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1 引言
隨著社會的發(fā)展，普通三相電表所提供的功能（只能顯示用電量、電壓）已不能滿足人們對多功能檢測的需要，因為普通電表無法測量有功功率和無功功率、單相電流測量、自動記錄電源的失壓、過壓和中斷、多級口令保護信息安全及可存儲幾個月的記錄等。而利用SAMES公司的SA9904A芯片便可實現(xiàn)上述功能，因而成為新型三相電表的重要組成部分。SA9904A是一種雙向三相電表集成電路芯片，可測量有功、無功功率以及電壓和頻率。它和早期同類型芯片SA9604A管腳兼容，其新增功能可測量電壓有效值和無功功率，并可通過SPI接口訪問相應(yīng)
的24bit寄存器來測量各相的無功、有功能量、電壓和頻率。
SA9904A具有如下性能：
●可實現(xiàn)雙向有功和無功功率／能量的測量；
●可完成對電壓和頻率的測量；
●采用三相獨立檢測；
●具有SPI接口總線；
●符合IEC521／1036一級交流電表的規(guī)范要求；
●符合無功電表IEC1268的規(guī)范要求；
●具有靜電保護功能；
●總功耗小于50mW；
●使用電流互感器感應(yīng)電流；
●工作溫度范圍寬；
●片內(nèi)含有基準(zhǔn)電壓源。
2 SA9904A簡介
SA9904A采用20腳DIP封裝，管腳說明如表1所列。SA9904A為混合模數(shù)信號的CMOS集成電路，其內(nèi)部電路如圖1所示，它可用來測量有功功率、無功功率、電壓、頻率以及電能。同時，SA9904A還可將實時有功功率和無功功率存入24bit寄存器并累計。若需連續(xù)測量電壓和頻率，也可分別放入寄存器中。其F150管腳可輸出電壓過零脈沖。SA9904A的SPI接口為三態(tài)輸出，因而可以將一臺以上的測量設(shè)備連接在一條SPI總線上。
2．1 輸入信號
在額定電流內(nèi)，電阻值應(yīng)該設(shè)置在輸入電流為16μA的位置，而實際進入電壓檢測輸入的電流應(yīng)設(shè)置在14μA，電源電壓經(jīng)過電阻分壓為每相14V。SCK管腳的時鐘信號用于同步微控制器和SA9904A的數(shù)據(jù)交換，該信號是由微控制器產(chǎn)生的，它決定著DO和DI管腳的數(shù)據(jù)傳輸率。
2．2 輸出信號
串行時鐘決定數(shù)據(jù)輸出的速率。當(dāng)CS為低電平時，輸出為三態(tài)。
2．3 SPI接口
SA9904A中的串行外圍接口總線（SPI）是微控制器和SA9904A之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐娇偩€。SA9904A每相包含四個24bit寄存器，可分別用于存儲有功功率、無功功率、電壓和頻率。
序列110必須加在寄存器的6bit地址之前，以表示隨后讀入的是寄存器地址。當(dāng)CS置高時，管腳DI上的數(shù)據(jù)在SCK的上升沿輸入SA9904A。圖2是SPI接口的時序圖，DI輸入的是1 1 0 A5 A4 A3 A2 A1 A0，其中A1～A5是寄存器地址，見表2。
寄存器可以被隨機或順序讀取。當(dāng)SCK的上升沿檢測到地址的最低有效位輸入后，DO就在SCK的下降沿置0，隨后SCK管腳的每個下降沿都會使DO管腳的數(shù)據(jù)有效。每個寄存器能存儲24bit的數(shù)據(jù)，最高有效位先移出。
SA9904A中的有功和無功寄存器為24bit加減計數(shù)器，寄存器的值在正功時增大，在負(fù)功時減小。有功和無功寄存器在存取后并不清零，所以為了確定寄存器的真實值，以前的值應(yīng)該從當(dāng)前值中減去。從寄存器中讀取的數(shù)據(jù)反映這段時間有功功率和無功功率的能量，它的增減表示能量的變化。有功和無功寄存器每52秒循環(huán)計數(shù)一次。
3 SA9904A的應(yīng)用
圖3是一種三相電表的實際電路，它使用電流變壓器進行電流檢測。這個四線電表可以測量3×230V／80A，比1級電表還要精確。SA9904A集成電路最重要的外接元件是電流檢測電阻、電壓檢測電阻和偏壓電阻器。它們可以按如下方法計算：
R1和R2、R3和R4、R5和R6用于決定各相電流的輸入，因為輸入電流值為16μA，所以R1＝R2
取R16，R19和R22為等值電阻，其值應(yīng)為120kΩ。由于三個電壓通道是一樣的，所以有R14＝R15＝R16＝R17＝R18＝R19＝R20＝R21＝R22。
此外，R23和R24為1kΩ，R25、R26和R27為2．7kΩ，C1和C2為220nF的電容，C3、C4、C5和C6為820nF的電容。
4 結(jié)束語
SA9904A新型通用三相電度表集成芯片非常適用于電網(wǎng)配電系統(tǒng)、住宅小區(qū)電表和工廠電能的測量和控制。它功能強大，應(yīng)用方便，市場前景可觀。
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