一款多功能電能計(jì)量芯片簡(jiǎn)介CS5463課件

一款多功能電能計(jì)量芯片簡(jiǎn)介CS5463的分析及應(yīng)用匯報(bào)人：李貴玉匯報(bào)時(shí)間：2017/9/28信息工程學(xué)院E211實(shí)驗(yàn)室一款多功能電能計(jì)量芯片簡(jiǎn)介1CS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)3典型應(yīng)用電路4國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品簡(jiǎn)介5小結(jié)6CONTENTSCS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)2什么是CS5463?什么是CS5463?3多功能高精度電能測(cè)量芯片由美國(guó)CirrusLogic公司推出，采用24腳SSOP封裝形式。CS5463SSOP（ShrinkSmall-OutlinePackage）:即窄間距小外型塑封。多功能由美國(guó)CirrusLogic公司推出，采用24腳SS4哦，原來(lái)是這樣！哦，原來(lái)是這樣！5該芯片不僅延續(xù)了廣受歡迎的CS5460A的功能，與其引腳完全兼容，而且新增了如下等測(cè)量功能。有功功率無(wú)功功率功率因數(shù)電能脈沖轉(zhuǎn)換線路頻率視在功率系統(tǒng)校準(zhǔn)和相位補(bǔ)償溫度傳感器該芯片不僅延續(xù)了廣受歡迎的CS5460A的功能，與其引腳完全6電阻元件上所消耗的功率叫做有功功率。有功功率電感或電容元件與電源之間進(jìn)行能量交換的振幅值叫做無(wú)功功率。無(wú)功功率電壓與電流的直接乘積叫做視在功率。視在功率PS:在交流電路中電阻元件上所消耗的功率叫做有功功率。有功功率電感或電容元件與7CS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)3典型應(yīng)用電路4國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品簡(jiǎn)介5小結(jié)6CONTENTSCS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)8CS5463引腳排列及功能如下圖所示。圖1CS5463引腳排列圖1腳XOUT：

晶體振蕩器輸出端（4.096MHz）

2腳CPUCLK:

CPU時(shí)鐘輸出端

3腳VD+:

數(shù)字電源正極(3.3V-5V)4腳DGND:

數(shù)字地5腳SCLK:

串行時(shí)鐘輸入端6腳SDO:

串行數(shù)據(jù)輸出端7腳CS:

片選8腳MODE:

模式選擇9腳VIN+:

差分電壓正輸入端10腳VIN-:

差分電壓負(fù)輸入端11腳VREFOUT:

參考電壓輸出端12腳VREFIN:

參考電壓輸入端CS5463引腳排列及功能如下圖所示。圖1CS5463引腳9CS5463采用24腳SSOP封裝形式，引腳排列及功能如下圖所示。圖1CS5463引腳排列圖13腳AGND：模擬地14腳VA+:模擬電源正極（+5V）15腳IIN-:

差分電流負(fù)輸入端16腳IIN+:差分電流正輸入端17腳PFMON: 電源掉電檢測(cè)輸出18腳E3:

高頻電能脈沖輸出19腳RESET:

復(fù)位輸入20腳INT:中斷輸出21腳E1:

電能脈沖輸出1端22腳E2:電能脈沖輸出2端23腳SDI:

串行數(shù)據(jù)輸入端24腳XIN: 晶體振蕩器輸入端CS5463采用24腳SSOP封裝形式，引腳排列及功能如下圖10PS:數(shù)字電源：是以DSP或者M(jìn)CU為核心，將數(shù)字電源驅(qū)動(dòng)器、PWM控制器等作為

控制對(duì)象，能實(shí)現(xiàn)控制、管理和檢測(cè)功能的電源產(chǎn)品。模擬電源：模擬電源發(fā)出的是模擬信號(hào)。數(shù)字電源與模擬電源的區(qū)別：主要是控制與通信部分。在簡(jiǎn)單易用、參數(shù)變更要求不多的應(yīng)用場(chǎng)合，模擬電源產(chǎn)品更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠鋺?yīng)用的針對(duì)性可以通過(guò)硬件固話來(lái)實(shí)現(xiàn)。而在可控因素較多、實(shí)時(shí)反應(yīng)速度更快、需要多個(gè)模擬系統(tǒng)電源管理的、復(fù)雜的高性能系統(tǒng)應(yīng)用中，數(shù)字電源則更具優(yōu)勢(shì)。PS:11圖2CS5463內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖可編程增益放大器集成了兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器高通數(shù)字濾波器片上溫度傳感器，有助于設(shè)計(jì)師調(diào)整溫度漂移誤差差分輸入電壓滿量程為250mV圖2CS5463內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖可編程增益放大器集成了兩個(gè)A/12CS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)3典型應(yīng)用電路4國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品簡(jiǎn)介5小結(jié)6CONTENTSCS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)13工作原理電壓互感器電流互感器電壓通道電流通道二階?∑調(diào)制器四階?∑調(diào)制器功率計(jì)算引擎串行口MCU數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器10倍增益放大器PGA小電壓信號(hào)小電壓信號(hào)大電壓信號(hào)大電流信號(hào)電能/頻率轉(zhuǎn)換步進(jìn)電機(jī)工作原理電壓互感器電流互感器電壓通道電流通道二階?∑調(diào)制器四14應(yīng)用特性電能數(shù)據(jù)線性度：在1000:1動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)線性度為0.1%兩種無(wú)功計(jì)算方式功耗<12mW優(yōu)化的分流器接口單電源地參考信號(hào)片內(nèi)2.5V參考電壓（最大溫漂25ppm/OC）內(nèi)帶電源監(jiān)視器簡(jiǎn)單的三線數(shù)字串行接口可以從串行EEPROM進(jìn)行“自引導(dǎo)”，不需要微控制器應(yīng)用特性電能數(shù)據(jù)線性度：在1000:1動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)線性度為15CS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)3典型應(yīng)用電路4國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品簡(jiǎn)介5小結(jié)6CONTENTSCS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)16TypicalConnectionDiagram(Single-phase,2-wire–DirectConnecttoPowerLine)TypicalConnectionDiagram(Si17TypicalConnectionDiagram(Single-phase,2-wire–IsolatedfromPowerLine)TypicalConnectionDiagram(Si18TypicalConnectionDiagram(Single-phase,3-wire)TypicalConnectionDiagram(Si19TypicalConnectionDiagram(Single-phase,3-wire–NoNeutralAvailable)TypicalConnectionDiagram(Si20國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品簡(jiǎn)介CS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)3典型應(yīng)用電路45小結(jié)6CONTENTS國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品簡(jiǎn)介CS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作21目前，國(guó)際上電子式電表中的電能計(jì)量芯片市場(chǎng)一直由ADI、CirrusLogic、SAMES等國(guó)際公司占據(jù)如表1所示。公司名稱國(guó)家/地區(qū)主要(最新)芯片ADI美國(guó)(ADE71xx、ADE75xx)CirrusLogic美國(guó)CS5451A、5461A、5462、5463、5464、5466、5467SAMES南非具體見表2表1國(guó)外主要的電能芯片公司簡(jiǎn)介目前，國(guó)際上電子式電表中的電能計(jì)量芯片市場(chǎng)一直由ADI、C22SAMES公司的相關(guān)產(chǎn)品情況如表2所示。單相單電流輸入單相雙電流輸入三相應(yīng)用SA2002HSA2007HSA9605A快速脈沖輸出，應(yīng)用于基于MCU的電能表SA4101A/4104A、B/4106ASA2005M/4301A/9105G直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)度器，快速脈沖輸出/LED校準(zhǔn)輸出，應(yīng)用于基于MCU的電能表SA2007M直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)度器，LED校準(zhǔn)輸出，應(yīng)用于基于單芯片的電能表SA2002PSA2007P校準(zhǔn)和設(shè)置存儲(chǔ)在外部EEPROM中，直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)度器，快速脈沖輸出/LED校準(zhǔn)輸出，應(yīng)用于基于MCU的電能表SA9903BSA9904BSPI輸出，電壓有效值、頻率、有功、無(wú)功測(cè)量，應(yīng)用于基于MCU的電能表表2SAMES公司芯片情況表SAMES公司的相關(guān)產(chǎn)品情況如表2所示。單相單電流輸入單相雙23ADI的電能芯片：ADE7100和ADE7500電能表系統(tǒng)芯片把電能測(cè)量?jī)?nèi)核與微處理器、片內(nèi)閃存、LCD驅(qū)動(dòng)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和智能電池管理電路結(jié)合在一起，允許電能表保持時(shí)間、檢測(cè)溫度變化、讀出LCD數(shù)據(jù)并且完成其它的重要系統(tǒng)功能。另外，還支持遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)、計(jì)時(shí)收費(fèi)以及卸負(fù)載（當(dāng)電源超載時(shí)切斷某條輸電線的電流）等高級(jí)服務(wù)。CirrusLogic的電能芯片：CS5467集成了四個(gè)Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Σ-ΔADC）、三個(gè)數(shù)字串行接口；CS5467可為并發(fā)的兩相測(cè)量提供兩個(gè)電流通道和兩個(gè)電壓通道，并有系統(tǒng)電平校準(zhǔn)、溫度感應(yīng)、電壓驟降、電流錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)以及相位補(bǔ)償?shù)忍匦?。ADI的電能芯片：ADE7100和ADE7500電能24國(guó)內(nèi)生產(chǎn)電子電度表芯片的廠商主要有復(fù)旦微電子、上海貝嶺、珠海炬力等幾家。公司名稱國(guó)家/地區(qū)主要(最新)芯片復(fù)旦微電子股份有限公司中國(guó)上海FM7755、FM230x系列上海貝嶺股份有限公司中國(guó)上海有單相的BL0930、BL0932B、BL6503、BL6501，三相的BL0952、BL0962，和三相四線的BL6513、BL6514。珠海炬力集成電路設(shè)計(jì)股份有限公司中國(guó)珠海ATT7021、ATT7022A、ATT7022B、ATT7023、ATT7026A、ATT7028A、ATT7030A等國(guó)內(nèi)生產(chǎn)電子電度表芯片的廠商主要有復(fù)旦微電子、上海貝嶺、珠海25CS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)3典型應(yīng)用電路4國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品簡(jiǎn)介5小結(jié)6CONTENTSCS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)26

通過(guò)上述分析，作為測(cè)量電量原始信號(hào)的核心器件，并與目前比較流行的芯片如AD7750、AD7755、CS5460A等相比，CS5463有測(cè)量變化多、測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、抗干擾性能好等優(yōu)點(diǎn)。由于能提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，該芯片為新一代數(shù)字電表的設(shè)計(jì)提供了很好的選擇性。它不僅可以增強(qiáng)儀表的功能，而且具有較為簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)，所需的單片機(jī)資源也少，因此可以縮短開發(fā)時(shí)間，大大提高了儀器的性能指標(biāo)和性價(jià)比。從某寶上查詢到芯片的價(jià)格從2元到10左右價(jià)格不等，考慮可能有二手拆機(jī)芯片和原裝新品差價(jià)。具體如下圖所示。通過(guò)上述分析，作為測(cè)量電量原始信號(hào)的核心器件，27一款多功能電能計(jì)量芯片簡(jiǎn)介CS5463課件28一款多功能電能計(jì)量芯片簡(jiǎn)介CS5463課件29THANKSTHANKS30一款多功能電能計(jì)量芯片簡(jiǎn)介CS5463的分析及應(yīng)用匯報(bào)人：李貴玉匯報(bào)時(shí)間：2017/9/28信息工程學(xué)院E211實(shí)驗(yàn)室一款多功能電能計(jì)量芯片簡(jiǎn)介31CS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)3典型應(yīng)用電路4國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品簡(jiǎn)介5小結(jié)6CONTENTSCS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)32什么是CS5463?什么是CS5463?33多功能高精度電能測(cè)量芯片由美國(guó)CirrusLogic公司推出，采用24腳SSOP封裝形式。CS5463SSOP（ShrinkSmall-OutlinePackage）:即窄間距小外型塑封。多功能由美國(guó)CirrusLogic公司推出，采用24腳SS34哦，原來(lái)是這樣！哦，原來(lái)是這樣！35該芯片不僅延續(xù)了廣受歡迎的CS5460A的功能，與其引腳完全兼容，而且新增了如下等測(cè)量功能。有功功率無(wú)功功率功率因數(shù)電能脈沖轉(zhuǎn)換線路頻率視在功率系統(tǒng)校準(zhǔn)和相位補(bǔ)償溫度傳感器該芯片不僅延續(xù)了廣受歡迎的CS5460A的功能，與其引腳完全36電阻元件上所消耗的功率叫做有功功率。有功功率電感或電容元件與電源之間進(jìn)行能量交換的振幅值叫做無(wú)功功率。無(wú)功功率電壓與電流的直接乘積叫做視在功率。視在功率PS:在交流電路中電阻元件上所消耗的功率叫做有功功率。有功功率電感或電容元件與37CS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)3典型應(yīng)用電路4國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品簡(jiǎn)介5小結(jié)6CONTENTSCS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)38CS5463引腳排列及功能如下圖所示。圖1CS5463引腳排列圖1腳XOUT：

晶體振蕩器輸出端（4.096MHz）

2腳CPUCLK:

CPU時(shí)鐘輸出端

3腳VD+:

數(shù)字電源正極(3.3V-5V)4腳DGND:

數(shù)字地5腳SCLK:

串行時(shí)鐘輸入端6腳SDO:

串行數(shù)據(jù)輸出端7腳CS:

片選8腳MODE:

模式選擇9腳VIN+:

差分電壓正輸入端10腳VIN-:

差分電壓負(fù)輸入端11腳VREFOUT:

參考電壓輸出端12腳VREFIN:

參考電壓輸入端CS5463引腳排列及功能如下圖所示。圖1CS5463引腳39CS5463采用24腳SSOP封裝形式，引腳排列及功能如下圖所示。圖1CS5463引腳排列圖13腳AGND：模擬地14腳VA+:模擬電源正極（+5V）15腳IIN-:

差分電流負(fù)輸入端16腳IIN+:差分電流正輸入端17腳PFMON: 電源掉電檢測(cè)輸出18腳E3:

高頻電能脈沖輸出19腳RESET:

復(fù)位輸入20腳INT:中斷輸出21腳E1:

電能脈沖輸出1端22腳E2:電能脈沖輸出2端23腳SDI:

串行數(shù)據(jù)輸入端24腳XIN: 晶體振蕩器輸入端CS5463采用24腳SSOP封裝形式，引腳排列及功能如下圖40PS:數(shù)字電源：是以DSP或者M(jìn)CU為核心，將數(shù)字電源驅(qū)動(dòng)器、PWM控制器等作為

控制對(duì)象，能實(shí)現(xiàn)控制、管理和檢測(cè)功能的電源產(chǎn)品。模擬電源：模擬電源發(fā)出的是模擬信號(hào)。數(shù)字電源與模擬電源的區(qū)別：主要是控制與通信部分。在簡(jiǎn)單易用、參數(shù)變更要求不多的應(yīng)用場(chǎng)合，模擬電源產(chǎn)品更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠鋺?yīng)用的針對(duì)性可以通過(guò)硬件固話來(lái)實(shí)現(xiàn)。而在可控因素較多、實(shí)時(shí)反應(yīng)速度更快、需要多個(gè)模擬系統(tǒng)電源管理的、復(fù)雜的高性能系統(tǒng)應(yīng)用中，數(shù)字電源則更具優(yōu)勢(shì)。PS:41圖2CS5463內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖可編程增益放大器集成了兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器高通數(shù)字濾波器片上溫度傳感器，有助于設(shè)計(jì)師調(diào)整溫度漂移誤差差分輸入電壓滿量程為250mV圖2CS5463內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖可編程增益放大器集成了兩個(gè)A/42CS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)3典型應(yīng)用電路4國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品簡(jiǎn)介5小結(jié)6CONTENTSCS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)43工作原理電壓互感器電流互感器電壓通道電流通道二階?∑調(diào)制器四階?∑調(diào)制器功率計(jì)算引擎串行口MCU數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器10倍增益放大器PGA小電壓信號(hào)小電壓信號(hào)大電壓信號(hào)大電流信號(hào)電能/頻率轉(zhuǎn)換步進(jìn)電機(jī)工作原理電壓互感器電流互感器電壓通道電流通道二階?∑調(diào)制器四44應(yīng)用特性電能數(shù)據(jù)線性度：在1000:1動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)線性度為0.1%兩種無(wú)功計(jì)算方式功耗<12mW優(yōu)化的分流器接口單電源地參考信號(hào)片內(nèi)2.5V參考電壓（最大溫漂25ppm/OC）內(nèi)帶電源監(jiān)視器簡(jiǎn)單的三線數(shù)字串行接口可以從串行EEPROM進(jìn)行“自引導(dǎo)”，不需要微控制器應(yīng)用特性電能數(shù)據(jù)線性度：在1000:1動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)線性度為45CS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)3典型應(yīng)用電路4國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品簡(jiǎn)介5小結(jié)6CONTENTSCS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)46TypicalConnectionDiagram(Single-phase,2-wire–DirectConnecttoPowerLine)TypicalConnectionDiagram(Si47TypicalConnectionDiagram(Single-phase,2-wire–IsolatedfromPowerLine)TypicalConnectionDiagram(Si48TypicalConnectionDiagram(Single-phase,3-wire)TypicalConnectionDiagram(Si49TypicalConnectionDiagram(Single-phase,3-wire–NoNeutralAvailable)TypicalConnectionDiagram(Si50國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品簡(jiǎn)介CS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)3典型應(yīng)用電路45小結(jié)6CONTENTS國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品簡(jiǎn)介CS5463芯片概述1引腳及內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2工作51目前，國(guó)際上電子式電表中的電能計(jì)量芯片市場(chǎng)一直由ADI、CirrusLogic、SAMES等國(guó)際公司占據(jù)如表1所示。公司名稱國(guó)家/地區(qū)主要(最新)芯片ADI美國(guó)(ADE71xx、ADE75xx)CirrusLogic美國(guó)CS5451A、5461A、5462、5463、5464、5466、5467SAMES南非具體見表2表1國(guó)外主要的電能芯片公司簡(jiǎn)介目前，國(guó)際上電子式電表中的電能計(jì)量芯片市場(chǎng)一直由ADI、C52SAMES公司的相關(guān)產(chǎn)品情況如表2所示。單相單電流輸入單相雙電流輸入三相應(yīng)用SA2002HSA2007HSA9605A快速脈沖輸出，應(yīng)用于基于MCU的電能表SA4101A/4104A、B/4106ASA2005M/4301A/9105G直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)度器，快速脈沖輸出/LED校準(zhǔn)輸出，應(yīng)用于基于MCU的電能表SA2007M直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)度器，LED校準(zhǔn)輸出，應(yīng)用于基于單芯片的電能表SA2002PSA2007P校準(zhǔn)和設(shè)置存儲(chǔ)在外部EEPROM中，直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)度器，快速脈沖輸出/LED校準(zhǔn)輸出，應(yīng)用于基于MCU的電能表SA9903BSA9904BSPI輸出，電壓有效值、頻率、有功、無(wú)功測(cè)量，應(yīng)用于基于MCU的電能表表2SAMES公司芯片情況表SAMES公司的相關(guān)產(chǎn)品情況如表2所示。單相單電流輸入單相雙53ADI的電能芯片：ADE7100和ADE7500電能表系統(tǒng)芯片把電能測(cè)量?jī)?nèi)核與微處理器、片內(nèi)閃存、LCD驅(qū)動(dòng)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和智能