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智能电网相关技术文章基于A/D转换芯片加微处理器实现三相多功能电表设计

随着电子技术的飞速发展,电能表的集成度越来越高,在三相多功能电表市场上,主要有两种架构:电能计量芯片加微控制器;A/D转换芯片加微处理器。第一种方案成本比较低,功能主要取决于电能芯片,微控制器不能进行复杂的数据处理,所以不具有谐波分析功能。第二种方案可以通过复杂的数据处理,实现非常多的功能。本文主要介绍基于CS5451A+TMS320F2801的三相多功能电表设计。

CS5451A是Cirrus Logic公司为能源测量工业设计的高度集成的Δ-Σ A/D转换器。CS5451A在一个芯片上集成了6个Δ-Σ A/D转换器、滤波器和一个与微控制器或DSP相联接的串行接口。CS5451A与一个变流器或可测量电流的分流器和电阻分割器或测量用变压器直接连接。同时该产品已被初始化和功能完全设置,并包括一个参考电压。

基于A/D转换芯片加微处理器实现三相多功能电表设计

图1:基于CS5451A+TMS320F2801的三相多功能电表框图。

TMS320C28x系列数字信号控制器是业界第一款32位基于DSP的控制器,具有板载Flash存储器和高达150MIPS的性能,它们针对于工业自动化、数字电源、汽车控制以及高级传感应用。C28x内核是世界上最高性能控制优化内核,提供计算带宽来实时处理许多复杂的控制算法,如无传感速度控制、随机PWM以及功率因数校正。C28x还提供了足以与一般MCU相匹敌的C代码效率,与C2000系列中的当前器件完全代码兼容。

硬件设计

图1所示为本方案的硬件框图,本方案按功能可分成以下几个模块:

电压转化模块是一个电阻网络,用分压电阻的方法,把三相电压信号转化成三个400mV的信号,经过阻容滤波送入CS5451A(见图2)。

图2:采用电阻网络的电压转化模块。

电流转化模块是通过电流互感器,把0-6安的三相电流信号转化成三个400mV的信号,经过阻容滤波送入CS5451A(见图3)。