基于CS5460A的数字电表的校准及修调

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随着大规模集成电路和通讯技术的发展，在电能计量领域，数字电表以其自身的优势，逐渐取代了传统的机械式电度表。高精度的电能计量芯片是数字电表的核心部分，CS5460A是Cirrus Logic推出的电能计量芯片，已经广泛应用于各种单、三相电能表以及电力系统测量控制领域。由于各电表厂家对芯片的控制软件不同，特别是校准处理方法的差异，造成电表误差偏大，达不到高精度要求。本文详细描述了北高智公司的三相数字电表的软件校准和修调方法，对广大的数字电表软件设计工程师有很大帮助。
三相数字电表硬件框图
        本款简单有功/无功组合三相数字电表采用三星MCU(S3P8469)为控制器，CS5460A为计量芯片，电能存储在EEPROM中，通过RS485接口读出，同时在LED上直观的显示出来。另外，该款电表去除了笨重的线形变压器，采用了TOP232Y开关电源，既缩小了电表的体积，又节省了硬件成本。
        在对三相数字电表的CS5460A进行校准及修调之前，应做如下工作：
1．检查测量MCU是否工作正常，如晶体是否起振(MCU的PIN12和PIN11)；上电时是否给SAMSUNG 8469复位信号(MCU的PIN16)(硬件复位或功能MCU复位，低复位且保持1ms以上)。
2．检查CS5460A及外围器件是否工作正常，如：CS5460A的VA+(PIN14)VD+(PIN3)是否有+5V 供电，并观察其是否稳定，晶体是否起振(CS5460A的PIN1和PIN24)，CS5460A的MODE(PIN8)是否接了DGND(数字地)，参 考基准电压是否为2.5V左右，(CS5460A本身提供基准电压：PIN11与PIN12 相连，再连一0.1μF电容到VA-)；A、B、C三相加额定电压与最大电流时，CS5460A的电压通道与电流通道的电压信号在100mV-150mV (有效值)之间(分压电阻取值参见原理图)。

图：三相数字电表功能框图。

3. 检查MCU(SAMSUNG 8469)与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)是否有信号；每一相的CS(A、B、C相的CS分别对应MCU的PIN32、PIN33、PIN34)是否为每秒选 通一次；每一相的RST(A、B、C相的RST分别对应MCU的PIN36、PIN37、PIN38)是否在复位，正常工作时，应无RST信号。若某相有 复位信号，应检查该相CS5460A及其外围器件是否工作正常。
三相数字电表的校准
        只有确保MCU及CS5460A都工作正常后，方可进行校准及修调。
        CS5460A的自动校准过程：计算机发送命令给三相数字电表的MCU，MCU收到命令后发送相应的校准命令(表1)给CS5460A，等待6-8秒，校准结束。
1．校准顺序：

电压通道：直流偏移—>交流增益—>交流偏移

电流通道：直流偏移—>交流增益—>交流偏移
2．校准时输入条件：

a．校准电压通道时，电流通道始终加上最大量程电流(I=Imax)；校准电流通道时，电压通道始终加上额定电压(U=Un)。

b． 校准电压通道的直流偏移和交流偏移时，电压输入端悬空或将CS5460A的VIN+与VIN-短接；校准电流通道的DC Offset和AC Offset时，电流输入端不加电流或将CS5460A的IIN+与IIN-短接。
c．校准增益校准时，电压通道与电流通道都加满度信号(即VIN+与VIN之间，IIN+与IIN-之间均为100mV-150mV，U=Un，I=Imax)。
如何修调三相电表多功能模块
        CS5460A校准以后，只需调试有功软修调、相位软修调、无功软修调三个点。分A、B、C分相来修调，分相修调好后，合相的精度也就好了。在进行分相修调时，另外两相可以加电压，但不能加电流，即保证另外两相没有功率产生。
修调过程：
1．有功软修调：
输入条件：cosφ=1.0U=Un，I=Ib(额定电流)。

原理：Pr=Pt×△x。其中：Pt为CS5460A测得的单相有功功率，△x=K1+((±y)×K2)，K1、K2为固定值，y为修调值。若标准表显示的有功误差偏正，则将y 减小；若标准表显示的有功误差偏负，则将y增大。
2．相位软修调
输入条件：cosφ=0.5L U=Un，I=Ib(额定电流)。

原理：在CS5460A的资料中，配置寄存器的[PC6:PC0]位用于修调CS5460A电压通道与电流通道之间由于元器件的离 散性造成的相位偏差，其可修调的范围为：±2.8度(60Hz)。假设y为配置寄存器的[PC6:PC0]的值(缺省值为0)，若标准表显示的有功误差偏 正，则将y减小；若标准表显示的有功误差偏负，则将y增大。
注：修调相位时，测试有功功率的误差精度。相位修调好后，无功功率无须再修调相位。
3． 无功软修调：
输入条件：sinφ=1.0 U=Un，I=Ib(额定电流)。

原理：Qr=Qt×△x。其中：Qt为CS5460A测得的单相无功功率。△x=T1+((±y)×T2)，T1、T2为固定值，y为修调值，若标准表显示的无功误差偏正，则将y减小；若标准表显示的无功误差偏负，则将y增大。
供稿：北高智科技有限公司