隨著電器的增多，負(fù)載功率不斷增大，導(dǎo)致許多插座在過(guò)流、過(guò)壓等情況下，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)，甚至引起火災(zāi)。因此，能夠通過(guò)檢測(cè)負(fù)載功率的大小來(lái)保護(hù)電器并輕松測(cè)量和判斷電器能耗參數(shù)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的智能插座，其市場(chǎng)需求越來(lái)越大，尤其是目前已經(jīng)率先受到海外市場(chǎng)的青睞。
CSE7780采用芯海科技成熟的3 路Σ-△技術(shù)，可分別用于相線電流采樣、零線電流采樣以及電壓采樣?；贑SE7780設(shè)計(jì)的智能插座能夠通過(guò)檢測(cè)負(fù)載功率的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)用電器使用功耗的監(jiān)測(cè)。
智能插座系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)由計(jì)量模塊、顯示模塊和控制模塊三部分組成(見(jiàn)圖1)，本文將對(duì)關(guān)鍵的計(jì)量模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)講述。
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圖1:基于CSE7780智能插座系統(tǒng)框圖。
1、計(jì)量功能設(shè)計(jì)
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(guò)零中斷等功能，提供全數(shù)字增益、相位、偏置電流校準(zhǔn)，有功能量脈沖從PF管腳輸出。此外，CSE7780提供一個(gè)SPI串行接口，可以與外部MCU進(jìn)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(jì)量包括電流、電壓采樣兩部分。
(1) 電流信號(hào)采樣
電流采樣電路中，電流流經(jīng)錳銅分流器時(shí)會(huì)在計(jì)量芯片的電流采樣通道上產(chǎn)生一個(gè)壓降，不同的電流信號(hào)在分流器上形成的壓降不同，計(jì)量芯片通過(guò)采集在分流器上形成的電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流信號(hào)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(hào)，由于電壓信號(hào)較大，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)降壓的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓信號(hào)的采樣。
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圖2:基于CSE7780智能插座的計(jì)量電路。
2、顯示模塊設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的顯示部分采用的液晶驅(qū)動(dòng)控制芯片為HT1621,該液晶驅(qū)動(dòng)能夠4*32的液晶段碼，完全能夠滿足顯示驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)
1、電參數(shù)的計(jì)算
以設(shè)計(jì)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(hào)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(lái)采樣，在Imax=60A時(shí)，通道A的采樣信號(hào)為60A*250μΩ=15mV.由于電流通道A的允許最大輸入信號(hào)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(fù)載電阻10Ω，電流通道B增益設(shè)置為1.電壓通道允許最大輸入信號(hào)為±700mV的峰峰值，考慮到電壓會(huì)有130%Un過(guò)壓，可將電壓采樣信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電阻將220V交流電壓信號(hào)降至220mV左右，電壓通道增益選擇為1.
通過(guò)上述的論述，我們需將電流通道A的增益設(shè)置為16,電壓通道的增益設(shè)置為1,因此SYSCON寄存器應(yīng)設(shè)置為0080H.
CSE7780寄存器的配置流程如圖3所示。
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圖3:CSE7780寄存器的參數(shù)配置流程圖。