一種新型電網數顯功率表的電路設計

在直流電路中，有功功率反映被測電路的電壓和電流的乘積(p=UI)；在交流電路中，除了這個乘積外，還應反映其相位差的余弦，即電路的功率因數cosψ，有p=UI／cosψ。關于工業加工和日常生活，準確、實時的測量電網功率是必不可少的。本系統采用開關穩壓電壓源，將220V交流市電整流穩壓為模擬、數字兩路+5V電源，為整個電表電路供電。采用先進的單相雙向功率／電能集成芯片CS5460A。通過電流互感器測試的電流信號，通過電阻分壓器輸入的電壓信號，可筆直輸入該集成芯片，在片內完成A／D轉換和瞬時有功功率計算。其基本結構框圖，如圖1所示。

2開關電源電路

電源是電子設備的核心部分，其質量的好壞筆直影響著電子設備的可靠性，而且電子設備的故障大都來自電源，因此在設計電子設備時，電源的設計十分緊要。現代電子設備使用的電源大致有線性穩壓電源和開關電源兩大類。所謂線性穩壓電源，就是其調整管工作在線性放大區。這種穩壓電源的緊要缺點是變換效率低，一般惟有35％～60％；開關穩壓電源的調整管工作在開關狀態，緊要的優越性就是變換效率高，可達70％～95％。此外，開關穩壓電源還有功耗小、穩壓范圍寬、體積小、重量輕、安全可靠等優勢。目前電子設備的穩壓電源逐漸被開關穩壓電源所取代。在本系統中，由于在測試部分要用到C55460A，為了戒備干擾，要模擬和數字兩路+5V電源，因此，在開關穩壓電源部分也要有兩路+5V電源。該部分電路原理圖，如圖2所示。

3功率測試電路

功率測試電路是該功率表設計的緊要部分。其緊要功能是在單片機p89LpC916的控制下由CS5460A測試功率并輸出功率值，其中X5045存放標準校正值，供單片機隨時校準功率值。其電路原理圖，如圖3所示。測試電路中緊要器件有功率互感器、CS5460A、單片機p89LpC916、X5045等。

3．1CS5460A功能概述

CS5460A是一個蘊含兩個△∑模一數轉換器(ADC)、高速電能計算功能和一個串行接口的高度集成的△∑模一數轉換器。它可以精確測量和計算有功電能、瞬時功率、IRMS和VRMS，用于研制開發單相2線或3線電表。

CS5460A可以使用低成本的分流器或電流互感器測量電流，使用分壓電阻或電壓互感器測量電壓。CS5460A具有與微控制器通訊的雙向串口，芯片的脈沖輸出頻率與有功能量成正比。CS5460A具有方便的片上AC／DC系統校準功能。“自引導”的特點使CS5460A能獨立工作，系統上電后自動初始化。在自引導模式中，CC5460A從一個外部EEpROM中讀取校準數據和啟動指令。使用該模式時，CS5460A工作時不要外加微控制器，因此當電表用于大批量住宅電能測量時，可降低電表的成本。

CS5460A是具有有功功率計算引擎的CMOS單片功率測量芯片，它蘊含了兩個增益可編程放大器、兩個△∑調制器、兩個高速濾波器，具有系統校準和有效值／功率計算功能，以供應瞬時電壓／電流／功率數據采樣及有功能量、IRMS、VRMS的周期計算結果。為適應低價測量使用，CS5460A也能在給定引腳上輸出脈沖串，輸出的脈沖數與有功能量寄存器的數值成正比。CS5460A專為功率測量進行了優化，它適合與分流器或電流互感器相連來測量電流；與分壓電阻或電壓互感器相連來測量電壓。為適應不同電平的輸入電壓，電流通道集成有一個增益可編程放大器(pGA)，使輸入電平滿量程可選擇為±250mVRMS或±50mVRMS。電壓通道的pGA可適應±250mV的輸入電壓范圍。關于VA+和VA－兩端接單+5V電源的情況，兩個通道的差模輸入引腳間所加的共模+信號電壓為－0．25～+5V。另外，設計時可以在某一個通道或兩個通道實現雙端差模輸入，此時輸入信號的共模電壓加在AGND上。CS5460A每通道都有一個高速數字濾波器，將兩個△∑調制器的輸出衰減10倍并積分。濾波器以(MCLK／K)／1024的字輸出速率(OWR)輸出24位數據。為了方便與外部微控制器通訊，CS5460A集成有一個簡單的三線串行接口，該串口與SpITM和MicroWireTM標準兼容。串口的串行時鐘(SCLK)和RESET引腳內蘊含一個施密特觸發器，準許使用上升速度較慢的信號。

CS5460A特性：

(1)電能數據線性度：在1000：1動態范圍內線性度為±0．1％；

(2)片內功能：可以測量電能(有功)，I×V，IRMS和VRMS，具有電能一脈沖轉換功能；

(3)可以從串行EEpROM智能“自引導”，不要微控制器；

(4)AC或DC系統校準；

(5)具有機械計度器／步進電機驅動器；

(6)符合IEC687／1036，JIS工業標準；

(7)功耗

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