三明变压器厂

2014-10-14 14:03:42 来源:eefocus

关键字：电网 三明变压器 CS5460A AT89C52 X5045
　　传统的电网三明变压器一般都采用指针式表头，且都存在着测量范围小，稳定性差，精度低，表头指针指示不便于读数且误差大等缺点，已经不适应社会发展的需要。而随着智能化测控技术的迅速发展．以单片机为核心的电表的优势已十分明显。为此，本文采用单片机作为仪表的主控制器，并用Cirrus Logic公司的电能计量芯片负责采集数据，给出了一款性价比高、抗干扰能力强、测量精度很的电网三明变压器的设计方法。
　　1 系统工作原理
　　在工业生产和日常生活中，准确、实时的测量电网电流是必不可少的。本文采用开关稳压电源将220 V市电整流稳压为模拟、两路+5 V电源，来为整个电表电路供电。然后通过电流三明变压器检测电流信号，再将其转换为电压信号，并送入单相功率／电能集成芯片CS5460A内，同时在片内完成信号的采样、计算和误差校正。整个过程可在MCU控制下进行。该仪表系统的工作原理及结构框图如图1所示。

　　本系统中的开关稳压电源具有功耗小、稳压范围宽、体积小、重量轻、安全可靠等优点。由于系统检测电路部分要用到CS5460A，因此，为了避免模数间的干扰，该开关稳压电源部分需要有两路+5 V输出。
　　2 基于CS5460A的电流检测电路
　　系统中的电流检测电路是该三明变压器设计的核心部分．其主要功能是在AT89C52的控制下由CS5460A检测电流信号并输出瞬时值给单片机，本电路选用X5045来存放标准校正值。以供单片机随时校准电流值。检测电路中的主要器件有电流三明变压器、CS5460A、AT89C52、X5045等。
　　2．1 CS5460A功能概述
　　CS5460A是一个包含有两个△∑模一数转换器(ADC)、高速电能计算功能和一个串行接口的高集成△∑模一数转换器。它可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、IRMS和VRMS，可用于研制开发单相二线或三线电表。CS5460A可以使用低成本的分流器或电流三明变压器来测量电流，而使用分压电阻或电压三明变压器测量电压。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。此外，CS5460A还具有方便的片上AC／DC系统校准功能。“自引导”的特点使CS5460A能独自工作，可在系统上电后自动初始化。在自引导模式，CS5460A可从一个外部：EEPROM中读取校准数据和启动指令。使用该模式时，CS5460A在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可以提供瞬时电压／电流，功率数据采样以及有功能量、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，其输出的脉冲数与有功能量寄存器的数值成正比。同时，CS5460A还专为功率测量进行了优化，非常适合与分流器或电流三明变压器相连来测量电流：或与分压电阻或电压三明变压器相连来测量电压。为适应不同电平的输入电压，其电流通道集成有一个增益可编程的放大器(PGA)，从而使输入电平满量程可选择为±250 mVRMS或±50 mV RMS。电压通道的PGA可适应±250mV的输入电压范围。对于VA+和VA-两端接单+5V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 V到+5 V。另外，设计时可以在某一个信道或两个信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滤波器，可将两个△∑调制器的输出衰减10倍并积分。滤波器以(MCLK／K)／1024的字输出速率(OWR)输出24位数据。为了方便与外部微控制器的通讯，CS5460A还集成有一个简单的三线串行接口，该串口与SPPM和MicrowireTM标准兼容。串口的串行时钟(SCL)和RESET引脚内包含的一个施密特触发器，允许使用上升速度较慢的信号。
　　CS5460A特性如下：
　　电能数据的线性度在1000∶1动态范围内为±0．1％：
　　片内可以测量电能(有功)、I*V、IRMS和VRMS，并具有电能一脉冲转换功能；
　　可以从串行EEPROM智能“自引导”，不需要微控制器：
　　可AC或DC系统校准：
　　具有机械计度器／步进电机驱动器：
　　符合IEC687／1036，JIS工业标准；
　　功耗<12mW：
　　带有优化的分流器接口：
　　具有V对I的相位补偿：
　　单电源地参考信号
　　片内带有2．5 V参考电压(最大温漂60ppm／℃)；
　　有简单的三线符串行接口和看门狗定时器：
　　内带电源监视器：
　　电源配置为VA+=+5 V；VA-=0V；VD+=+3．3V～+5 V
　　图2所示为CS5460A在单电源单相二线系统的功率测量方案电路图。该电路可用监控电源线电流的电阻分流器联接在电源的火线端。

2．2电流检测电路
　　通过电流三明变压器可获取电路的互感电流。采用电流三明变压器这种形式的主要优点在于可实现与低压的隔离。图3所示是本系统的电流检测电路。由于CS5460A的电流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，图2电路中由R1、R2将互感电流转变为电压信号，再通过R3、R4限流和C3、C4滤波后输入到CS5460A的电流检测管脚(16、15)。另外，在两路输入中。还分别使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、+5 V电源。同时为了滤除电压波动，增加电源的稳定性，可在两路电源输入端分别加一小滤波电容。由于此为电流检测。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。另外，将13脚VA接模拟地，4脚DGND接地，模拟地和地之间用电感连接。1、24(XOUT，XIN)两脚接4．096 MHz的晶振。以用过程控制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可以完成对模拟信号的检测并以信号输出检测值．即一个芯片同时有模拟、数图3 系统电流检测电路字两种信号，因此，它需要模拟两路电源；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。
(本文转自电子工程世界：http://news.eeworld.com.cn/mcu/2014/1014/article_16512.html)