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多相测量芯片组省去昂贵的电力互感器

姚琳?? 2009年05月01日 ?? 收藏0

  电力公司和消费者希望在较宽的负载范围内得到精确的测量结果,避免因测量误差造成的损失。如今,典型的一级仪表要求的电流测量范围为1000:1或更高,这就要求电表测量的功率/能量误差必须低于1%,对测量IC的要求则更高,如一级仪表要求测量IC的典型误差容限小于0.3%。

  由于交流电源电压的变化范围很少超过10%,因此实现精确功率测量的关键是精准测量交流电流。获取高精度电流信号数据有3个关键因素:ADC、电流传感器和电表的印刷电路板。ADC和电流传感器在要求的动态范围内必须具有高精度。多相电表通常采用电流互感器和Rogowski线圈(如,di/dt传感器)。尽管电流互感器和di/dt传感器都能提供所需的隔离(通过磁场耦合模拟信号与数据采集器件),但是它们所提供的精确模拟信号耦合的成本很高,并且随着信号动态范围和高线性度要求的提高,相应的成本也会显著增加。

MAXQ3108和DS8102的典型应用电路框图

  为此,Maxim公司推出了MAXQ3108和DS8102芯片组,二者配合工作,采用3个低成本分流器替代昂贵的电流互感器,从而节省了多相电表的成本和空间。

  双核MAXQ3108包含2个16位RISC处理器。用户内核具有如下资源: 6 4 k B 程序闪存存储器, 2 kB数据SRAM,16字节电池备份的( V B AT ) 数据SRAM,可调节数字实时时钟, S P I 、I 2C 以及两个USART端口,硬件乘法器、3个曼彻斯特解码器以及三路三阶sinc函数滤波器,具有32kHz输入的10MHz FLL。DSP内核包含:8kB用户可装载SRAM代码存储器,1kB数据SRAM,硬件乘法器。

  如果DSP处理器被禁用,DSP代码存储器可以配置为用户内核可访问的数据存储器。这种配置下,用户内核可访问10kB数据存储器。DSP内核和用户内核均可获取ADC采样值(十进制转换器的输出值)。

  DS8102包含两个高精度、二阶Δ-Σ调制器,具有高达32x的可编程增益、曼彻斯特编码器、内部8MHz振荡器和内部基准。调制器的输出编码至单位码流,大大降低了隔离和数据耦合的成本。

  数据处理由MA X Q 3 1 0 8 完成。由MAXQ3108接收DS8102的输出码流,将数据解码并转换至十进制,以产生较宽动态范围的原始ADC采样值。ADC采样值传输至MAXQ3108的集成数字信号处理器,用于计算多功能电表所需的功率、电量、功率因数以及RMS电压和电流参数。

  DS8102调制器和编码器与MAXQ3108微控制器一起构成了针对多相电表中隔离和数据耦合的独特方案。三相电表需使用三个DS8102和一个MAXQ3108,。每一相分别安装一个DS8102进行测量。DS8102将电压和电流输入转换成高频数字码流,然后通过低成本电容耦合至MAXQ3108。MAXQ3108与三个DS8102直流隔离,通过交流耦合从每个DS8102接收数字码流。每个DS8102与其它相以及MAXQ3108均隔离,每相采用一个电阻式分流器检测电流。由此省去了昂贵的电流互感器,极大地降低了BOM成本。

  该方案还有一个优势,数据耦合采用数字形式,因此在任何模拟输入范围下均不会产生损耗。


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