基于Kinetis微控制器的三相电表设计

　　1 概述

　　目前，高效能源管理和输配电方面存在各种挑战，而嵌入式控制和集成连接功能将成为未来智能电网成功的关键，而智能三相电表是智能电网的终端环节和最重要的基本构建。

　　飞思卡尔三相电表方案按照中国电网标准GB/T 17215.322-2008/ IEC 62053-22:2003设计。方案采用飞思卡尔最新的基于ARM Cortex-M0+ 内核44引脚的Kinetis M系列，KM14作为计量芯片，其基于ARM Cortex-M0+ 内核100引脚的Kinetis L系列，KL36作为系统芯片。该方案可以简化并加速设计者的设计流程，降低研发风险及成本，缩短研发时间，确保客户并在此基础上开发出有竞争力的产品。

　　2 系统组成

　　2.1 系统图

　　系统原理框图如图1所示。

　　2.2 系统描述

　　计量芯片KM14基于ARM Cortex M0+内核，主频可达50 MHz，可以用来做谐波分析和计量。其SPI可以与后端主MCU KL36进行通信。有4路独立的24 位ΣΔADC，含有两个可编程增益放大器，能够满足高精度计量。该设计之所以能够实现三相计量(如图1下半部分红色线所标识)，是因为不但有4路独立的24 位Σ-ΔADC，还有16 位SAR ADC，两者进行相位补偿算法以后，就可以满足三相电表规范。

　　4个UART接口可以满足国家电网载波485、红外和PLC的相关要求。该设计不但可以满足国家电网的计量规范，也可以满足国外IEC 62053-22 和IEC 62053-23等计量标准。

　　低功耗模式，全速情况下可以实现97 uA/MHz,对于停电等情况可以得到很好的支持。

　　2.3 系统功能特点

　　根据以上的描述，总结出该系统的特点如下。

　　(1)电压输入范围3×220~380 V;

　　(2)电流输入范围5~60 A;

　　(3)0.5S有用功计量精度。