电能计量芯片汇总

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1、电能计量 SA9904B,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

2、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。 21 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

3、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 =（VRATE滋IRATED） /320 000 ;计算每相的有功或无功功率： 功率=VRATEI IRATEDXN /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

4、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。 22 ATT7026A 简介ATT7026A 44个引脚， QFP44

5、 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CFI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=VRMXSIRMS ，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，

6、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、电压有效值还提供三相电流、电压矢量和的有效值，用户可在指定寄存 器中读取。 ATT7026A 不具有中断功能。芯片内部集成了 SPI 串行通信接口， 使用 2 条控制线和 2 条数据线。更新校表数据寄存器的命令字为：最高两位是 10 ，低 6 位是校表寄存器的地址； 写特殊命令字操作 (配合软件校表 )的命令字为： 最高2位是 11，低 6位是特殊命令字的类型。芯片提供清校表数据、校表数据 读出、校表数据写使能、软件复位共 4 种特殊命令。23 CS5463 简介CS5463 有 24 引脚， SSOP 封装，32 个寄存器。采

7、样得到瞬态电压和电流 的数字量，把每对瞬态电压和电流的数据相乘，得到瞬时有功功率的采样值。 每 个 A D 采样周期后 新的瞬态功率采样值就存入功率寄存器， N 个瞬时功率采 样值为一组， 每组的值累加和用于计算以后放在能量寄存器中的数值， 它与电路 在N个A/D转换周期中的有功功率值成正比。同样原理，电压和电流有效值 也利用最近的 N 个瞬态电压、电流采样值计算， 并可从 RMS 电压和电流寄存器 中读出。视在功率可以在视在功率寄存器中直接读取，也可以对 E2 输出的与视 在功率成正比的脉冲进行计量得出。 CS5463 带有中断功能。中断处理流程为： 读状态寄存器-禁止所有中断一转向相应的中

8、断处理程序 一将读出的值写回，以 清除状态寄存器重新开中断从中断处理程序中返回。CS5463的串行口包括 4条控制线：CS、SDI、SDO、SCLK，如果片选CS直接与逻辑0相连接，则 只需要 3条线就可以完成串行口的操作。 。一个数据的传输总是从向串行接口的 SDI发送8位命令开始，当命令中包括一个写入操作时，在其后的 24个SCLK 周期内，串口将持续从 SDI 引脚读入串行数据。当发出一个读取命令时，。串 口将根据发出的命令，在其后的8、16、24个SCLK周期从SD0引脚上串行输 出寄存器内容。3 性能指标比较SA9904B ， ATT7026A 及 CS5463 都具有功能强大， 软

9、件、硬件实现方便， 。 计量精度高，价格便宜等优点，广泛适用于电能测量控制领域。但在性能、指标 方面仍存在较大差别。31 精度(1) SA9904B 符合 IEC 61036 一级交流电能表的规定要求，符合 IEC 61268 二级 VAR 时数电表的规定要求。 RMS 电压的测量精度为 1，有功功率的测量 精度为 10 级。适合做三相的有功和无功仪表，在做三相多功能表时测量精度 有待加强。(2) ATT7026A 有功电能计量满足 1 级、 015 级。符合 IEC6871036 和 GB/T1721521998标准。无功电能计量满足 2级、3级，符合IEC1268和GB /T1788221

10、999标准。有功、无功电能计量在 1000 : l的动态范围内误差均小 于 O11 。可精确测量至含 21 次谐波的有功、无功和视在功率。电压通道输 入101 000 mV时，有效值误差小于叭5 %。电流通道输入21000 mV时， 有效值误差小于 015%。线电压频率测量范围 10500 Hz。(3) CS5463 CS5463的精度较高，符合IEC，ANSI，JIS工业标准。电能数 据线性度在 1000： 1 动态范围内为01%，电能计量精度：在 300： 1动态范 围以上每秒读取0 1%；电压测量精度：读数的O. 1%;电流测量精度：读数 的 01%：瞬时功率测量精度：。读数的 01%。

11、32 电气参数SA9904B 单5V 或2. 5 V 供电，VDD=2 . 5 V, VSS= 2 . 5 V, IDDmax=11 mA，时钟3 . 5795 MHz，电流感应输入范围一 25+25讥。(2) ATT7026A 单+5 V 供电，VDD=3 . OV, IDDmax=28 mA，时钟为 24 .576 MHz，VRER=2 . 4V，电流、电压通道最大输入差分电压 1 5 V。(3) CS5463 单 +5 V 或土 2.5/ 供电，VDD=2 . 5 V，VREF=2.4 V，时钟为 4. 096MHz，电流、电压通道最大输入差分电压 o. 15V。3 3 工作环境(1)

12、SA9904B 其工作温度范围为一 10 C +70 C。(2) ATT7026A 其工作温度范围为一 40 C +85 C。(3) CS5463 其工作温度范围为一 40C+85C。3. 4 运算时间(1) SA9904B 内部2个16位二阶的！一厶A/D转换器，以1 . 7 897 MHz 的速度采样。 24 位元暂存器在额定条件下于 320Ks 采样。ATT7026A 16位A/D转换器采样速率3. 2 kHz .当复位引脚低电平大 于20 s时，器件进入复位状态，功率寄存器、有效值寄存器、功率因数寄存器、 电流电压相角寄存器更新时间为1/3 s，第一次上电需650 ms才能有正确值。(

13、3)CS5463 24位一刀调制器以MCLK/8S/s的速度进行采样。当复位引 脚低电平大于 50 ns 时，芯片进入复位状态，温度传感器每 560 ms 更新一次， 状态传感器每 4 kHz 更新一次。3 5 计量参数(1) SA9904B 双向有功与无功功率/电能测量 RMS 电源电压与频率。(2) ATT7026A 分相/合相有功、无功功率/电能，分相/合相视在功率，功 率因数，相角，线电压频率，分相/三相电压、电流有效值。(3) CS5463瞬时电压，电流和功率；IRMS和VRMS，视在功率，有功和无 功功率；有功的基波和谐波功：无功的基波功率，功率因数，频率。36 监控能力(1) S

14、A9904B 断相/相序错误故障检测。(2) ATY7026A 电源/启动电流/功率反向监控，相序/失压 /硬件端口检测。(3) CS5463 电源/功率反向监控，欠流/过压/欠压/掉电监测。3 7 中断(1) SA9904B 无中断事件发生(2) ATT7026A 无中断事件发生(3) CS5463 过压、过流、电压/电流有效值超出其范围、电能超值、温度/ 电压/电流通道调制器检测、欠压或电力故障。4 结语着重介绍了 SA9904B ， ATT7026A ， CS5463 等三相高精度电能计量芯片的 原理，随后比较了芯片的性能指标。 SA9904B 提供有功、无功电能，但不提供 视在功率和相角等参数， 。且测量精度不高； ATT7026A 提供各分相、 合相参数， 但不具有中断功能； CS5463 不但提供各种计量参数，而且提供中断，可以从串 行EEPROM智能自引导”不需要微控制器，更有低于12 mW的超低功耗。在工程应用中，用户可以根据各芯片不同的性能指标并结合实际需要合理选择电 能芯片。