來源：電子設計工程，作者：馮建勤；趙志永；喬智；仝戰營

? ? ? 1 、引言

新型集成芯片不僅精確度高，而且硬件軟件設計簡單、性價比高。著重介紹SA9904B，ATT7026A及CS5463 3種三相電能計量芯片的工作原理，比較其性能指標，為合理選擇電能芯片提供了有力的幫助。

2 、電能計量芯片

SA9904B 是南非微電子系統有限公司設計開發的一種電能計量芯片，ATY7026A是珠海炬力集成電路設計有限公司開發的電能計量芯片，CS5463是美國 CRYSTAL公司推出的帶有串行接口的單相雙向功率／電能計量集成電路芯片。這三者都用于三相多功能電能計量，均適用于三相三線制的具有50 Hz或60 Hz標準頻率的電網，支持電阻網絡校表和軟件校表兩種方式。由于電能計量、參數測量和數據讀取是電能芯片的核心部分。下面主要從有功計量、無功計量、視在功率／電能計量、有效值測量、中斷和SPI接口6個方面介紹芯片原理。

2．1 SA9904B簡介

SA9904B有20個引腳，PDIP封裝，12個元暫存器。SA9904B包含9個代表各相的有功電能、無功電能與電源電壓的24位元暫存器。第10個 24位元暫存器代表任何有效相位的市頻，包含3個位址以保存與SA9604A的兼容性。3個位址的任何其一可用于存取頻率暫存器。每相位的有功與無功功率被積存于24位元暫存器。被測電路的電能或功率不直接提供給用戶，但是可以通過公式計算。計算每相的有功或無功電能：電能每計數= （VRATED×IRATED）／320 000；計算每相的有功或無功功率：功率=VRATED×IRATED×N／INTTIME／320 000。其中：VRATED為電表的額定電源電壓，IRATED為電表的額定電源電流，N=相繼讀數間的暫存器數值差數（△值），INTTIME為相繼讀數間的時間差值（單位為秒）。若要求合相有功電能，只能通過程序對三相有功電能求和，或通過有功功率脈沖輸出F50計數。芯片內的3個電壓暫存器包含各相位測得的RMS電壓值．用戶可以直接從暫存器中讀取。SA9904B不具有中斷功能。串行周邊的接口匯流排（SPI）為一同步匯流排，使用于微控器與 SA9904B之間的數據傳輸。引腳D0（串行數據出端），DI（串行數據入端），CS（芯片選項）與SCK（串行時脈）用于此匯流排的應用。 SA9904B為從器件，而微控器為匯流排主器件。CS輸入啟始與終止數據傳輸。SCK信號（微控器發送的）選通微控器與SA9904B的SCK引腳間的數據。DI與DO引腳為SA9904B的串行數據輸入與輸出引腳。

2．2 ATT7026A簡介

ATT7026A 44個引腳，QFP44封裝，102個寄存器翻。有功功率通過求瞬時功率代數均值獲得。分相、合相有功功率分別存入指定寄存器，供用戶讀取。無功功率是通過將電壓采樣信號作一90°相移，再求瞬時功率的代數均值獲得。分相、合相無功功率同樣提供給用戶。芯片中有電能累加寄存器，能夠提供分相、合相有功、無功電能，但不提供電網周期累加模式。芯片通過能量脈沖生成器，提供校表脈沖CFl和驅動步進電機的低頻脈沖F1／F2。由于芯片提供電流和電壓有效值，用戶也可用公式S=VRMS×IRMS，通過MCU計量分相、合相視在功率。有效值測量通過對電壓、電流的采樣數據求均方值實現。能夠同時計算6通道的有效值，結果存在指定的寄存器中供用戶讀取。此外，芯片不僅提供分相電流、電壓有效值．還提供三相電流、電壓矢量和的有效值，用戶可在指定寄存器中讀取。 ATT7026A不具有中斷功能。芯片內部集成了SPI串行通信接口，使用2條控制線和2條數據線。更新校表數據寄存器的命令字為：最高兩位是10，低6 位是校表寄存器的地址；寫特殊命令字操作（配合軟件校表）的命令字為：最高2位是11，低6位是特殊命令字的類型。芯片提供清校表數據、校表數據讀出、校表數據寫使能、軟件復位共4種特殊命令。

2．3 CS5463簡介

CS5463有24引腳，SSOP封裝，32個寄存器。采樣得到瞬態電壓和電流的數字量，把每對瞬態電壓和電流的數據相乘，得到瞬時有功功率的采樣值。每個A／D采樣周期后．新的瞬態功率采樣值就存入功率寄存器，N個瞬時功率采樣值為一組，每組的值累加和用于計算以后放在能量寄存器中的數值，它與電路在N 個A／D轉換周期中的有功功率值成正比。同樣原理，電壓和電流有效值也利用最近的N個瞬態電壓、電流采樣值計算，并可從RMS電壓和電流寄存器中讀出。視在功率可以在視在功率寄存器中直接讀取，也可以對E2輸出的與視在功率成正比的脈沖進行計量得出。CS5463帶有中斷功能。中斷處理流程為：讀狀態寄存器→禁止所有中斷→轉向相應的中斷處理程序→將讀出的值寫回，以清除狀態寄存器→重新開中斷→從中斷處理程序中返回。CS5463的串行口包括4條控制線：CS、SDI、SDO、SCLK，如果片選CS直接與邏輯O相連接，則只需要3條線就可以完成串行口的操作。一個數據的傳輸總是從向串行接口的SDI 發送8位命令開始，當命令中包括一個寫入操作時，在其后的24個SCLK周期內，串口將持續從SDI引腳讀入串行數據。當發出一個讀取命令時，串口將根據發出的命令，在其后的8、16、24個SCLK周期從SD0引腳上串行輸出寄存器內容。

3 、性能指標比較

SA9904B，ATT7026A及CS5463都具有功能強大，軟件、硬件實現方便，計量精度高，價格便宜等優點，廣泛適用于電能測量控制領域。但在性能、指標方面仍存在較大差別。

3．1 精度

（1）SA9904B符合IEC 61036一級交流電能表的規定要求，符合IEC 61268二級VAR時數電表的規定要求。RMS電壓的測量精度為1％，有功功率的測量精度為1．0級。適合做三相的有功和無功儀表，在做三相多功能表時測量精度有待加強。

（2）ATT7026A有功電能計量滿足1級、0．15級。符合IEC687／1036和GB／T1721521998標準。無功電能計量滿足2級、3 級，符合IECl268和GB／T1788221999標準。有功、無功電能計量在1000：l的動態范圍內誤差均小于O．11％。可精確測量至含21次諧波的有功、無功和視在功率。電壓通道輸入10—1 000 mV時，有效值誤差小于叭5％。電流通道輸入2～l000 mV時，有效值誤差小于0．15%。線電壓頻率測量范圍10“500 Hz。

（3）CS5463 CS5463的精度較高，符合IEC，ANSI，JIS工業標準。電能數據線性度在1 000：1動態范圍內為±0．1％，電能計量精度：在300：1動態范圍以上每秒讀取0．1％；電壓測量精度：讀數的O．1％；電流測量精度：讀數的 0．1％：瞬時功率測量精度：讀數的0．1％。

3．2 電氣參數

（1）SA9904B 單±5 V或±2．5 V供電，VDD=2．5 V，VSS=一2．5 V，IDDmax=11 mA，時鐘3．5795 MHz，電流感應輸入范圍一25～+25μA。

（2）ATT7026A 單+5 V供電，VDD=3．OV，IDDmax=28 mA，時鐘為24．576 MHz，VRER=2．4V，電流、電壓通道最大輸入差分電壓±1．5 V。

（3）CS5463 單+5 V或±2.5 V供電，VDD=2．5 V，VREF=2.4 V，時鐘為4．096MHz，電流、電壓通道最大輸入差分電壓±o．15V。

3．3 工作環境

（1）SA9904B 其工作溫度范圍為一10℃”+70℃。

（2）ATT7026A 其工作溫度范圍為一40℃“+85℃。

（3）CS5463 其工作溫度范圍為一40℃～+85℃。

3．4 運算時間

（1）SA9904B 內部2個16位二階的∑一△A／D轉換器，以1．7 897 MHz的速度采樣。24位元暫存器在額定條件下于320K／s采樣。

（2）ATT7026A 16位A／D轉換器采樣速率3．2 kHz．當復位引腳低電平大于20μs時，器件進入復位狀態，功率寄存器、有效值寄存器、功率因數寄存器、電流電壓相角寄存器更新時間為l／3 s，第一次上電需650 ms才能有正確值。

（3）CS5463 24位△一∑調制器以MCLK／8 S／s的速度進行采樣。當復位引腳低電平大于50 ns時，芯片進入復位狀態，溫度傳感器每560 ms更新一次，狀態傳感器每4 kHz更新一次。

3．5 計量參數

（1）SA9904B雙向有功與無功功率／電能測量．RMS電源電壓與頻率。

（2）ATT7026A分相／合相有功、無功功率／電能，分相／合相視在功率，功率因數，相角，線電壓頻率，分相／三相電壓、電流有效值。

（3）CS5463 瞬時電壓，電流和功率；IRMS和VRMS，視在功率，有功和無功功率；有功的基波和諧波功：無功的基波功率，功率因數，頻率。

3．6 監控能力

（1）SA9904B斷相／相序錯誤故障檢測。

（2）ATY7026A電源／啟動電流／功率反向監控，相序／失壓/硬件端口檢測。

（3）CS5463 電源／功率反向監控，欠流／過壓／欠壓／掉電監測。

3．7 中斷

（1）SA9904B 無中斷事件發生

（2）ATT7026A無中斷事件發生

（3）CS5463 過壓、過流、電壓／電流有效值超出其范圍、電能超值、溫度／電壓／電流通道調制器檢測、欠壓或電力故障。

4 、結語

著重介紹了SA9904B，ATT7026A，CS5463等三相高精度電能計量芯片的原理，隨后比較了芯片的性能指標。SA9904B提供有功、無功電能，但不提供視在功率和相角等參數，且測量精度不高；ATT7026A提供各分相、合相參數，但不具有中斷功能；CS5463不但提供各種計量參數，而且提供中斷，可以從串行EEPROM智能“自引導”，不需要微控制器，更有低于12 mW的超低功耗。在工程應用中，用戶可以根據各芯片不同的性能指標并結合實際需要合理選擇電能芯片。

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