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