CS5460A及其在電子式電能表中的應(yīng)用

1 引 言

CS5460A是美國(guó)CRYSTAL公司最新推出的帶有串行接口的單相雙向功率/電能計(jì)量集成電路芯片，現(xiàn)主要應(yīng)用在單相電子式電能表和三相電子式電能表中。該芯片的性能優(yōu)于其它計(jì)量芯片，主要表現(xiàn)在

引腳為低電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器都被設(shè)置為缺省值。

20腳INT：中斷輸出。當(dāng)INT變低時(shí)，表明一個(gè)允許的事件已發(fā)生?？梢酝ㄟ^(guò)向CS5460A寫(xiě)入適當(dāng)命令來(lái)使INT清除(邏輯1)。

21腳EOUT：電能脈沖輸出。EOUT電量輸出引腳，輸出一個(gè)脈沖寬固定、頻率(可編程)和電能成比例的脈沖串。

22腳EDIR：能量方向指示輸出。如果測(cè)量到的電能是負(fù)值，電能方向指示器發(fā)出指示。

23腳SDI：串行數(shù)據(jù)輸入。SDI是串行數(shù)據(jù)接口的輸入引腳。數(shù)據(jù)的輸入速率由SCLK決定。

3　操作原理

CS5460A可以在單一+5V電源下運(yùn)行。電流通道輸入范圍為30mVRMS或150 mVRMS，電壓通道輸入范圍為150 mVRMS。當(dāng)在VA+/-引腳用單電源+5V供電時(shí)，CS5460A可以承受范圍為-0.25V到VA+的共模信號(hào)?？偣?lt;500mW;電能計(jì)量精度：在1000∶1動(dòng)態(tài)范圍以上每秒讀取0.1%;電流測(cè)量精度：讀數(shù)的0.1%;瞬時(shí)功率測(cè)量精度：讀數(shù)的0.1%。供電引腳最大輸入電流為±

;50mA;(VA+)-(VA-)≤+6.0V。

任意時(shí)刻，軟件或硬件復(fù)位都可以使系統(tǒng)初始化。軟件復(fù)位是通過(guò)向配置寄存器的RS位寫(xiě)入邏輯1來(lái)實(shí)現(xiàn)的，復(fù)位后該位自動(dòng)恢復(fù)為邏輯0。硬件復(fù)位是通過(guò)強(qiáng)制拉低RESET引腳50ns以上來(lái)實(shí)現(xiàn)。

寄存器讀寫(xiě)命令如下：

其中，W/R為0讀寄存器，為1寫(xiě)寄存器，RA(0～4)寄存器地址說(shuō)明如下：00000：配置寄存器，00001：電流偏移校準(zhǔn)，00010：電流增益校準(zhǔn)，00011：電壓偏移校準(zhǔn)，00010：電壓增益校準(zhǔn)，00101：轉(zhuǎn)換次數(shù)，00110：能量，00111：最新電流，01000：最新電壓，01001：最新功率，01111：狀態(tài)寄存器，10000：交流電流偏移寄存器，10001：交流電壓偏移寄存器。

CS5460的串行接口部分集成了一個(gè)帶有發(fā)送/接收緩沖器的狀態(tài)機(jī)，狀態(tài)機(jī)在SCLK上升沿解釋8位命令字。根據(jù)對(duì)命令的解碼，狀態(tài)機(jī)將執(zhí)行相應(yīng)的操作，或者，為把尋址的內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)傳送到發(fā)送緩沖區(qū)，寫(xiě)操作在數(shù)據(jù)傳輸前要等24個(gè)SCLK周期。通過(guò)寄存器讀/寫(xiě)命令，數(shù)據(jù)可被寫(xiě)入或從CS5460A中讀出，圖2、圖3為讀、寫(xiě)時(shí)序。數(shù)據(jù)的讀、寫(xiě)通過(guò)向串口SDI引腳寫(xiě)入相應(yīng)的8位命令字(高位在前)來(lái)啟動(dòng)。需要注意的是：一些命令字在執(zhí)行時(shí)受周期計(jì)數(shù)寄存器和配置寄存器內(nèi)容的影響，需要先對(duì)周期計(jì)數(shù)器和配置寄存器內(nèi)容進(jìn)行正確設(shè)置。寄存器寫(xiě)指令后必須跟24位數(shù)據(jù)，先寫(xiě)命令字啟動(dòng)寫(xiě)操作，然后隨著24個(gè)連續(xù)的串行時(shí)鐘脈沖，CS5460A將從串行輸入引腳SDI接收串行數(shù)據(jù)，一旦收到數(shù)據(jù)，狀態(tài)機(jī)便將數(shù)據(jù)寫(xiě)入配置寄存器并返回到命令模式。寄存器讀指令可以終止在8位的邊界上。通過(guò)SDI引腳寫(xiě)入命令后，可從SDO引腳讀出數(shù)據(jù)。

4 應(yīng) 用

因?yàn)镃S5460A可以用來(lái)測(cè)量瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)功率、電能以及電壓和電流的有效值，測(cè)量結(jié)果將以24位有符號(hào)或無(wú)符號(hào)形式存儲(chǔ)在內(nèi)部寄存器中，所以可以用CS5460A設(shè)計(jì)單相多功能電能表。另外，CS5460還提供了電能計(jì)量脈沖輸出端口EOUT和功率方向端口EDIR，可以方便地與步進(jìn)電機(jī)計(jì)數(shù)器連接構(gòu)成簡(jiǎn)單的電能表。當(dāng)晶振頻率為4.096MHz，分頻比為1，且兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的直流輸入皆為最大值時(shí)，輸出脈沖的頻率與脈沖速度寄存器的頻率相同。

圖4所示為一個(gè)典型的電度表電路，它的基本電流有效值Ib=20A，相線(xiàn)電壓有效值V=220V(50Hz)，計(jì)量常數(shù)K=5

00imp/kWh，最大電流有效值為Imax=100A，最大電壓有效值為Vmax=300V，差分電壓輸入和差分電流輸入最大值為150mV，電阻R1調(diào)整差分電流輸入值。

如果用CS5460A設(shè)計(jì)電子式三相多功能電能表，可以在A、B、C每一相用一片CS5460A，每片輸入?yún)?shù)值都要符合CS5460A技術(shù)要求，通過(guò)MCU對(duì)三相的能量等各參數(shù)進(jìn)行處理，用MCU發(fā)出脈沖，同時(shí)可以計(jì)量每一相的用電情況。利用3片CS5460A設(shè)計(jì)的電子式三相多功能電能表，有功精度可達(dá)0.5級(jí)，無(wú)功精度可達(dá)1.0級(jí)，此表現(xiàn)已投入生產(chǎn)使用。

5　結(jié)束語(yǔ)

CS5460A性能優(yōu)于其它單相計(jì)量芯片。目前，供電部門(mén)對(duì)電網(wǎng)的用電考核參數(shù)越來(lái)越多，如：有功、無(wú)功、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)電流、瞬時(shí)功率等。而CS5460A提供了許多計(jì)量參數(shù)，設(shè)計(jì)在電能表中，其功能基本滿(mǎn)足供電部門(mén)需求，市場(chǎng)前景極為廣闊。