基于CSE7780的智能電能表設計方案

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　　基于CSE7780設計的智能電能表旨在使設計方案更加合理，使之成為性價比更具優(yōu)勢的產品。本文對計量芯片CSE7780的性能特點和結構電路進行了分析，并從軟、硬件兩個方面給出符合國網智能電能表要求的設計方法。

　　1.符合國網新標準電能計量方案

　　CSE7780是一款高精度單相電能計量芯片，在動態(tài)范圍(1500:1)內，非線性誤差小于0.1%，提供兩路電流有效值、一路電壓有效值，在動態(tài)400:1的范圍內，有效值誤差小于0.5%。

　　該芯片能夠提供有功功率、有功能量、電流有效值、電壓有效值、線頻率、過零中斷等功能，以及提供全數(shù)字增益、相位、失調校準，有功能量脈沖從PF管腳輸出。CSE7780通過一個SPI串行接口可以與外部的MCU進行通信;具有潛動閾值可調功能;內部具有電源監(jiān)控電路，可以保障芯片的正常工作。CSE7780使用5V單工作電源，內置2.5V電壓參考源，也可以使用外置的2.5V參考源。

　　CSE7780的內部功能結構框圖如圖1所示。在芯片工作時，將采樣到的電流、電壓信號先經過增益放大器，將采樣信號放大，然后再通過高精度的Sigma-Delta、模數(shù)轉換器(ADC)將模擬信號轉換為數(shù)字信號，得到的數(shù)字信號通過低通濾波器、高通濾波器濾去高頻噪聲與直流增益，從而得到需要的電流、電壓采樣量化的數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)相乘，經過低通濾波器輸出平均有功功率;電流、電壓量化后的數(shù)據(jù)通過平方電路、低通濾波器、開方電路得到電流、電壓有效值。將有功功率按時間積分，計算出有功能量。通過能量頻率轉換器將得到的能量通過PF引腳輸出，也可通過SPI總線獲得經過數(shù)字信號處理得到的數(shù)字化數(shù)值。

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　　圖1：CSE7780結構框圖

　　2.軟件設計

　　CSE7780寄存器的配置流程如圖2所示，先設置好計量控制寄存器，能后再配置校表寄存器。

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　　圖2：參數(shù)配置流程圖

　　2.1CSE7780 ADC參數(shù)設計

　　以設計一款額定電壓220V(Un)、10(60)A電流規(guī)格、表常數(shù)為1600imp/KWh的電表為例，由于電流輸入通道允許輸入最大信號為±700mV的峰峰值(有效值為495mVrms)，10(60)A的表考慮到通道A發(fā)熱的情況，可選擇200～250微歐的錳銅，若以250微歐的錳銅來采樣，在Imax=60A時，通道A的采樣信號為60A*250μΩ=15mV，由于電流通道A的允許最大輸入信號為495mV，因此電流通道的增益選擇可配置成16，通道B采用2500:1的互感器;負載電阻10Ω，電流通道B增益設置為1。電壓通道允許最大輸入信號為±700mV的峰峰值，考慮到電壓會有130%Un過壓，可將電壓采樣信號通過網絡電阻將220V交流電壓信號降至220mV左右，電壓通道增益選擇為1。

　　通過上述的論述，我們需將電流通道A的增益設置為16，電流通道B的增益設置為1，電壓通道的增益設置為1，因此SYSCON寄存器應設置為00C0H。

　　2.2.HFConst寄存器的設置

　　電表常數(shù)EC為1600imp/KWh;Vu=0.22V;Vi=10A*0.00025Ω*1*0mV;EC=1600;Un=220V;

　　Ib=10A。根據(jù)公式HFConst= INT[39.3143*Vu*Vi*1011/(EC*Un*Ib)]，可得HFConst=2*H，因此寫入HFConst寄存器的值應為2*H。

　　2.3.其他計量控制寄存器配置

　　啟動電流的配置：在Un、Ib的情況下，有功功率寄存器PowerA的數(shù)值為1A375D7H，按照要求在0.4%Ib的情況下能夠正常啟動，則Pstar寄存器可配置為0.2%Ib有功功率對應的數(shù)值pstar=00D6H(Pstart對應的是PowerA的高16位，計算出的PowerA是24'h00D6C3)。

　　能量累加模式的配置：由于需要計量正反有功能量，因此我們須將能量累加模式配置成正反向功率都參與累加，累加方式是代數(shù)和方式，負功率有REVQ符號指示，使能PF脈沖輸出及有功電能寄存器累加，即可將EMUCON配置為0001H。