智能芯片ATT7022在電能計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的提高，電能需求日益增加，電能質(zhì)量問題逐漸引起人們的注意。隨著微處理技術(shù)的發(fā)展，電能質(zhì)量的檢測(cè)技術(shù)已成為近年來電力系統(tǒng)，儀器行業(yè)的研究熱點(diǎn)，對(duì)電能質(zhì)量關(guān)注的焦點(diǎn)也不僅僅是電壓、電流、頻率等穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，現(xiàn)在人們經(jīng)常關(guān)注的電能指標(biāo)還包括：瞬時(shí)有功功率、無功功率、視在功率，有功電能、無功電能，功率因數(shù)和相位，電壓有效值、電流有效值，瞬時(shí)合相電流值,可測(cè)量電網(wǎng)頻率值,可測(cè)量電壓信號(hào)夾角，可否支持三相三線和三相四線供電方式等。本文采用ATT7022芯片設(shè)計(jì)的電路就能夠完成上述功能。

1ATT7022芯片的結(jié)構(gòu)功能

ATT702芯片是一款多功能防竊電三相電能計(jì)量芯片，適用于三相三線和三相四線等方式的應(yīng)用。ATT7022采用+5V供電和QFP封裝。該芯片內(nèi)部集成了六路二階Σ-ΔADC,參考電壓電路、所有功率、能量、有效值、功率因數(shù)以及頻率測(cè)量的數(shù)字信號(hào)處理等電路。ATT702支持全數(shù)字域的增益、相位校正。有功、無功電能、脈沖輸出CF1.CF2可提供瞬時(shí)有功、無功功率信息，可以直接接到標(biāo)準(zhǔn)表上進(jìn)行誤差校正。ATT7022提供有一個(gè)SPI接口，可方便地區(qū)性與外部MCU之間進(jìn)行計(jì)量參數(shù)以及校表參數(shù)的傳遞。所有計(jì)量參數(shù)都可通過SPI接口讀出。ATT7022內(nèi)部的電壓檢測(cè)電路可以保證加電和斷電時(shí)的正常工作。ATT7022的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

      該芯片內(nèi)部主要包括電源監(jiān)控電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及計(jì)量模塊等。電源監(jiān)控電路主要對(duì)模擬電源（AVCC）進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)電源電壓低于4V時(shí),芯片將被復(fù)位。這一特性有利于芯片上電和掉電時(shí)芯片的正常啟動(dòng)和正常工作。電源監(jiān)控電路被安排在延時(shí)和濾波環(huán)節(jié)中，可最大程度防止由電源噪聲引發(fā)的錯(cuò)誤。ATT7022片內(nèi)集成了6路16位的ADC,并采用雙端差分電路輸入。最大輸入電壓是1.5V,即可以輸入最大正弦信號(hào)有效值是1V。建議將電壓通道Un對(duì)應(yīng)的ADC輸入選在0.5V左右，而電流通道的ADC輸入則選在0.1V左右。

芯片中的計(jì)量模塊主要是把釆樣電路輸入的大電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>ATT7022可接受的小電壓信號(hào)。ATT7022根據(jù)采樣電路輸入的電壓電流并通過內(nèi)部的DSP模塊即可算出電能，然后把電壓電流及功率由SPI串行接口傳送給MCU,MCU再通過指令控制來顯示測(cè)量結(jié)果或通過RS485串行接口把測(cè)量結(jié)果傳送給電能管理系統(tǒng)。

2  三相多功能電能計(jì)量單元設(shè)計(jì)

2.1  系統(tǒng)工作原理

一個(gè)三相多功能電能計(jì)量單元的系統(tǒng)工作原理圖，如圖2所示?，F(xiàn)場(chǎng)計(jì)量單元主要由電壓電流取樣電路、電能計(jì)量集成芯片、供電電源和單片機(jī)模塊組成。電網(wǎng)三相電壓和電流信號(hào)通過取樣電路轉(zhuǎn)變至符合電能計(jì)量芯片A/D釆樣范圍的小信號(hào)，所有電能參數(shù)的計(jì)算均由電能計(jì)量芯片ATT7022完成。計(jì)算結(jié)果通過中斷方式由SPI接口送至單片機(jī)，再由單片機(jī)轉(zhuǎn)換為RS485或者CAN總線方式送至上位管理單元。此外.ATT7022計(jì)量芯片輸出的電能脈沖信號(hào)還可用來進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)。 

2.2  ATT7022的典型應(yīng)用電路

在電壓和電流的釆集電路中，為了得到ATT7022能夠處理的小信號(hào)，本設(shè)計(jì)引入了互感器。ATT7022的電流電壓輸入范圍是。?1V（有效值），所以應(yīng)選擇的互感器是1.5V/5mA精度0.1級(jí)，電壓互感器規(guī)格則選擇220V/0.5V。這樣，在額定電流、額定電壓輸入時(shí)，電流電壓差動(dòng)輸入電壓有效值分別在0.1V以及0.5V左右?；贏TT7022的電能計(jì)量部分的典型電路如圖3所示。

3  結(jié)語

以ATT7022為計(jì)量芯片設(shè)計(jì)的電能計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)多費(fèi)率電能表的各種功能，而且具有精度高，功能擴(kuò)展方便，軟件容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也是電能表將來的發(fā)展方向之一。