采用TI能耗測(cè)量IC簡(jiǎn)化輔助計(jì)量

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　　引言

　　諸如智能插頭和電器電度表等輔助計(jì)量 (sub-metering) 應(yīng)用使消費(fèi)者能夠了解和控制其電能使用狀況。其他的輔助計(jì)量應(yīng)用(如服務(wù)器功率表)則可幫助 IT 部門優(yōu)化服務(wù)器群的功耗。在設(shè)計(jì)輔助計(jì)量表時(shí)，像傳感器、模擬前端 (AFE) 組件和微控制器 (MCU) 的選擇之類的考慮因素對(duì)于決定總體系統(tǒng)成本與復(fù)雜性有著舉足輕重的影響。作為一款有效的實(shí)施方案，其應(yīng)易于設(shè)計(jì)并具有低量產(chǎn)成本，同時(shí)滿足應(yīng)用的主要需求 - 可靠地測(cè)量和報(bào)告電能消耗信息。本文將討論 MSP430AFE2xx IC1 在能耗測(cè)量應(yīng)用中的特性與優(yōu)勢(shì)。雖然 MSP430AFE2xx 完全適合公用事業(yè)級(jí)電力表中的能耗測(cè)量，不過(guò)本文將專門討論其在輔助計(jì)量中的應(yīng)用。在本文中，輔助計(jì)量指的是非公用事業(yè)型的電能計(jì)量應(yīng)用，例如：智能插頭、電器電度表和服務(wù)器功率表。

　　輔助計(jì)量表的功能

　　輔助計(jì)量表的形式可以是智能插頭(見圖 1)，也可以集成在電器設(shè)備(見圖 2)或服務(wù)器中。不管是哪一種形式，輔助計(jì)量表通常執(zhí)行的是下列功能：

　　· 測(cè)量某種電器設(shè)備的實(shí)時(shí)能耗。

　　· 將能耗數(shù)據(jù)傳送給用戶。這可以利用輔助計(jì)量表自身上的一個(gè)簡(jiǎn)單的 LCD 讀出器完成?；蛘?，輔助計(jì)量表也能夠以無(wú)線或有線通信的方法將數(shù)據(jù)傳送到一個(gè)遠(yuǎn)程終端，前者采用 Wi-Fi? 或 ZigBee? 技術(shù)，而后者則使用串行端口或電力線通信 (PLC) 技術(shù)。

　　· 輔助計(jì)量表可以選擇具備對(duì)輸送至電器設(shè)備的功率實(shí)施調(diào)節(jié)的能力。例如：在尖峰負(fù)荷時(shí)間關(guān)斷電器設(shè)備或從某個(gè)遠(yuǎn)程位置進(jìn)行控制。

　　用于能耗測(cè)量的組件

　　能耗測(cè)量系統(tǒng)需要使用電壓和電流傳感器、一個(gè)用于連接這些傳感器的 AFE 和一個(gè)負(fù)責(zé)完成能耗測(cè)量計(jì)算的 MCU。能耗測(cè)量結(jié)果可顯示在 LCD 屏之上，或通過(guò)串行總線發(fā)送至其他設(shè)備以進(jìn)行無(wú)線通信，如下一頁(yè)上的圖 2 所示。

　　圖 1：MSP430? 能源看門狗 (Energy Watchdog)2 智能插頭參考設(shè)計(jì)

　　圖 2：能耗測(cè)量系統(tǒng)方框圖

　　功率是瞬時(shí)電壓與電流的乘積。如下面的公式所示，有功能耗為功率的時(shí)間積分，以千瓦-小時(shí) (kWh) 為單位來(lái)表示。

　　式中的 Vsamp 為電壓樣本，Isamp 為電流樣本，N 為樣本數(shù)量。

　　能耗測(cè)量的第一步是分別采用電壓和電流傳感器來(lái)測(cè)量輸入電壓和負(fù)載電流。