基于CSE7780的智能电能表设计

　　基于CSE7780设计的智能电能表旨在使设计方案更加合理，使之成为性价比更具优势的产品。本文对计量芯片CSE7780的性能特点和结构电路进行了分析，并从软、硬件两个方面给出符合国网智能电能表要求的设计方法。

　　1.符合国网新标准电能计量方案

　　CSE7780是一款高精度单相电能计量芯片，在动态范围(1500:1)内，非线性误差小于0.1%，提供两路电流有效值、一路电压有效值，在动态400:1的范围内，有效值误差小于0.5%。

　　该芯片能够提供有功功率、有功能量、电流有效值、电压有效值、线频率、过零中断等功能，以及提供全数字增益、相位、失调校准，有功能量脉冲从PF管脚输出。CSE7780通过一个SPI串行接口可以与外部的MCU进行通信;具有潜动阈值可调功能;内部具有电源监控电路，可以保障芯片的正常工作。CSE7780使用5V单工作电源，内置2.5V电压参考源，也可以使用外置的2.5V参考源。

　　CSE7780的内部功能结构框图如图1所示。在芯片工作时，将采样到的电流、电压信号先经过增益放大器，将采样信号放大，然后再通过高精度的Sigma-Delta、模数转换器(ADC)将模拟信号转换为数字信号，得到的数字信号通过低通滤波器、高通滤波器滤去高频噪声与直流增益，从而得到需要的电流、电压采样量化的数据。将这些数据相乘，经过低通滤波器输出平均有功功率;电流、电压量化后的数据通过平方电路、低通滤波器、开方电路得到电流、电压有效值。将有功功率按时间积分，计算出有功能量。通过能量频率转换器将得到的能量通过PF引脚输出，也可通过SPI总线获得经过数字信号处理得到的数字化数值。

图1：CSE7780结构框图

　　2.软件设计

　　CSE7780寄存器的配置流程如图2所示，先设置好计量控制寄存器，能后再配置校表寄存器。

图2：参数配置流程图

　　2.1CSE7780 ADC参数设计

　　以设计一款额定电压220V(Un)、10(60)A电流规格、表常数为1600imp/KWh的电表为例，由于电流输入通道允许输入最大信号为±700mV的峰峰值(有效值为495mVrms)，10(60)A的表考虑到通道A发热的情况，可选择200～250微欧的锰铜，若以250微欧的锰铜来采样，在Imax=60A时，通道A的采样信号为60A*250μΩ=15mV，由于电流通道A的允许最大输入信号为495mV，因此电流通道的增益选择可配置成16，通道B采用2500:1的互感器;负载电阻10Ω，电流通道B增益设置为1。电压通道允许最大输入信号为±700mV的峰峰值，考虑到电压会有130%Un过压，可将电压采样信号通过网络电阻将220V交流电压信号降至220mV左右，电压通道增益选择为1。