电能计量芯片汇总

吕伟嘉 杨霖

摘要: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。本文着重介绍SA9904B，ATT7026A及CS54633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。

关键词:芯片；电能计量

中图分类号：F407 文献标识码： A

一、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的电能计量集成电路芯片。这三者均适用于三相三线制的具有50Hz或60Hz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,因此下面主要从三种芯片的简介以及芯片的工作原理来介绍芯片。

二、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)／320000；计算每相的有功或无功功率：功率=VRATED×IRATED×N／INTTIME／320000。VRATED为电表的额定电源电压，IRATED为电表的额定电源电流，其中：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。

三ATT7026A简介

ATT7026A44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。

四、CS5463简介

CS5463有24引脚，SSOP封装，32个寄存器。采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→转向相应的中断处理程序→将读出的值写回，以CS5463的串行口包括清除状态寄存器→重新开中断→从中断处理程序中返回。

四、工作原理

1电气参数

(1)SA9904B单±5V或±2．5V供电，VDD=2．5V，VSS=一2．5V，IDDmax=11mA，时钟3．5795MHz，电流感应输入范围一25～+25μA。

(2)ATT7026A单+5V供电，VDD=3．OV，IDDmax=28mA，时钟为24．576MHz，VRER=2．4V，电流、电压通道最大输入差分电压±1．5V。

(3)CS5463单+5V或±2.5V供电，VDD=2．5V，VREF=2.4V，时钟为4．096MHz，电流、电压通道最大输入差分电压±o．15V。

2工作环境

(1)SA9904B其工作温度范围为一10℃~+70℃。

(2)ATT7026A其工作温度范围为一40℃~+85℃。

(3)CS5463其工作温度范围为一40℃～+85℃。

3运算时间

(1)SA9904B内部2个16位二阶的∑一△A／D转换器，以1．7897MHz的速度采样。24位元暂存器在额定条件下于320K／s采样。

(2)ATT7026A16位A／D转换器采样速率3．2kHz．当复位引脚低电平大于20μs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l／3s，第一次上电需650ms才能有正确值。

(3)CS546324位△一∑调制器以MCLK／8S／s的速度进行采样。当复位引脚低电平大于50ns时，芯片进入复位状态，温度传感器每560ms更新一次，状态传感器每4kHz更新一次。

4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。

五、结束语

综上所述，本文着重介绍了SA9904B，ATT7026A，CS5463等三相高精度电能计量芯片的工作原理，随后比较了芯片的性能指标。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。

参考文献

[1]王祥莉.基于CMOS数模混合技术的防窃电电能计量芯片设计[J].电子与通信工程，2008（01）：61-64.

[2]徐智铖.电能计量芯片专用ADC的设计[J]．电力电子与电力传动 ，2006(1)：20-25．