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隨著電器的增多，負載功率不斷增大，導致許多插座在過流、過壓等情況下，不能實現(xiàn)自動保護，甚至引起火災。因此，能夠通過檢測負載功率的大小來保護電器并輕松測量和判斷電器能耗參數(shù)、實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的智能插座，其市場需求越來越大，尤其是目前已經(jīng)率先受到海外市場的青睞。 CSE7780采用芯海科技成熟的3路Σ-△技術，可分別用于相線電流采樣、零線電流采樣以及電壓采樣。基于CSE7780設計的智能插座能夠通過檢測負載功率的大小來實現(xiàn)對用電器使用功耗的監(jiān)測。 智能插座系統(tǒng)設計 本設計由計量模塊、顯示模塊和控制模塊三部分組成(見圖1)，本文將對關鍵的計量模塊設計進行重點講述。 圖1：基于CSE7780智能插座系統(tǒng)框圖。 1、計量功能設計 本系統(tǒng)采用的是CSE7780，該芯片能夠提供有功功率、有功能量、電流有效值、電壓有效值、線頻率、過零中斷等功能，提供全數(shù)字增益、相位、偏置電流校準，有功能量脈沖從PF管腳輸出。此外，CSE7780提供一個SPI串行接口，可以與外部MCU進行通信，而且內(nèi)部具有電源監(jiān)控電路，可以保障芯片的正常作。 如圖2所示，本系統(tǒng)計量包括電流、電壓采樣兩部分。 (1)電流信號采樣 電流采樣電路中，電流流經(jīng)錳銅分流器時會在計量芯片的電流采樣通道上產(chǎn)生一個壓降，不同的電流信號在分流器上形成的壓降不同，計量芯片通過采集在分流器上形成的電壓信號，從而實現(xiàn)了對電流信號的采集。 (2)電壓信采樣 電壓采樣通常是采集的是零線上的信號，由于電壓信號較大，本系統(tǒng)設計直接通過電阻網(wǎng)絡降壓的方式實現(xiàn)對電壓信號的采樣。 圖2：基于CSE7780智能插座的計量電路。 2、顯示模塊設計 本系統(tǒng)設計方案的顯示部分采用的液晶驅(qū)動控制芯片為HT1621，該液晶驅(qū)動能夠4*32的液晶段碼，完全能夠滿足顯示驅(qū)動的要求，可顯示電量、電壓有效值、電流有效值、有功功率等信息。 3、電源模塊 從產(chǎn)品的空間因素方面考慮，本系統(tǒng)設計的電源采用了非隔離電源，該電源電路能夠提供大約60mA的電流。 智能插座軟件設計 1、電參數(shù)的計算 以設計一塊額定電壓220V(Un)、10 (60) A電流規(guī)格、常數(shù)1600imp/KWh插座為例，由于電流輸入通道允許輸入最大信號為±700mV的峰峰值(有效值為495mVrms)，10(60)A的表考慮到通道A發(fā)熱的情況，可選擇200~250μΩ的錳銅，若以250μΩ的錳銅來采樣，在Imax=60A時，通道A的采樣信號為60A*250μΩ=15mV.由于電流通道A的允許最大輸入信號為495mV，因此電流通道的增益選擇可配置成16，通道B采用2500：1的互感器;負載電阻10Ω，電流通道B增益設置為1.電壓通道允許最大輸入信號為±700mV的峰峰值，考慮到電壓會有130%Un過壓，可將電壓采樣信號通過網(wǎng)絡電阻將220V交流電壓信號降至220mV左右，電壓通道增益選擇為1. 通過上述的論述，我們需將電流通道A的增益設置為16，電壓通道的增益設置為1，因此SYSCON寄存器應設置為0080H. CSE7780寄存器的配置流程如圖3所示。 圖3：CSE7780寄存器的參數(shù)配置流程圖。 2、HFConST寄存器的設置 常數(shù)EC為1600imp/KWh;Vu=0.22V;Vi=10A*0.00025Ω*16=40mV;EC=1600;Un=220V; Ib=10A.根據(jù)公式HFConst= INT[39.3143*Vu*Vi*10^11/(EC*Un*Ib)]可得HFConst=2664H，因此寫入HFConst寄存器的值應為2664H. 3、其他計量控制寄存器配置 啟動電流的配置。在Un、Ib的情況下，有功功率寄存器PowerA的數(shù)值為1A375D7H，按照要求在0.4%Ib的情況下能夠正常啟動，則Pstar寄存器可配置為0.2%Ib有功功率對應的數(shù)值Pstar=00D6H(Pstart對應的是PowerA的高24位，計算出的Pstart是16'h00D6)。 能量累加模式的配置。由于需要計量正反有功能量，因此我們須將能量累加模式配置成正反向功率都參與累加，累加方式是代數(shù)和方式，負功率有REVQ符號指示，使能PF脈沖輸出及有功電能寄存器累加，即可將EMUCON配置為0001H. 4、校表寄存器的配置 (1) 有功校正 a、功率增益校正 在輸入信號為Un、Ib的情況下，從校表臺獲得通道A的誤差為err,則公式1.如果Pgain>=0,則GPQA=INT[Pgain*2^15],反之若Pgain=0,PHSA =INT(θ/0.02^0);如果θ 圖4:基于CSE7780的智能節(jié)能插座系統(tǒng)主程序流程圖。 本文小結 基于CSE7780的智能節(jié)能插座目前已經(jīng)獲得多家企業(yè)的成功批量應用。該節(jié)能插座經(jīng)過測試，其系統(tǒng)顯示出良好的控制效果，能夠靈敏地檢測到負載是否過載及待機的狀態(tài)，有效保護電器的安全，受到此類產(chǎn)品制造商的青睞，并開始批量銷往海外。 |
