS5463瞬时电压，电流和功率；IRMS和VRMS，视在功率，有功和无功功率；有功的基波和
12、谐波功：无功的基波功率，功率因数，频率。36监控能力(1)SA904B断相相序错误故障检测。(2)TY726A电源启动电流功率反向监控，相序失压/硬件端口检测。(3)CS5463电源功率反向监控，欠流过压欠压掉电监测。37中断(1)SA904B无中断事件发生(2)T726A无中断事件发生(3)CS543过压、过流、电压电流有效值超出其范围、电能超值、温度电压电流通道调制器检测、欠压或电力故障。4结语着重介绍了SA904B，AT7026A，CS5463等三相高精度电能计量芯片的原理，随后比较了芯片的性能指标。S90B提供有功、无功电能，但不提供视在功率和相角等参数，。且测量精度不高；AT7026A提供各分相、合相参数，但不具有中断功能；CS5463不但提供各种计量参数，而且提供中断，可以从串行EPROM智能“自引导”，不需要微控制器，更有低于12mW的超低功耗。在工程应用中，用户可以根据各芯片不同的性能指标并结合实际需要合理选择电能芯片。
