CS5463数据手册资源-CSDN文库

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CS5463是一款集成式功率测量设备，包含模拟至数字转换器、功率计算引擎、能量至频率转换器和串行接口。其主要用于单相、2线或3线电表应用，能够准确测量瞬时电流和电压，并计算出电压有效值(VRMS)、电流有效值(IRMS)、瞬时功率、视在功率、有功功率和无功功率。CS5463的电流输入针对传感电阻进行了优化，并且可以通过电阻分压器或电位变压器来测量电压。该芯片具有以下特点和功能： 1. 能量数据线性：在1000:1的动态范围内，能量数据的线性度可达±0.1%。 2. 内置功能：包括瞬时电压、电流和功率测量，以及IRMS和VRMS的有效值计算。此外还有有功功率、无功功率的测量，包括基波和谐波功率，以及功率因数和线路频率的计算。还有能量至脉冲转换功能、系统校准和相位补偿功能，以及温度传感器。 3. 精准度：CS5463满足IEC、ANSI、JIS的精度规范。 4. 低功耗：芯片优化了能耗，适合需要低功耗的应用。 5. GND参考信号：单电源供电下，提供地参考信号。 6. 内置2.5V参考电压源：具有25ppm/°C的典型温度漂移。 7. 电源监控：CS5463具备电源监控功能，能够检测电源状态。 8. 简单的三线数字串行接口：用于与微处理器通信。 9. 自动启动模式：从串行EEPROM启动。 10. 电源配置：VA+=+5V；AGND=0V；VD+=+3.3V至+5V。 CS5463的内部结构包括模拟前端、模拟至数字转换器(ADC)、数字滤波器、功率计算引擎和串行接口。其模拟前端由高精度的瞬时电压和电流放大器、低通滤波器、过零检测和用于温度测量的温度传感器组成。转换部分通常采用ΔΣ调制器，将模拟信号转换为数字信号。在进行功率测量时，CS5463能够执行高速采样，这样可以提供非常精确的功率和能量测量。为了精确度，它提供了一个电压参考，用于提供精确的电压基准，以确保测量精度。CS5463还具备数字滤波器，用于消除数字信号中可能存在的噪声，进一步确保测量结果的准确性。 CS5463支持的串行接口使得与微处理器等控制设备的通信变得简单。自动启动模式则允许芯片在上电时从外部存储器自动加载配置和校准参数，这对于确保在不同的应用场合中能迅速开始工作非常有用。芯片内置的系统校准和相位补偿功能，使得产品在批量生产时，可以对每个单元进行精确的校准，确保在不同工作条件下的测量准确性。同时，系统级的校准可以简化校准过程，降低成本，提高生产效率。温度传感器的集成允许芯片在变化的环境温度下进行补偿，因为温度变化会影响测量准确性。这确保了在温度波动的环境中，CS5463依然能够提供稳定和准确的功率测量。 CS5463的使用场景涵盖了住宅和商业电表、电源分析和能效监控设备，以及其他需要精确功率和能量测量的场合。由于其高精度和多功能性，它已经成为能源管理系统中的重要组成部分。对于工程师来说，理解和掌握CS5463数据手册中的这些知识点，对于设计、实施和维护相关的电力测量系统至关重要。正确应用这些特性与功能，将有助于实现电力测量系统的精确和高效运行。

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CS5463

Single Phase, Bi-directional Power/Energy IC

Features

z Energy Data Linearity: ±0.1% of Reading

over 1000:1 Dynamic Range

z On-chip Functions:

- Instantaneous Voltage, Current, and Power

- I

RMS

and V

RMS

, Apparent, Reactive, and Active

(Real) Power

- Active Fundamental and Harmonic Power

- Reactive Fundamental, Power Factor, and Line

Frequency

- Energy-to-pulse Conversion

- System Calibrations and Phase Compensation

- Temperature Sensor

Meets accuracy spec for IEC, ANSI, JIS.

z Low Power Consumption

z Current Input Optimized for Sense Resistor.

z GND-referenced Signals with Single Supply

z On-chip 2.5 V Reference (25 ppm/°C typ)

z Power Supply Monitor

z Simple Three-wire Digital Serial Interface

z “Auto-boot” Mode from Serial E

PROM

z Power Supply Configurations:

VA+ = +5 V; AGND = 0 V; VD+ = +3.3 V to +5 V

Description

The CS5463 is an integrated power measure-

ment device which combines two ∆Σ

analog-to-digital converters, power calculation

engine, energy-to-frequency converter, and a

serial interface on a single chip. It is designed to

accurately measure instantaneous current and

voltage, and calculate V

RMS

, I

RMS

, instanta-

neous power, apparent power, active power, and

reactive power for single-phase, 2- or 3-wire

power metering applications.

The CS5463 is optimized to interface to shunt re-

sistors or current transformers for current

measurement, and to resistive dividers or poten-

tial transformers for voltage measurement.

The CS5463 features a bi-directional serial inter-

face for communication with a processor and a

programmable energy-to-pulse output function.

Additional features include on-chip functionality

to facilitate system-level calibration, temperature

sensor, voltage sag detection, and phase

compensation.

ORDERING INFORMATION:

See Page 44.

VA+ VD+

IIN+

IIN-

VIN+

VIN-

VREFIN

VREFOUT

AGND

XIN XOUT CPUCLK DGND

SDO

SDI

SCLK

INT

Voltage

Reference

System

Clock

Generat or

Serial

Interface

E-to-F

Power

Moni tor

PFMON

RESET

Digital

Filter

Cal ibr ati on

MODE

Power

Calculation

Engine

4th Order ∆Σ

Modulator

2nd Order ∆Σ

Modulator

Temperature

Sensor

Digital

Filter

PGA

HPF

Option

HPF

Option

x10

AUG ‘05

DS678PP1

CS5463

2 DS678PP1

TABLE OF CONTENTS

1. Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2. Pin Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3. Characteristics & Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4. Theory of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.1 Digital Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.2 Voltage and Current Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.3 Power Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.4 Linearity Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5. Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.1 Analog Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.1.1 Voltage Channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.1.2 Current Channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.2 IIR Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.3 High-pass Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.4 Performing Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.5 Energy Pulse Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5.5.1 Active Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5.5.2 Apparent Energy Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

5.5.3 Reactive Energy Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

5.5.4 Voltage Channel Sign Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

5.5.5 PFMON Output Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5.5.6 Design Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5.6 Sag and Fault Detect Feature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5.7 On-chip Temperature Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5.8 Voltage Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5.9 System Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5.10 Power-down States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5.11 Oscillator Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5.12 Event Handler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.12.1 Typical Interrupt Handler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.13 Serial Port Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.13.1 Serial Port Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.14 Register Paging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5.15 Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

5.15.1 Start Conversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

5.15.2 SYNC0 and SYNC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

5.15.3 Power-up/Halt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

5.15.4 Power-down and Software Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

5.15.5 Register Read/Write . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5.15.6 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

6. Register Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

6.1 Page 0 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

6.1.1 Configuration Register ( Config ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

6.1.2 Current and Voltage DC Offset Register ( I

DCoff

, V

DCoff

) . . . . . . . . . . . . 27

6.1.3 Current and Voltage Gain Register ( I

, V

) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

6.1.4 Cycle Count Register ( Cycle Count ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

6.1.5 PulseRateE Register ( PulseRateE ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

6.1.6 Instantaneous Current, Voltage, and Power Registers ( I , V , P ) . . . . . . 28

6.1.7 Active (Real) Power Register ( P

Active

) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

CS5463

DS678PP1 3

6.1.8 RMS Current & Voltage Registers ( I

RMS

, V

RMS

). . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

6.1.9 Epsilon Register (

ε ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

6.1.10 Power Offset Register ( P

off

) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

6.1.11 Status Register and Mask Register ( Status , Mask ) . . . . . . . . . . . . . . . 29

6.1.12 Current and Voltage AC Offset Register ( V

ACoff

, I

ACoff

). . . . . . . . . . . 30

6.1.13 Operational Mode Register ( Mode ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

6.1.14 Temperature Register ( T ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

6.1.15 Average and Instantaneous Reactive Power Register ( Q

AVG

, Q ) . . . . 31

6.1.16 Peak Current and Peak Voltage Register ( I

peak

, V

peak

) . . . . . . . . . . . . 31

6.1.17 Reactive Power Register ( Q

Trig

). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

6.1.18 Power Factor Register ( PF ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

6.1.19 Apparent Power Register ( S ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

6.1.20 Control Register ( Ctrl ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

6.1.21 Harmonic Active Power Register ( P

) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

6.1.22 Fundamental Active Power Register ( P

) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

6.1.23 Fundamental Reactive Power Register ( Q

) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

6.1.24 Page Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

6.2 Page 1 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

6.2.1 Temperature Gain Register ( T

Gain

) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

6.2.2 Temperature Offset Register ( T

Off

) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

6.3 Page 3 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

6.3.1 Voltage Sag and Current Fault Duration Registers

( VSAG

Duration

, ISAG

Duration

) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

6.3.2 Voltage Sag and Current Fault Level Registers

( VSAG

Level

, ISAG

Level

) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

7. System Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

7.1 Channel Offset and Gain Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

7.1.1 Calibration Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

7.1.1.1 Duration of Calibration Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

7.1.2 Offset Calibration Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

7.1.2.1 DC Offset Calibration Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

7.1.2.2 AC Offset Calibration Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

7.1.3 Gain Calibration Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

7.1.3.1 AC Gain Calibration Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

7.1.3.2 DC Gain Calibration Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

7.1.4 Order of Calibration Sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

7.2 Phase Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

7.3 Active Power Offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

8. Auto-boot Mode Using E

PROM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

8.1 Auto-boot Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

8.2 Auto-boot Data for E

PROM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

8.3 Which E

PROMs Can Be Used? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

9. Basic Application Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

10. Package Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

11. Ordering Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

12. Environmental, Manufacturing, & Handling Information . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

13. Revision History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

CS5463

4 DS678PP1

LIST OF FIGURES

Figure 1. CS5463 Read and Write Timing Diagrams.................................................................. 12

Figure 2. Timing Diagram for

E1, E2 and E3 ............................................................................... 13

Figure 3. Data Measurement Flow Diagram. .............................................................................. 14

Figure 4. Power Calculation Flow. .............................................................................................. 15

Figure 5. Active and Reactive energy pulse outputs................................................................... 17

Figure 6. Apparent energy pulse outputs.................................................................................... 18

Figure 7. Voltage Channel Sign Pulse outputs ........................................................................... 18

Figure 8. PFMON output to pin

E3 .............................................................................................. 19

Figure 9. Sag and Fault Detect ................................................................................................... 19

Figure 10. Oscillator Connection................................................................................................. 20

Figure 11. CS5463 Memory Map................................................................................................ 22

Figure 12. Calibration Data Flow ................................................................................................36

Figure 13. System Calibration of Offset ...................................................................................... 36

Figure 14. System Calibration of Gain. ....................................................................................... 37

Figure 15. Example of AC Gain Calibration ................................................................................ 37

Figure 16. Example of AC Gain Calibration ................................................................................ 37

Figure 17. Typical Interface of E

PROM to CS5463................................................................... 39

Figure 18. Typical Connection Diagram (Single-phase, 2-wire – Direct Connect to Power Line)40

Figure 20. Typical Connection Diagram (Single-phase, 3-wire).................................................. 41

Figure 19. Typical Connection Diagram (Single-phase, 2-wire – Isolated from Power Line)...... 41

Figure 21. Typical Connection Diagram (Single-phase, 3-wire – No Neutral Available)............. 42

LIST OF TABLES

Table 1. Current Channel PGA Setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Table 2. E2

Pin Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Table 3. E3

Pin Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Table 4. Interrupt Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

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STM32-CS5463.rar_CS5463 初始化_CS5463-STM32_STM32 CS5463_STM32 cs5

CS5463芯片资料及其电量测量应用资料

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CS5463例程

CS5460A中文资料

基于CS5463的高速功率计算

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