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基于CSE7780芯片的国网新标准单相智能电能表设计资料


基于 CSE7780 芯片的国网新标准单相智能电能表设计 关键词:CSE7780, 智能单相电表, 软件校表, Sigma-Delta, 模数转换器 CSE7780 是深圳市芯海科技有限公司继 2007 年推出高精度单相有功功率计量芯 片 CSE7755B 实现低成本电表方案,以及 2009 年推出填补国内数模混合三相电能计 量芯片空缺的三相电能计量芯片 CSE7752 后,又成功推出的能够测量电压有效值、 电流有效值、平均有功功率等各种电气参数,且具有防窃电功能的单相多功能计量 芯片。基于该芯片的电表方案完全符合国网新标准,从而使得芯海科技成为目前符 合国网新标准的少数几个芯片供应商之一。 基于 CSE7780 设计的智能电能表旨在使设计方案更加合理,使之成为性价比更 具优势的产品。本文将对计量芯片 CSE7780 的性能特点和结构电路进行了分析,并 从软、硬件两个方面给出符合国网智能电能表要求的设计方法。符合国网新标准电 能计量方案 CSE7780 是一款高精度单相电能计量芯片,在动态范围(1500:1)内,非线性误 差小于 0.1%,提供两路电流有效值、一路电压有效值,在动态 400:1 的范围内,有 效值误差小于 0.5%。 该芯片能够提供有功功率、有功能量、电流有效值、电压有效值、线频率、过 零中断等功能,以及提供全数字增益、相位、失调校准,有功能量脉冲从 PF 管脚输 出。CSE7780 通过一个 SPI 串行接口可以与外部的 MCU 进行通信;具有潜动阈值可 调功能;内部具有电源监控电路,可以保障芯片的正常工作。CSE7780 使用 5V 单工 作电源,内置 2.5V 电压参考源,也可以使用外置的 2.5V 参考源。 图 1:CSE7780 结构框图 CSE7780 的内部功能结构框图 如图 1 所示。在芯片工作时,将采样到的电流、电压信号先经过增益放大器, 将采样信号放大,然后再通过高精度的 Sigma-Delta,模数转换器(ADC)将模拟信 号转换为数字信号,得到的数字信号通过低通滤波器、高通滤波器滤去高频噪声与 直流增益,从而得到需要的电流、电压采样量化的数据。将这些数据相乘,经过低 通滤波器输出平均有功功率;电流、电压量化后的数据通过平方电路、低通滤波器、 开方电路得到电流、电压有效值。将有功功率按时间积分,计算出有功能量。通过 能量频率转换器将得到的能量通过 PF 引脚输出, 也可通过 SPI 总线获得经过数字信 号处理得到的数字化数值。完整解决方案软硬件设计 (一)软件设计 CSE7780 寄存器的配置流程如图 2 所示,先设置好计量控制寄存器,能后再配置校 表寄存器。 图 2:参数配置流程图 CSE7780 ADC 参数设计 以设计一块额定电压 220V(Un)、10 (60) A 电流规格、表常数为 1600imp/KWh 电 表为例,由于电流输入通道允许输入最大信号为±700mV 的峰峰值(有效值为 495mVrms),10(60)A 的表考虑到通道 A 发热的情况,可选择 200~250 微欧的锰铜, 若以 250 微欧的锰铜来采样, 在 Imax=60A 时, 通道 A 的采样信号为 60A*250μ Ω =15mV, 由于电流通道 A 的允许最大输入信号为 495mV,因此电流通道的增益选择可配置成 16,通道 B 采用 2500:1 的互感器;负载电阻 10Ω ,电流通道 B 增益设置为 1。电压 通道允许最大输入信号为±700mV 的峰峰值,考虑到电压会有 130%Un 过压,可将电 压采样信号通

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