一种新型电网数显功率表的电路设计

CS5460A可以使用低成本的分流器或电流互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。CS5460A具有与微控制器通讯的双向串口，芯片的脉冲输出频率与有功能量成正比。CS5460A具有方便的片上AC／DC系统校准功能。“自引导”的特点使CS5460A能独立工作，系统上电后自动初始化。在自引导模式中，CC5460A从一个外部EEPROM中读取校准数据和启动指令。使用该模式时，CS5460A工作时不需要外加微控制器，因此当电表用于大批量住宅电能测量时，可降低电表的成本。
CS5460A是具有有功功率计算引擎的CMOS单片功率测量芯片，它包含了两个增益可编程放大器、两个△∑调制器、两个高速滤波器，具有系统校准和有效值／功率计算功能，以提供瞬时电压／电流／功率数据采样及有功能量、IRMS、VRMS的周期计算结果。为适应低价测量应用，CS5460A也能在给定引脚上输出脉冲串，输出的脉冲数与有功能量寄存器的数值成正比。CS5460A专为功率测量进行了优化，它适合与分流器或电流互感器相连来测量电流；与分压电阻或电压互感器相连来测量电压。为适应不同电平的输入电压，电流通道集成有一个增益可编程放大器(PGA)，使输入电平满量程可选择为±250 mVRMS或±50 mVRMS。电压通道的PGA可适应±250 mV的输入电压范围。对于VA+和VA－两端接单+5 V电源的情况，两个通道的差模输入引脚间所加的共模+信号电压为－0．25～+5 V。另外，设计时可以在某一个通道或两个通道实现双端差模输入，此时输入信号的共模电压加在AGND上。CS5460A每通道都有一个高速数字滤波器，将两个△∑调制器的输出衰减10倍并积分。滤波器以(MCLK／K)／1 024的字输出速率(OWR)输出24位数据。为了方便与外部微控制器通讯，CS5460A集成有一个简单的三线串行接口，该串口与SPITM和Micro WireTM标准兼容。串口的串行时钟(SCLK)和RESET引脚内包含一个施密特触发器，允许使用上升速度较慢的信号。
CS5460A特性：
(1)电能数据线性度：在1 000：1动态范围内线性度为±0．1％；
(2)片内功能：可以测量电能(有功)，I×V，IRMS和VRMS，具有电能一脉冲转换功能；
(3)可以从串行EEPROM智能“自引导”，不需要微控制器；
(4)AC或DC系统校准；
(5)具有机械计度器／步进电机驱动器；
(6)符合IEC687／1036，JIS工业标准；
(7)功耗12 mW；
(8)优化的分流器接口；
(9)V对I向相位补偿；
(10)单电源地参考信号；
(11)片内2．5 V参考电压(最大温漂60 ppm／°C)；
(12)简单的三线数字串行接口；
(13)看门狗定时器；
(14)内带电源监视器；
(15)电源配置为VA+=+5 V；VA－=0 V；
VD+=+3．3～+5 V。
如图4所示为CS5460A在单电源单相2线系统的功率测量方案，该图用于监控电源线电流的电阻分流器联接在电源的火线端。

3．2 功率检测电路工作原理
首先通过电流互感器获取高压电路的互感电流。采用电流互感器这种形式的主要优点在于，实现了高压与低压的隔离。由于CS5460A的功率检测实际上是将电流信号转变为电压信号后的电压检测，所以在电路中由R48、R49将互感电流转变为电压信号，再通过R50、R51限流和C21、C22滤波后输入到CS5460A的功率检测管脚15、16。另外，在两路输人中分别用二极管进行电压嵌位，以避免电压过高时损坏CS5460A。CS5460A的3、14脚分别为，模拟、数字+5 V电源。同时为了滤除电压波动增加电源的稳定性，在两路电源输入时分别加一小滤波电容。由于此为功率检测，所以电压检测的两输入脚9、10为了避免干扰也应接模拟地。13脚VA－接模拟地，4脚DGND接数字地，模拟地和数字地之间用电感连接。1、24(XOUT，XIN)两脚接频率为4．096 MHz的晶振。CS5460A自动完成输入信号的检测，并通过6脚SDO输出数据；同时，分别由5脚SCLK、7脚CS、19脚R＼E＼S＼、20脚I＼N＼T＼、23脚SDI输出单片机的时钟脉冲、片选信号、复位信号、中断信号和单片机对CS5460A的控制信号。由于CS5460A完成了对模拟信号的检测并以数字信号输出检测值，即一个芯片同时有模拟、数字两种信号，它需要模拟数字两路电源；同时，其需要接地的管脚一定要正确接相应的地，不然将会引入很大的干扰。