多功能电力仪表计量芯片

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。着重介绍SA9904B，ATT7026A及CS5463 3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

SA9904B 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，ATY7026A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 CRYSTAL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50 Hz或60 Hz标准频率的电网，支持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。

2．1 SA9904B简介

SA9904B有20个引脚，PDIP封装，12个元暂存器。SA9904B包含9个代表各相的有功电能、无功电能与电源电压的24位元暂存器。第10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= (VRATED×IRATED)／320 000；计算每相的有功或无功功率：功率=VRATED×IRATED×N／INTTIME／320 000。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)，INTTIME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。SA9904B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 SA9904B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SCK(串行时脉)用于此汇流排的应用。 SA9904B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SA9904B的SCK引脚间的数据。DI与DO引脚为SA9904B的串行数据输入与输出引脚。

2．2 ATT7026A简介

ATT7026A 44个引脚，QFP44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，提供校表脉冲CFl和驱动步进电机的低频脉冲F1／F2。由于芯片提供电流和电压有效值，用户也可用公式S=VRMS×IRMS，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。 ATT7026A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2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11，低6位是特殊命令字的类型。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。