淺談基于71M65436545及71M6XX3隔離傳感技術的三相錳銅表新方案

1、淺談基于71M6543/6545及71M6X03隔離傳感技術的三相錳銅表新方案71M654X自推出以來，受到了業(yè)界的普遍關注，大家都對這種新的三相錳銅表方案表達出了濃厚的興趣。本文將對此方案的特點做簡要介紹，以供各位參考。71M6543/6545 + 71M6X03隔離傳感技術及其特征采用71M6543/6545 + 71M6X03隔離傳感技術的三相錳銅表總體方案如圖1所示。圖1圖中，A、B、C三相電流通過錳銅采樣得到的信號送到71M60X3遠端傳感器（Remote sensor），轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后通過脈沖變壓器（Pulse Transformer, PT）送到654X主芯片相應的電流信號輸入

2、引腳對IBP/IBN、ICP/ICN、IDP/IDN（注意IAP/IAN在此應用中作為零線電流采樣使用）。電壓信號則分別通過電阻分壓網(wǎng)絡接入654X芯片的VA、VB、VC引腳。由于此方案采用脈沖變壓器隔離了電流信號，因此對主芯片654X而言，三相電流是完全相互隔離的，從而可以實現(xiàn)三相錳銅的計量方式。本方案的核心是71M6X03遠端傳感器，圖2給出了三相電流采樣任一路的連接示意圖。由圖可見，71M6X03本質(zhì)上是一個電流AFE（非常規(guī)的包含了電壓電流的計量AFE），它以差分方式接收電流流經(jīng)錳銅得到的信號，經(jīng)內(nèi)部PGA放大后A/D轉(zhuǎn)換，得到的數(shù)字量通過接口電路透過脈沖變壓器回傳給654X主控制器。

3、另一方面，從71M654X下傳的命令也是透過脈沖變壓器及接口電路發(fā)送給71M6X03。所以說，71M654X主控制器和71M6X03遠端傳感器之間的通信是雙向的，如圖2中脈沖變壓器上方的雙向信號線所示。另外的那條單向線，表示電源由71M654X主控制器透過脈沖變壓器傳送給71M6X03。71M6X03作為電流AFE，其內(nèi)部還集成了基準電壓源及溫度數(shù)字傳感器，因此可方便地實現(xiàn)對基準電壓溫漂及錳銅電阻溫度系數(shù)的溫度補償。圖3給出了單路71M6X03的詳細接線圖。圖2 圖3通過以上簡要分析，我們可以看出此方案有如下幾個特點：1. 錳銅 + 71M6X03 + 脈沖變壓器（PT）三個部件作為一個整體，

4、在邏輯上等效于常規(guī)的CT。既然等效于CT，則在校表過程中，可以采用與CT表完全相同的校表方式，換句話說，就是無需對臺體進行特殊改造。在這一點上，很多人都存在一個認識上的誤區(qū)，認為三相表臺校準三相錳銅表時會引起精度依次降低的問題。實際上，這種觀點是基于以往使用三個單相計量芯片做三相錳銅表的方案（如利用三個6521BE，或三個5460、3個FE423等等）。使用單相計量芯片做三相錳銅表的方案，對每一相而言，其電壓、電流必定有一個非隔離的公共點，也就是說，電壓和電流之間是非隔離的，因此無法實現(xiàn)三相校表時電壓和電流的脫鉤，無法實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，而必須對表臺進行電流隔離改造。圖4給出了使用單相計量芯片設計

5、三相錳銅表時，多塊表接入同一電流、電壓回路，不脫鉤的等效原理圖。由于后面表只的電壓回路電流在前面表的電流回路上形成了一個電壓降，造成每只表的電壓不等電位，同時由于電壓回路的電流也使每個表位的電流回路不等電流，從而無法實現(xiàn)多表位單回路檢定。本方案由于電流通道和電壓通道是完全隔離的，在邏輯上等效于常規(guī)的CT，沒有因為電壓、電流的公共參考點導致的電流旁路效應，因此可以直接利用現(xiàn)有的CT表脫鉤校準方式，既維持了原來的生產(chǎn)習慣，又節(jié)省了設備改造增加的開支。圖42. 隔離傳感器（Remote sensor）71M6XX3的供電由PT通過主芯片654X提供，無需另外為其配置電源，大大簡化了三相錳銅表的電源設

6、計。另外，此特性可以有效處理全失壓情況下的計量。相比基于三個單相計量芯片的三相錳銅表方案，必須為每路AFE單獨設計隔離電源，而且如果考慮到斷相情況，其供電設計會極其復雜，而且根本無法實現(xiàn)全失壓情況下的計量。3. 654X和6X03之間的通信是基于A/D采樣同步的，完全實時，無縫集成，完全沒有基于三個單相計量芯片的三相錳銅表方案固有的系統(tǒng)響應延遲。電壓、電流、功率、脈沖等等都是即時的，而老方案是主控單片機通過串口把各個通道的數(shù)據(jù)讀過來再處理，最明顯的就是對電能脈沖的延遲響應。4. 相對于傳統(tǒng)的抗直流飽和CT，具有優(yōu)異的計量性能?？怪绷黠柡虲T除了體積大、價格貴，還有一個固有的問題：其比差和角差會

7、隨著電流大小不同及工作溫度改變而有明顯變化，而且是非線性的。非線性的問題比較麻煩，為了達到要求的精度，只能采取多點校準的方法，這無疑大大增加了軟件的工作量及生產(chǎn)時的成本。而錳銅電阻天然的高精度與極低的溫度系數(shù)、低成本、小體積，使得業(yè)界孜孜以求三相錳銅方案的最合理實現(xiàn)方式，本文介紹的654X + 6X03方案即是不二之選。圖5給出了采用本方案的三相錳銅表典型結(jié)構(gòu)示意圖。圖571M654X系列的其它特點71M6543/6545不僅可以實現(xiàn)三相錳銅計量，也可以當作普通的計量芯片來使用，比如普通的3 CT方案。這歸功于其內(nèi)部的計量引擎是完全可重配置的，通過更換不同功能版本的CE CODE，同一顆芯片就可以實現(xiàn)不同的功能，如三相四線/三相三線、CT/錳銅、零線電流測量，更可以支持各種無功算法及總諧波THD、分次諧波計量等等。另外，作為業(yè)界領先的電能計量SoC芯片，71M654X系列集成了豐富、功能靈活的外設，最大限度地降低了表只的物料成本和生產(chǎn)成本。值得特別關注的是其內(nèi)置的RTC具有完全的溫度修調(diào)功能，配合其高精度的內(nèi)部數(shù)字溫度傳感器，更可省去外部RTC，進一步大幅度降低表只的物料成本。TERIDIAN半導體公司簡介TERIDIAN的前身是TDK半導體公司，從上世紀90年代的6501/6502三相定制AFE（與GE、ABB合作），到今天的654X通用SoC系列，