基于CS5460A的數(shù)字電表的校準(zhǔn)及修調(diào)

隨著大規(guī)模集成電路和通訊技術(shù)的發(fā)展，在電能計量領(lǐng)域，數(shù)字電表以其自身的優(yōu)勢，逐漸取代了傳統(tǒng)的機(jī)械式電度表。高精度的電能計量芯片是數(shù)字電表的核心部分，CS5460A是Cirrus Logic推出的電能計量芯片，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種單、三相電能表以及電力系統(tǒng)測量控制領(lǐng)域。由于各電表廠家對芯片的控制軟件不同，特別是校準(zhǔn)處理方法的差異，造成電表誤差偏大，達(dá)不到高精度要求。本文詳細(xì)描述了北高智公司的三相數(shù)字電表的軟件校準(zhǔn)和修調(diào)方法，對廣大的數(shù)字電表軟件設(shè)計工程師有很大幫助。

三相數(shù)字電表硬件框圖

本款簡單有功/無功組合三相數(shù)字電表采用三星MCU(S3P8469)為控制器，CS5460A為計量芯片，電能存儲在EEPROM中，通過RS485接口讀出，同時在LED上直觀的顯示出來。另外，該款電表去除了笨重的線形變壓器，采用了TOP232Y開關(guān)電源，既縮小了電表的體積，又節(jié)省了硬件成本。

在對三相數(shù)字電表的CS5460A進(jìn)行校準(zhǔn)及修調(diào)之前，應(yīng)做如下工作：

1．檢查測量MCU是否工作正常，如晶體是否起振(MCU的PIN12和PIN11)；上電時是否給SAMSUNG 8469復(fù)位信號(MCU的PIN16)(硬件復(fù)位或功能MCU復(fù)位，低復(fù)位且保持1ms以上)。

2．檢查CS5460A及外圍器件是否工作正常，如：CS5460A的VA+(PIN14)VD+(PIN3)是否有+5V 供電，并觀察其是否穩(wěn)定，晶體是否起振(CS5460A的PIN1和PIN24)，CS5460A的MODE(PIN8)是否接了DGND(數(shù)字地)，參考基準(zhǔn)電壓是否為2.5V左右，(CS5460A本身提供基準(zhǔn)電壓：PIN11與PIN12 相連，再連一0.1μF電容到VA-)；A、B、C三相加額定電壓與最大電流時，CS5460A的電壓通道與電流通道的電壓信號在100mV-150mV (有效值)之間(分壓電阻取值參見原理圖)。

圖：三相數(shù)字電表功能框圖。

3. 檢查MCU(SAMSUNG 8469)與CS5460A的SPI接口是否工作正常，如：CLK_CS5460(MCU的PIN21)、SDI_CS5460(MCU的PIN20)、 SPI_SDO(MCU的PIN22)是否有信號；每一相的CS(A、B、C相的CS分別對應(yīng)MCU的PIN32、PIN33、PIN34)是否為每秒選通一次；每一相的RST(A、B、C相的RST分別對應(yīng)MCU的PIN36、PIN37、PIN38)是否在復(fù)位，正常工作時，應(yīng)無RST信號。若某相有復(fù)位信號，應(yīng)檢查該相CS5460A及其外圍器件是否工作正常。

三相數(shù)字電表的校準(zhǔn)

只有確保MCU及CS5460A都工作正常后，方可進(jìn)行校準(zhǔn)及修調(diào)。

CS5460A的自動校準(zhǔn)過程：計算機(jī)發(fā)送命令給三相數(shù)字電表的MCU，MCU收到命令后發(fā)送相應(yīng)的校準(zhǔn)命令(表1)給CS5460A，等待6-8秒，校準(zhǔn)結(jié)束。

1．校準(zhǔn)順序：

電壓通道：直流偏移—>交流增益—>交流偏移

電流通道：直流偏移—>交流增益—>交流偏移

2．校準(zhǔn)時輸入條件：

a．校準(zhǔn)電壓通道時，電流通道始終加上最大量程電流(I=Imax)；校準(zhǔn)電流通道時，電壓通道始終加上額定電壓(U=Un)。

b． 校準(zhǔn)電壓通道的直流偏移和交流偏移時，電壓輸入端懸空或?qū)S5460A的VIN+與VIN-短接；校準(zhǔn)電流通道的DC Offset和AC Offset時，電流輸入端不加電流或?qū)S5460A的IIN+與IIN-短接。

c．校準(zhǔn)增益校準(zhǔn)時，電壓通道與電流通道都加滿度信號(即VIN+與VIN之間，IIN+與IIN-之間均為100mV-150mV，U=Un，I=Imax)。

如何修調(diào)三相電表多功能模塊

CS5460A校準(zhǔn)以后，只需調(diào)試有功軟修調(diào)、相位軟修調(diào)、無功軟修調(diào)三個點。分A、B、C分相來修調(diào)，分相修調(diào)好后，合相的精度也就好了。在進(jìn)行分相修調(diào)時，另外兩相可以加電壓，但不能加電流，即保證另外兩相沒有功率產(chǎn)生。

修調(diào)過程：

1．有功軟修調(diào)：

輸入條件：cosφ=1.0U=Un，I=Ib(額定電流)。

原理：Pr=Pt×△x。其中：Pt為CS5460A測得的單相有功功率，△x=K1+((±y)×K2)，K1、K2為固定值，y為修調(diào)值。若標(biāo)準(zhǔn)表顯示的有功誤差偏正，則將y 減小；若標(biāo)準(zhǔn)表顯示的有功誤差偏負(fù)，則將y增大。

2．相位軟修調(diào)

輸入條件：cosφ=0.5L U=Un，I=Ib(額定電流)。

原理：在CS5460A的資料中，配置寄存器的[PC6:PC0]位用于修調(diào)CS5460A電壓通道與電流通道之間由于元器件的離散性造成的相位偏差，其可修調(diào)的范圍為：±2.8度(60Hz)。假設(shè)y為配置寄存器的[PC6:PC0]的值(缺省值為0)，若標(biāo)準(zhǔn)表顯示的有功誤差偏正，則將y減?。蝗魳?biāo)準(zhǔn)表顯示的有功誤差偏負(fù)，則將y增大。

注：修調(diào)相位時，測試有功功率的誤差精度。相位修調(diào)好后，無功功率無須再修調(diào)相位。

3． 無功軟修調(diào)：

輸入條件：sinφ=1.0 U=Un，I=Ib(額定電流)。

原理：Qr=Qt×△x。其中：Qt為CS5460A測得的單相無功功率。△x=T1+((±y)×T2)，T1、T2為固定值，y為修調(diào)值，若標(biāo)準(zhǔn)表顯示的無功誤差偏正，則將y減??；若標(biāo)準(zhǔn)表顯示的無功誤差偏負(fù)，則將y增大。