ADE7953 (Rev. 0)

Однофазный многофункциональный счетчик с измерением тока нейтрали

ADE7953

Rev. 0

One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A.Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved.

ОСОБЕННОСТИЗамеряет активную, реактивную и полную энергию, форму волны, среднеквадратичные значения тока и напряжения Имеет допольнительный вход для измерения тока нейтрали Ошибка менее 0.1% в измерениях активной и реактивной энергии при динамическом диапазоне 3000:1 Ошибка менее 0.2% в измерениях мгновенных среднеквадратичных значениях тока при динамическом диапазоне 1000:1 Измерение полной энергии и показаний мгновенных значений мощностиФункционирование в диапазоне 1.23 кГцГибкое усиление каскада с помощью программируемого усилителя PGA (до х22)Имеет встроенные интеграторы для подключения катушки РоговскогоПоддержка интерфейсов SPI, I2C, и UART

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕADE7953 - высокоточный однофазный счетчик электрической энергии. Счетчик позволяет измерять значения линейного напряжения и тока, вычисляет активную, реактивную и полную энергию, а также мгновенные среднеквадратичные значения напряжения и тока. В счетчике имеются три высокоточных Σ-∆ АЦП. Второй входной канал одновременно замеряет значения

тока нейтрали, позволяет обнаружить искажения и ведет учет тока нейтрали. Дополнительный канал включает в себя полный путь сигнала, что делает возможным полный диапазон измерений. Каждый входной канал поддерживает независимое гибкое усиление каскада, что позволяет использовать счетчик со многими сенсорами тока, такими как трансформаторы тока и шунтирующие резисторы с низким номиналом. Два встроенных интегратора позволяют подключать катушки Роговского.ADE7953 предоставляет доступ ко встроенным регистрам счетчика посредством различных интерфейсов: SPI, I2C и UART. Два настраиваемых вывода выдают импульсные выходные сигналы, пропорциональные активной, реактивной и полной энергии, а также среднеквадратичным току и напряжению. Полная информация о качестве электроэнергии, такая как перегрузка по току, перегрузка по напряжению, обнаружение пиков и падений напряжения, доступна через внешний вывод прерывания IRQ. Также имеются функции обнаружения отсутствия активной, реактивной и полной энергий, выполняемые независимо друг от друга, чтобы исключить эффект "самохода". Имеются отдельные выводы обнаружения изменения знака мощности (REVP), пересечения нулевого значения напряжения (ZX) и тока (ZX_I) . ADE7953 работает от напряжения источника питания 3.3 В и поставляется в корпусе с 28 выводами.

PGAIAP

IAN

VP

VN

IBP

IBN

SINC ФИЛЬТР

И ФИЛЬТР

ПРОРЕЖИ-ВАНИЯ

1.2В REF

ПРЕДУСИЛИТЕЛЬС НИЗКИМ УРОВНЕМ

ШУМА

PGA

НАСТРОЙКА И УПРАВЛЕНИЕ

PGA

UART I2CИНТЕРФЕЙС SPI

DSP

REVP

ZX

ZX_I

МАКСИМУМ

УГОЛ

КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ

ПАДЕНИЕ

ВЫБОРКА ФОРМЫВОЛНЫ

ADE7953

ПРОЦЕССОР ИЗМЕРЕНИЯ

ЭНЕРГИИ

ЦИФРОВОЕПРЕОБРАЗОВАНИЕ

ЧАСТОТЫ

AWATT

BWATT

AVAR

BVAR

AVA

BVA

CF1DEN

CF2DEN

AENERGYA

RENERGYA

APENERGYA

AENERGYB

RENERGYB

APENERGYB

AGND

DGND

IRQ CS MISO/SDA/

Tx

MOSI/SCL/Rx

SCLK CLKIN

REF

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА RESET VDD VINTA VINTD

CLKOUT

CF2

CF1

REVP

ZX

ZX_I09

320-

001

ADC

ADC

ADC

Схема 1

Информация, предоставленная Analog Devices точная и достоверная. Однако Analog Devices не несет ответственности за ее использование, а также за нарушения патнетов или иных прав третьих лиц, к которым может привести использование этой информации. Спецификации также могут быть изменены без уведомления. Зарагестрированные торговые марки являются собственностью их владельцев.

http://www.analog.com/ADE7953

ADE7953

Rev. 0 | of 68

СОДЕРЖАНИЕОсобенности.................................................................................. 1

Общее Описание........................................................................... 1

Функциональная Схема...............................................................1

История изменений.................................................................... 3

Характеристики............................................................................ 4

Временные характеристики................................................... 6 Предельно допустимые характеристики.................................8

Повреждение ЭС Разрядом ................................................... 8

Обозначение и Функции Выводов........................................... 9

Типичные Характеристики...................................................... 11

Тестовая Схема............................................................................ 16

Терминология.............................................................................. 17

Принцип Работы......................................................................... 18

Аналоговые Входы................................................................. 18

Аналогово-Цифровое Преобразование.............................18

АЦП Каналов Тока................................................................. 20

АЦП Канала Напряжения.................................................... 21

Схема Источника Опорного Напряжения........................21

Измерения СКЗ........................................................................... 22

Измерения СКЗ Каналов Тока............................................ 22

Измерение СКЗ Канала Напряжения................................ 22

Вычисление Активной Мощности......................................... 23

Определение Знака Активной Мощности........................23

Вычисление Активной Энергии......................................... 24 Режимы Накопления Активной Энергии........................ 26

Вычисление Реактивной Мощности...................................... 27 Знак Реактивной Мощности................................................27

Вычисление Реактивной Энергии....................................... 28

Режимы Накопления Реактивной Энергии...................... 29

Вычисление Полной Мощности.............................................. 30

Вычисление Полной Энергии.............................................. 30

Накопление Ампер-час.......................................................... 31

Преобразование Энергии в Частоту....................................... 32

характеристики импульсного выходного сигнала.......... 32

Калибровка Энергии................................................................... 33

Калибровка Усиления............................................................ 33

Калибровка Фазы..................................................................... 33

Калибровка Смещения............................................................ 34

Измерение Периода...................................................................... 35

Мгновенная Мощность и Форма Сигнала............................. 36

Коэффициент Мощности........................................................... 37

Использование Режима Циклического Накопления дляОпределения Коэффициента Мощности........................... 37

PF При Обнаружении Отсутствия Нагрузки................... 37

Угловые Измерения................................................................. 38 Обнаружение Отсутствия Нагрузки....................................... 39

Установка Пороговых Значений......................................... 39 Обнаружение Отсутствия Активной Энергии................ 39

Обнаружение Отсутствия Реактивной Энергии..............40

Обнаружение Отсутствия Полной Энергии.................... 40 Обнаружение Пересечения Нуля.............................................42

Выводы Пересечения Нуля.................................................. 42 Прерывания по Пересечению Нуля.................................. 42

Таймаут Ожидания Пересечения Нуля............................. 43

Пороговое Значение при Пересечении Нуля................... 43

Обнаружение Падения Напряжения...................................... 44

Настройка Регистра SAGCYC ............................................. 44

Настройка Регистра SAGLVL .............................................. 44

Прерывания по Падению Напряжения. ............................ 44

Обнаружение Максимального Значения............................... 45

Индикация Направления Мощности..................................... 46

Изменение Знака Мощности.................................................46

Индикация Знака Мощности............................................... 46

Обнаружение Перегрузки по Току и Напряжению.............47

Настройка Регистров OVLVL и OILVL ............................. 47

Прерывания по Перегрузкам ............................................... 47

Альтернативные Функции Выводов....................................... 48

Прерывания ADE7953 ............................................................... 49

Основные Прерывания (Канал Напряжения и Канал Тока А)....................................................................... 49

Прерывания Канала Тока В.................................................. 49

Интерфейсы в ADE7953 ............................................................... 50

Автоопределение Интерфейса............................................. 50

Фиксация Выбранного Интерфейса................................... 50

Интерфейс SPI ......................................................................... 51

Интерфейс I2C ......................................................................... 52

Интерфейс UART ................................................................... 54

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Проверка результатов и обеспечение надежности передачи............... .......................56

Защита от Записи.................................................................. 56

Проверка Результатов Передачи....................................... 56

Регистр Контрольной Суммы.............................................57

Регистры ADE7953 ..................................................................... 58

Описание Регистров ADE7953 ............................................ 60 Установочные Размеры.............................................................. 65

Информация для Заказа........................................................ 65

ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ 2/11—Версия 0: Исходная Версия

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ХАРАКТЕРИСТИКИ

VDD = 3.3 В ± 10%, AGND = DGND = 0 В, внутр. ист. опорного напр, CLKIN = 3.58 МГц, TMIN= −40°C, TMAX =+85°C, если не указ. иначе.

Таблица 1

Параметр Mин. Tип. Maкс. Ед. изм. Условия Измерения/Комментарии

±0.05 ГрадусыФАЗОВАЯ ОШИБКА МЕЖДУ КАНАЛАМИ Коэффициент Мощности (PF)= 0.8 (емкостной характер нагрузки)PF = 0.5 (индуктивный характер нагрузки) ±0.05 Градусы

Линейная частота= 45Гц - 65 Гц, HPF включен Опережение по фазе 37°

Отставание по фазе 60°

ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ

Погрешность измерения активной энергии (Канал Тока А)

Погрешность измерения активной энергии (Канал Тока В)

0.1 %Динамический диапазон 3000:1, PGA = 1, PGA = 22, интегратор отключен

0.1 % Динамический диапазон 1000:1, PGA = 1, PGA = 16, интгратор отключен

Подавление помех от источника питания AC Изменение частоты выходного сигнала

VDD = 3.3 В ± 120 мВ СКЗ, 100 Гц 0.01 %

Подавление помех от источника питания DC Изменение частоты выходного сигнала

VDD = 3.3 В ± 330 мВ постоянный ток 0.01 %

Диапазон измерения активной энергии 1.23 кГц

ИЗМЕРЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ0.1 % Динам. диапазон 3000:1, PGA = 1, PGA

= 22, Интегратор отключен0.1 % Динам. диапазон 1000:1, PGA = 1, PGA

= 16, интегратор отключен VDD = 3.3 В ± 120 мВ rms, 100 Гц

0.01 %

VDD = 3.3 В ± 330 мВ dc 0.01 %

1.23 кГц

ИЗМЕРЕНИЕ СКЗДиапазон измерения IRMS и VRMS 1.23 кГц

Погрешеность измерения IRMS(канал тока A)

0.2 % Динамический диапазон 1000:1, PGA = 1, PGA = 22, интегратор отключен

Погрешеность измерения IRMS(канал тока B) и VRMS

0.2 % Динамический диапазон 500:1, PGA = 1, PGA = 16, интегратор отключен

АНАЛОГОВЫЕ ВХОДЫМаксимальные уровни сигналов ±500 мВ макс.

±500 мВ макс. ±250 мВ макс.

Дифференциальные входы: IAP и IAN, IBP и IBNНесимметричные входы: VP и VN, IBP и IBN Несимметричный вход: IAP и IAN

Входное сопротивление (DC)130 МОм70 МОм

Вывод IAP Вывод IAN Выводы IBP, IBN, VP, VN 660 кОм

Погрешность Смещения АЦП Неоткалиброванная погрешность (см. раздел Терминологий)

0 мВ Канал тока B, Канал напряженияКанал тока А −12 мВ

−0.3 мВ

Погрешность усиления

PGA = 1 PGA = 16, PGA = 22 Внешний источник опорного напряжения 1.2 В

±3 % ±3 %

Канал тока АКанал тока ВКанал напряжения ±3 %

Погрешность измерения реактивной энергии (Канал Тока А)

Погрешность измерения реактивной энергии (Канал Тока В)

Подавление помех от источника питания AC Изменение частоты выходного сигнала

Подавление помех от источника питания DC Изменение частоты выходного сигнала

Диапазон измерения реактивной энергии

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Параметр Mин. Tип. Maкс. Ед. изм. Условия измерения/КомментарииАНАЛОГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

74 дБ71 дБ

Соотношение Сигнал-Шум-и-Искажение Канал Тока А, Канал Тока В Канал Напряжения

68 дБ

65 дБДиапазон частот (−3 dB) 1.23 кГц

210 кГц50 % 80 мс0.04 %

2.4 В

ИМУЛЬСНЫЕ ВЫВОДЫ CF1 И CF2 Максимальная частота вывода Рабочий циклДлительн. импульса активн. низкого уровня Дрожание фазыВых. напряж. высокого уровня, VOH

Вых. напряж. низкого уровня , VOL 0.4 В

Частота CF1 или CF2> 6.25 Гц Частота CF1 или CF2 < 6.25 ГцЧастота CF1 или CF2 = 1 Гц ISOURCE = 500 мкА при 25°C ISINK = 8 мА при 25°C

ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Номинальное напряжение 1.2 В на выводе REF1.2 В

10 пФ±0.9 мВ TA = 25°C 1.45 кОм

Напряжение на входе REF Входная Емкость Погрешность напряжения

10 ppm/°CВХОД CLKIN и ВЫХОД CLKOUT ГЕНЕРАТОРА Во всех случаях CLKIN = 3.58 МГц

3.58 МГцЧастота генератора тактовых импульсов Эквив. последоват. сопрот. кристалла 30 200 Ом

ЛОГИЧЕСКИЕ ВХОДЫ—RESET, CLKIN, CS, SCLK,

2.4 В 0.8 В

MOSI/SCL/Rx, MISO/SDA/TxВх. напр. высокого уровня, VINH

Вх. напр. низкого уровня, VINL Входной ток, IIN

VDD = 3.3 В ± 10%VDD = 3.3 В ± 10%VIN = 0 В

MOSI/SCL/Rx, MISO/SDA/Tx, RESET −6.5 мкА0 мкА CLKIN, CS, SCLK

Входная емкость, CIN 10 пФЛОГИЧЕСКИЕ ВЫВОДЫ—IRQ, REVP, ZX, ZX_I,

3.0 В ISOURCE = 800 мкА CLKOUT, MOSI/SCL/Rx, MISO/SDA/TxВых. напр. высокого уровня, VOH

Вых. напр. низкого уровня, VOL 0.4 В ISINK = 2 мА ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

VDD 3.0 В3.6

Для приведенных характеристик 3.3 В- 10% 3.3 В + 10%

IDD 6.8 мАВ

Сооношение Сигнал-Шум Канал Тока А Канал Тока В и Канал Напряжения

VDD = 3.3 В ± 10%

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНТЕРФЕЙСА SPIVDD = 3.3 В ± 10%, AGND = DGND = 0 В, внутр. ист. опорного напряжения, CLKIN = 3.58 МГц, TMIN =−40°C, TMAX = +85°C, если не указывается иначе.Таблица 2. Параметр Описание Min1 Max1 Ед. измеренияtCS 50 tSCLK 200tSL 80 tSH 80 tDAV 80 tDSU 70 tDHD 5 tDF 20 tDR 20 tSR 20 tSF 20 tDIS 5 40 tSFS 0 tSFS_LK

Время перехода от CS к фронту SCLKПериод SCLKШирина импульса низкого уровня SCLK Ширина импульса высокого уровня SCLK Действительный вывод данных после фронта SCLK Время установки входа перед фронтом SCLK Время удержания входных данных после фронта SCLK Время спада выходных данныхВремя нарастания выходных данныхSCLK время нарастанияSCLK время спадаЗапрет MISO после нарастающего фронта CS Высокий уровень на CS после фронта SCLK Высокий уровень на CS после фронта SCLK (при записи в бит COMM_LOCK )

1200

1 Приводятся типовые минимальные и максимальные значения

Временная диаграмма интерфейса SPI

ВВОД LSB

промежут.биты

tDF

промежут.биты

tSFS_LKtSFS

tDIS

tCS

tSL

tSH

tDHD

tDAV

tDSU

tSRtSF

tDR

tSCLK

ВВОД MSBMOSI

MISO

SCLK

CS

0932

0-00

3

ВЫВОД MSB ВЫВОД LSB

Схема 2. Временные характеристики интерфейса SPI

нснс

нснс

нснс

нснснс

нс

нснснс

нс

ADE7953

ПОВТОРНОЕ СОСТОЯНИЕ СТАРТА

ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНТЕРФЕЙСА I2C

VDD = 3.3 В ± 10%, AGND = DGND = 0 В, внутренний источник опорного напряжения, CLKIN = 3.58 МГц, температурный

диапазон от TMIN до TMAX: от −40°C до +85°C, если не указывается иначе

Таблица 3

1 Приводятся типовые минимальные и максимальные значения

tF

tR

tHD;DATtHD;STA

tHIGHtSU;STA

tSU;DAT

tF

tHD;STA tSP

tSU;STO

tRtBUF

tLOW

SDA

SCL

СОСТОЯНИЕ СТАРТА

СОСТОЯНИЕ ОСТАНОВКИ

СОСТОЯНИЕСТАРТА 09

320-

002

Схема 3. Временные характеристики

интерфейса I2C

ОбозначениеСтадартный режимMin Max

Быстрый режим Min Max

Единица измерения

fSCL 0 100 0 400 кГцtHD;STA 4.0 0.6 мксtLOW 4.7 1.3 мксtHIGH 4.0 0.6 мксtSU;STA 4.7 0.6 мксtHD;DAT 0 3.45 0.9tSU;DAT 250 100 нсtR 1000 нсtF 300 20 300 нсtSU;STO 4.0 0.6 мксtBUF 4.7 1.3 мкс

ПараметрТактовая частота SCL Время удержания старта или повторного состояния старта Минимальный период времени SCL Максимальный период времени SCLВремя установки для повторного состояния старта Время сохранения данныхВремя настройки данныхВремя нарастания сигналов SDA и SCL Время спада сигналов SDA и SCLВремя гоотовности для состяния остановкиВремя освобождения шины между состоянием старта и остановки Длительность импульса подавленного выступа tSP N/A1 50 нс

мкс0

30020

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

TA = 25°C, если не указывается иначе

Таблица 4. Параметр Диапазон Значений

от −0.3 В до +3.7 Вот −0.3 В до +3.7 В

VDD относительно AGND VDD относительно DGND Напряж. на аналог. входе отн-но AGND, IAP, IAN, IBP, IBN, VP, VN

от −2 В до +2 В

от −0.3 В до VDD + 0.3 Вот −0.3 В от VDD + 0.3 Вот −0.3 В от VDD + 0.3 В

Напр. на входе REFin/out отн-но AGND Напр. на цифровом входе отн-но DGND Напр. на цифровом выходе отн-но DGND

Рабочий температурный диапазон ПромышленныйТемпература хранения

от −40°C до +85°C от −65°C до +150°C

Воздействия, выходящие за пределы перечисленных предельно допустимых характеристик, могут вызвать необратимые повреждения данного устройства. Эти характеристики относятся только к предельным воздействиям; здесь не подразумеваются характеристики устройства в рабочем режиме при различных условиях. Если устройство подвергается предельно допустимым воздействиям в течение продолжительного времени, надежность устройства может снизиться.

ПОВРЖДЕНИЕ ЭС РАЗРЯДОМДанная микросхема чувствительна к электростатическому разряду.Электростатический заряд, накопвишийся на оборудовании, может незаметно разрядиться. Несмотря на то, что в данном устройстве имеется схема защиты от электростатического разряда, необратимое повреждение может произойти, если разряд был сильный. Поэтому рекомендуется применять защитные меры против электростатического разряда во избежание ухудшения характеристик устройства или выхода его из строя.

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ОБОЗНАЧЕНИЕ И ФУНКЦИИ ВЫВОДОВ

1ZX2RESET3VINTD4DGND5IAP6IAN7PULL_HIGH

Замечание

1. На печатной плате необходимо создать соответствующую контактную площадку. Затем припаяйте микросхему, чтобы обеспечить механическую прочность соединения. Не соединяйте PADS с AGND.

17 VDD18 CLKIN19 CLKOUT20 REVP21 ZX_I

16 AGND15 VINTA

8PU

LL_H

IGH

9IB

P10

IBN

11VN

12VP

13R

EF14

PULL

_LO

W

24C

F225

SCLK

26M

ISO

/SD

A/T

x27

MO

SI/S

CL/

Rx

28C

S

23C

F122

IRQ

0932

0-00

4

ADE7953Вид сверху(масштаб не соблюден)

Схема 4. Обозначение выводов

Таблица 5. Описание Функций ВыводовНомер вывода Обозначение Описание

1 ZX Вывод пересечения нулевого уровня в канале напряжения. См. раздел Пересечение Нуля в Канале Напряжения. Этот вывод также можно альтернативно можно настроить на выдачу сигналов о качестве электроэнергии (см. раздел Альтернативные Функции Выводов).

2 RESET Сброс по низкому логическому уровню3 VINTD

4 DGND

Вывод позволяет получить доступ к 2.5 В цифровому LDO. Этот вывод должен быть развязан конденсатором 4.7 мкФ с параллельно подключенным керамическим конденсатором 100 нФ Обеспечивает заземление цифровых схем

5, 6 IAP, IAN

7, 8 PULL_HIGH

Аналоговый вход для Канала Тока А ( канал тока фазы) . Этот дифференциальный вход поддерживает максимум ±500 мВ. При несимметричном использовании максимальное поддерживаемое напряжение ±250мВ. Максимальное программное усиление каскада связанного с этим входом PGA - 22 (см. раздел Аналоговые Входы)

9, 10 IBP, IBN Аналоговый вход для Канала Тока В (канал тока нейтрали). Этот дифференциальный вход поддерживает максимум ±500 мВ. При несимметричном использовании максимальное поддерживаемое напряжение ±250мВ. Максимальное программное усиление каскада связанного с этим входом PGA - 16 (см. раздел Аналоговые Входы)

11, 12 VN, VP Аналоговый вход для канала напряжения. Этот несимметричный вход поддерживает максимум ±500 мВ. Максимальное программное усиление каскада связанного с этим входом PGA - 16 (см. раздел Аналоговые Входы) 13

REF Вывод внутреннего источника опорного напряжения. Источник имеет номинальную величину напряжения 1.2 В. Нужно обеспечить развязку вывода конденсатром 4.7 мкФ с параллельно подключенным керамическим конденсатором 100 нФ. Также на вывод можно подать напряжение 1.2 В от внешнего источника (см. раздел Схема Источника Опорного Напряжения)14

PULL_LOW Для нормальной работы подключается к AGND 15

VINTA Вывод позволяет получить доступ к 2.5 В аналоговому LDO. Этот вывод должен быть развязан конденсатором 4.7 мкФ с параллельно подключенным керамическим конденсатором 100 нФ.

16

AGND Заземление аналоговых схем17

VDD Источник питания (3.3 В) ADE7953. Для обеспечения требуемых параметров работы, необходимо подавать напряжение в пределах 3.3 В ± 10%. Этот вывод должен быть развязан конденсатором 10 мкФ с параллельно подключенным керамическим конденсатором 100 нФ.

Для нормальной работы подключается к VDD

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Номер вывода. Обозначение Описание

20 REVP

Индикация изменения знака мощности. См. раздел Изменение Знака Мощности. Вывод можно настроить на выдачу альтернативной информации о мощности (см. раздел Альтернативные Функции Выводов).

21 ZX_I Вывод пересечения нуля в канале тока. См. раздел Пересечение Нуля в Канале Тока. Вывод можно настроить на выдачу альтернативной информации о мощности (см. раздел Альтернативные Функции Выводов).

22 IRQ Вывод прерываний. См. раздел Прерывания в ADE7953

23 CF1 Выход 1 эталонной частоты. 24 CF2 Выход 2 эталонной частоты.

25 SCLK

26 MISO/SDA/Tx Вывод данных интерфейса SPI/двунаправленный вывод данных интерфейсаI2C /линия передачи интерфейса UART.

27 MOSI/SCL/Rx Вход данных интерфейса SPI/тактовый вход интерфейса I2C/линия приема данных интерфейса UART

28 CS

EPAD

Вход интерфейса SPI для выбора устройства. На выводе должен быть высокий уровень при использовании I2C или UART.

19 CLKOUT Кварцевый резонатор может быть подключен между этим выводом и CLKIN, чтобы обеспечить работу генератора тактовых импульсов в ADE7953

18 CLKIN Вход главного генератора тактовых импульсов ADE7953. К этому входу можно подсоединить внешний генератор. Как альтернативный способ, для получения тактовых импульсов возможно подключение к выводам CLKIN и CLKOUT кварцевого резонатора с параллельным резонансом и со срезом типа АТ. Требуемая частота - 3.58 МГц. Керамические конденсаторы емкостью несколько десятков пФ доложны быть использованы в схеме генератора. См. документацию производителя резонатора для требований к емкости нагрузки.

Вход генератора тактовых имульсов для SPI. Все последовательные передачи данных синхронизированы с этим генератором (см. раздел Интерфейс SPI). При использовании интерфейса I2C на выводе должен быть высокий уровень, при использовании UART - вывод должен быть заземлен.

Незащищенная контактная площадка. Создайте подобную контактную площадку на печатной плате под незащищенной контактной площадкой. Запаяйте незащищенную контактную площадкук контактной площадке на печатной плате для обеспечения механической прочности корпуса. Не подсоединяйте контактные площадки к AGND.

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ТИПИЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)

КАНАЛ ТОКА (% от полной шкалы) 0932

0-10

4

PF = –0.5

PF = +1.0PF = +0.5

–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)

КАНАЛ ТОКА (% от полной шкалы)

+25°C–40°C

+85°C

0932

0-10

1

Рис 5. Канал тока А Ошибка измерения активной энергии как процент от замеренного значения (Усиление= 1, Коэффициент

мощности= 1) при различной температуре. Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор выключен

Рис.8. Канал тока А Ошибка измерения активной энергии как процент от замеренного значения (Усиление=22, Температура=25°C) при

разных значениях коэффициента мощности. Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор выключен

–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

ERR

OR

(% о

т по

каза

ний)


0-10

2

PF = –0.5

PF = +1.0PF = +0.5

–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


VDD = 3.63V

VDD = 3.30VVDD = 2.97V

0932

0-10

5

Рис.6. Канал тока А Ошибка измерения активной энергии как процент от замеренного значения (Усиление=1, Температура=25°C)

при разных значениях коэффициента мощности. Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор выключен

Рис. 9. Канал тока А Ошибка измерения активной энергии как процент от замеренного значения (Усиление=22, Температура=25°C, Коэффициент

мощности= 1) при разных значениях напряжения питания. Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор выключен

– 1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

45 50 55ЧАСТОТА (Гц)

60 65

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний) PF = –0.5

PF = +1.0PF = +0.5

0932

0-10

6

–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


+25°C–40°C

+85°C

0932

0-10

3

Рис. 10. Канал тока А Ошибка измерения активной энергии как процент от замеренного значения (Усиление=22, Температура=25°

C, ) при разных значениях частоты и коэффициента мощности. Используется внутренний источник опорного напряжения,

Интегратор выключен

Рис.7. Канал тока А Ошибка измерения активной энергии как процент от замеренного значения (Усиление= 22, Коэффициент

мощности= 1) при различной температуре. Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор

выключен

ADE7953

Rev. 0 | of 68

–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


+25°C–40°C

+85°C

0932

0-10

7

Рис. 11. Канал тока А Ошибка измерения реактивной энергии как процент от замеренного значения (Усиление= 1, Коэффициент


–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


PF = +0.866

PF = –0.866PF = 0

0932

0-10

8

Рис. 12. Канал тока А Ошибка измерения реактивной энергии как процент от замеренного значения (Усиление=1, Температура=25°C)


–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


+25°C–40°C

+85°C

0932

0-10

9

Рис. 13. Канал тока А Ошибка измерения реактивной энергии как процент от замеренного значения (Усиление= 22, Коэффициент


–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


PF = +0.866

PF = –0.866PF = 0

0932

0-11

0

Рис. 14. Канал тока А Ошибка измерения реактивной энергии как процент от замеренного значения (Усиление=22, Температура=25°C)


– 1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0


60 65

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)

0932

0-11

1

PF = +0.866

PF = –0.866PF = 0

Рис. 15. Канал тока А Ошибка измерения реактивной энергии как процент от замеренного значения (Усиление=22, Температура=25°C,

Коэффициент мощности= 1) при разных значениях частоты и напряжения питания. Используется внутренний источник опорного

напряжения, Интегратор выключен

–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.001 0.01 0.1 1

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


GAIN = 1GAIN = 22

0932

0-11

2

Рис. 16. Канал тока А Ошибка измерения СКЗ тока как процент от замеренного значения (коэффициент мощности =1,

Температура=25°C, ) при разных значениях усиления. Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор

выключен

ADE7953

Rev. 0 | of 68

0.001 0.01 0.1 1–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


+25°C–40°C

+85°C

0932

0-11

3

Рис. 17. Канал тока В Ошибка измерения активной энергии как процент от замеренного значения (Усиление= 1, Коэффициент


0.001 0.01 0.1 1–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


0-11

4

PF = –0.5

PF = +1.0PF = +0.5

Рис. 18. Канал тока В Ошибка измерения активной энергии как процент от замеренного значения (Усиление=1, Температура=25°C)


0.001 0.01 0.1 1–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


0-11

5

VDD = 3.63V

VDD = 3.30VVDD = 2.97V

Рис. 19. Канал тока В Ошибка измерения активной энергии как процент от замеренного значения (Усиление= 1, Температура=25°C,

Коэффициент мощности= 1) при разных значениях напряжения питания. Используется внутренний источник опорного

напряжения, Интегратор выключен

– 1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0


60 65

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний) PF = –0.5

PF = +1.0PF = +0.5

0932

0-11

6

Рис. 20. Канал тока B Ошибка измерения активной энергии как процент от замеренного значения (Усиление=1, Температура=25°C, )

при разных значениях частоты и напряжения питания. Используется внутренний источник опорного напряжения,


0.001 0.01 0.1 1–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


+25°C–40°C

+85°C

0932

0-11

7

Рис 21. Канал тока В Ошибка измерения реактивной энергии как процент от замеренного значения (Усиление= 1, Коэффициент


0.001 0.01 0.1 1–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


PF = +0.866

PF = –0.866PF = 0

0932

0-11

8

Рис. 22. Канал тока В Ошибка измерения реактивной энергии как процент от замеренного значения (Усиление= 1, Температура=25°C, )


ADE7953

Rev. 0 | of 68

– 1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0


60 65

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)

0932

0-21

9

PF = +0.866

PF = –0.866PF = 0

Рис. 23. Канал тока B Ошибка измерения реактивной энергии как процент от замеренного значения (Усиление=1, Температура=25°C, )

при разных значениях частоты и коэффициент мощности. Используется внутренний источник опорного напряжения,


0.001 0.01 0.1 1–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


0-22

0

Рис.24. Канал тока B Ошибка измерения СКЗ тока как процент от замеренного значения (Усиление=1, Температура=25°C, Коэффициент мощности= 1)

Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор выключен

0.001 0.01 0.1 1–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)

КАНАЛ НАПРЯЖЕНИЯ (% от полной шкалы) 0932

0-12

1

Рис. 25. Ошибка измерения СКЗ напряжения как процент от замеренного значения (Температура=25°C, Коэффициент

мощности= 1) Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор выключен

–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


+25°C–40°C

+85°C

0932

0-12

2

Рис. 26. Канал тока А Ошибка измерения активной энергии как процент от замеренного значения ( (Усиление=16, Коэффициент

мощности = 1) при различной температуре. Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор включен

–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


0-12

3

PF = –0.5

PF = +1.0PF = +0.5

Рис. 27. Канал тока А Ошибка измерения активной энергии как процент от замеренного значения ( (Усиление=16, Температура=25°

C,) при разных значениях коэффициента мощности. Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор включен

0.001 0.01 0.1 1–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


+25°C–40°C

+85°C09

320-

124

Рис. 28. Канал тока В Ошибка измерения активной энергии как процент от замеренного значения ( (Усиление=16, Коэффициент

мощности = 1) при различной температуре. Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор включен

ADE7953

Rev. 0 | of 68

0.001 0.01 0.1 1–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


0-22

5

PF = –0.5

PF = +1.0PF = +0.5

0.001 0.01 0.1 1–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


+25°C–40°C

+85°C

0932

0-22

8

Рис. 29. Канал тока В Ошибка измерения активной энергии как процент от замеренного значения (Усиление = 16, Температура = 25°

C) при разных значениях коэффициента мощности, Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор включен

Рис. 32. Канал тока В Ошибка измерения реактивной энергии как процент от замеренного значения (Усиление = 16, Коэффициент

мощности = 0 ) при различной температуре, Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор включен

–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


+25°C–40°C

+85°C

0932

0-12

6

0.001 0.01 0.1 1–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


PF = +0.866

PF = –0.866PF = 0

0932

0-12

9

Рис. 30. Канал тока А Ошибка измерения реактивной энергии как процент от замеренного значения (Усиление = 16, Коэффициент

мощности = 0 ) при различной температуре, Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор включен

Рис. 33. Канал тока В Ошибка измерения реактивной энергии как процент от замеренного значения (Усиление = 16, Температура = 25°C) при разных значениях коэффициента мощности, Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор включен

0.001 0.01 0.1 1–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


0-13

0

CHANNEL ACHANNEL B

0.0001 0.001 0.01 0.1 1–1.0

–0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ПО

ГРЕШ

НО

СТЬ

(% о

т по

каза

ний)


0-22

7

PF = +0.866

PF = –0.866PF = 0

Рис. 31. Канал тока А Ошибка измерения реактивной энергии как процент от замеренного значения (Усиление = 16, Температура = 25°C) при разных значениях коэффициента мощности, Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор включен

Рис. 34. Ошибка измерения СКЗ тока как процент от замеренного значения (Усиление = 16, Температура=25°C) Используется внутренний источник опорного напряжения, Интегратор выключен

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ТЕСТОВАЯ СХЕМА

SAME ASCF2

0.1µF4.7µF

CS

MOSI/SCL/Rx

MISO/SDA/Tx

SCLK

CF2

CF1

REF

CLKOUT

CLKIN

RESET

IAP

IAN

IBP

IBN

VN

VP

PULL_HIGH

PULL_LOW

2

14

5

6

9

10

11

12

8

21

28

27

26

25

24

23

22

13

19

18

ADE7953

15 17 3

VIN

TA

VDD

VIN

TD

4 16

DG

ND

AG

ND

0.1µF4.7µF

0.1µF4.7µF20pF +

+ +

3.3V

3.3V

20pF

3.58MHz

PULL_HIGH3.3V

7

33nF1kΩ

1kΩ

1kΩ

10kΩ

10kΩ

10kΩ

1.5kΩ

1kΩ

1MΩ

110V 33nF

3.3V

3.3V

1µF

33nF33nF

1kΩ

1kΩ

33nF33nF

ZX_I

REVP

1

20

ZX

IRQ

0932

0-09

9

Рис. 35. Тестовая Схема

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ТЕРМИНОЛОГИЯПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯПогрешность измерений энергии ADE7953 определяется формулой:

(1)

ПОГРЕШНОСТЬ СМЕЩЕНИЯ АЦПЭто погрешность из-за смещения постоянного тока, связанного с аналоговыми входами АЦП. То есть при соединении аналоговых входов с AGND , АЦП все равно будет фиксировать наличие некоторого небольшого сигнала постоянного тока. Величина этого сигнала зависит от коэффициента усиления и выбранного входного диапазона. Однако фильтр высокой частоты удаляет эту ошибку из каналов тока и напряжения так, что на расчет потребляемой мощности она не влияет.

× 100%

Погрешность измерения =Энергия, зафикс. ADE7953 − Фактич. знач. энергии

Фактич. значение энергии

ПОДАВЛЕНИЕ ОТКЛОНЕНИЙ ПИТАНИЯ (PSR)PSR определяет погрешность измерения микросхемой ADE7953, вызванную нестабильностью напряжения источника питания, как процент от фиксируемого значения. Чтобы определить PSR при переменном токе проводятся измерения мощности при номинальном напряжении питания 3.3 В. Затем, когда в напряжение питание вводится помеха (среднеквадратичное значение 120 мВ при частоте 100 Гц и ), выполняется повторное измерение. Любая возникающая при этом погрешность выражается в процентах от замеренного значения (см. Определение погрешности измерения).Для оценки PSR при постоянном токе измерения выполняются при номинальном напряжении питания 3.3 В. Затем считывание проводится еще раз при тех же уровнях входного сигнала, но при изменении напряжения питания на ±10%. Возникающая при этом погрешность выражается в процентах от от замеренного значения

ПОГРЕШНОСТЬ ФАЗЫ МЕЖДУ КАНАЛАМИФильтр высокой частоты и цифровой интегратор создают небольшой фазовый сдвиг между каналами тока и каналом напряжения. Цифровая схема обеспечивает коррекцию фазы между каналами тока и каналом напряжения в пределах ±0,1 для диапазона частот от 45 Гц до 65 Гц. Этот внутренний фазовый сдвиг может быть объединен с внешним фазовым сдвигом (от сенсоров тока или допуска на элемент схемы) и откалиброван регистрами калибровки фазы.

ПОГРЕШНОСТЬ УСИЛЕНИЯПогрешность усиления в АЦП ADE7953 для каналов определяется как разность между замеренным кодом на выходе АЦП ( минус смещение) и кодом на выходе в идеальном случае (см. АЦП Канала Тока и АЦП Канала Напряжения). Разница выражается в процентах от значения в идеальном случае.

ADE7953

ПРИНЦИП РАБОТЫ АНАЛОГОВЫЕ ВХОДЫADE7953 имеет три аналоговых входа: два канала тока и один канал напряжения. В стандартной конфигурации Канал Тока А используется для измерения тока фазы, а B - для измерения тока нейтрали. Канал напряжения измеряет разницу между напряжением фазы и напряжением нейтрали. Однако ADE7953 также может использоваться и для альтернативных комбинаций тока и напряжения (если соблюдаются спецификации аналоговых входов, описанные в этом разделе).Канал Тока АКанал Тока А - это полностью дифференциальный вход напряжения, предназначенный для использования с датчиком тока. Этот канал управляется двумя выводами: IAP (Pin 5) и IAN (Pin 6). Максимальное дифференциальное напряжение, которое можно подать на IAP и IAN - ±500 мВ. Рекомендуется использовать синфазное напряжение менее ±25 мВ. Превышение этого значения может ограничить диапазон изменения динамических характеристик. Программируемое усиление каскада доступно на канале тока А с коэффициентами 1, 2, 4, 8, 16, и 22 (см. Табл. 6). Максимальный сигнал, подаваемый на Канал Тока А - ±250 мВ при использовании несимметричной конфигурации, следовательно, при использовании единичного коэффициента усиления, динамический диапазон ограничен. Коэффициент усиления по каналу тока А настраивается записью регистра PGA_IA (0x008). По умолчанию PGA канала тока А установлен равным 1. Коэффициент 22 возможен только для канала тока А, что позволяет выполнять высокоточные измерения сигналов с очень маленькой амплитудой. Такая конфигурация особенно удобна при использовании резисторов шунтирования небольших номиналов или катушек Роговского. Канал Тока ВКанал Тока В - это полностью дифференциальный вход напряжения, предназначенный для использования с датчиком тока. Канал управляется двумя выводами: IBP (Pin 9) и IBN (Pin 10). Максимальное диффернциальное напряжение, которое можно подать на IBP и IBN - ±500 мВ. Рекомендуется использовать синфазное напряжение менее ±25 мВ. Превышение этого значения может ограничить диапазон изменения динамических характеристик. На канале тока В возможно программное усиление каскада с коэффициентами 1, 2, 4, 8, и 16 (см. Табл. 6). Канал тока В настраивается через регистр PGA_IB (0x009). По умолчанию коэффициент усиления в канале тока В равен 1. Канал напряженияВход канала напряжения - это несимметричный вход управляемый двумя выводами: VP (Pin 12) и VN (Pin 11). Максимальное напряжение, которое можно подать на VP - ±500 мВ относительно VN. Рекомендуется использовать синфазное напряжение менее ±25 мВ. Превышение этого значения может ограничить диапазон изменения динамических характеристик АDE7953.

На канале напряжения возможно программное усиление каскада с коэффициентами 1, 2, 4, 8, и 16 (см. Таблицу 6). Усиление в канале напряжения устанавливается через регистр PGA_V (0x007), по умолчанию коэффициент равен 1.

Таблица 6. Настройки кэффицианта усиления PGA

Коэффи-циент

Макс. дифф. сигнал на входе, мВ

PGA_IA[2:0] (Addr 0x008)

PGA_IB[2:0] (Addr 0x009)

PGA_V[2:0] (Addr 0x007)

1 ±500 0001 000 0002 ±250 001 001 001 4 ±125 010 010 010 8 ±62.5 011 011 011 16 ±31.25 100 100 100 22 ±22.7 101 N/A N/A

1 Когда на канале тока А выбран коэф-т 1, максимальный сигнал на выводе ограничен ±250 мВ. Следовательно, при использовании однотактной конфигурации, максим. входной сигнал ±250 мВ относительно AGND.

АНАЛОГОВО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕАналого-цифровое преобразование в ADE7953 выполняется тремя Σ-∆ модуляторами второго порядка. Для понятности на Схеме 36 показана работа Σ-∆ модулятора первого порядка. Аналого-цифровое преобразование осуществляется Σ-∆ модулятором, а затем фильтром низких частот.

24

ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРНИЗКИХ ЧАСТОТ

R

C+

–

CLKIN/4

ИНТЕГРАТОР

+VREF

–VREF1-BIT DAC

ЗАПИРАЮЩИЙСЯКОМПАРАТОР

АНАЛОГОВЫЙ ФИЛЬТРНИЗКИХ ЧАСТОТ

.....10100101.....

+–

0932

0-01

3

Схема 36. Σ-∆ Преобразование

Σ-∆ преобразует входной сигнал в непрерывный последовательный поток единиц и нулей со скоростью, задаваемой выбором тактовой частоты. Частота генератора ADE7953 равна 895 кГц (CLKIN/4). Однобитный ЦАП в цепи обратной связи приводится в действие последовательным потоком данных. Выходной сигнал ЦАП вычитается из входного. Если коэффициент цепи достаточно высокий, среднее значение на выходе ЦАП (и, следовательно, поток битов) приближаются к входному сигналу. Для любого входного значения при одинарном сэмплировании данные с однобитового АЦП фактически бессмысленны. Реальные данные, которые уже можно подвергнуть обработке, могут быть получены только при вычислении усредненного значения из большого количества замеров. Это среднее значение вычислется второй частью АЦП, цифровым фильтром низких частот. Усредняя большое количество бит от модулятора, фильтр низких частот (LPF) может выдавать 24-битные слова, пропорциональны уровню входного сигнала.

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Σ-∆ использует два подхода — сэмплирование с запасом по частоте дискретизации и ограничение шума —чтобы добиться высокой точности при, по сути, 1-битной технологии преобразования.

Сэмплирование с запасом по частоте дискретизации

Это первая технология, применяемая для достижения высокого разрешения. Запас по частоте означает, что выборка производится с частотой во много раз выше интересуемой ширины полосы частот. Например, частота выборки ADE79653 - 895 кГц, а интересуемые частоты - от 40 Гц до 1.23кГц. Сэмплирование с запасом имеет свойство распространять шумы квантования (шумы, возникающие в результате сэмплирования) на более широкую полосу частот. При менее плотном распространении шумов по более широкой полосе частот шумы квантования на интересующих частотах уменьшаются (см. Схему 37)

ШУМЫ

СИГНАЛ

ШУМЫ

СИГНАЛ

0 3 447.5ЧАСТОТА (кГц)

ВЫСОКОТОЧНЫЙ ВЫХОД С ЦИФРОВОГО LPF

895

0 3 447.5ЧАСТОТА ()кГц)

895

ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРформирование шума

ФИЛЬТР СГЛАЖИВАНИЯ (RC)

ЧАСТОТА СЭМПЛИРОВАНИЯ

0932

0-01

4

Схема 37. Подавление шумов избыточным сэмплированием и Ограничение Шума в

Аналоговом Модуляторе.

Однако избыточное сэмплирование само по себе не достаточно для улучшения соотношения сигнала-к-шуму (SIGNAL - to - NOISE, SNR) на интересуемом диапазоне частот. Например, для увеличения SNR только на 6 децибел (1 бит), необходимо сэмплирование с избытком с коэффициентом 4. Чтобы избыточный коэффициент при таком сэмплировании оставался в разумных пределах, можно формировать шум квантования, так что большая часть шумов будет в более высоких частотах (см. раздел Ограничение Шумов).

Ограничение ШумовОграничение шумов - вторая технология, применяемая для того чтобы добиться высокого разрешения. В Σ-∆ модуляторе шумы формируются интегратором, который имеет реакцию характеристики в области высоких частот вследствие шума квантования из-за обратной связи. В результате большая часть шумов наблюдается в высоких частотах, откуда шумы можно удалить фильтром низких частот. Ограничение шумов показано на Схеме 37.

Фильтр СглаживанияКак показано на Схеме 36, на входе каждого модулятора необходим внешний низкочастотный RC фильтр. Функция этого фильтра - предотвратить наложение спектров (алиазинг). Алиазинг относится к частотным составляющим во входном сигнале, которые складываются и появляются в дискретизированном сигнале. Этот эффект наблюдается, когда сигналы с частотой выше половины частоты дискретизации АЦП (также известной как частота Найквиста) возникают в самплированном сигнале с частотой ниже половины частоты дискретизации. Это отображено на Схеме 38.

ЭФФЕКТ НАЛОЖЕНИЯ (АЛИАЗИНГ)

ЧАСТОТА ДИСКРЕТИЗАЦИИ

Изображение частоты

0 1.23 3 447.5ЧАСТОТА (кГц)

895

0932

0-01

5

Схема 38. Эффект Алиазинга

Стрелками на схеме показано, как составляющие частоты выше частоты Найквиста (447.5 кГц для ADE7953) сгибаются вниз. Это наблюдается на всех АЦП вне зависимости от архитектуры.

ADE7953

Rev. 0 | of 68

xIGAIN

ЦСП

Опорный сигналБит HPFEN CONFIG[2]

Цифровой интегратор

Бит INTENxCONFIG[1:0]

Вычисление активной и реактивной мощности

Обнаружениепика тока,перегрузки по току

Ix форма сигнала, регистр выборки

Вычисление СКЗ (IRMS)

HPFAЦПPGA

IxP

Обнаружение ZX_I

PGA_x BITS×1, ×2, ×4, ×8, ×16,×22 (только для IA)

VIN

IxN 0932

0-01

9

LPF1

Схема 39. АЦП и путь сигнала в канале тока

АЦП КАНАЛОВ ТОКАНа схеме 39 показаны прохождение сигнала через АЦП и обработка сигнала для Канала Тока A, доступная через выводы IAP и I AN. Для Канала Тока В путь сигнала и его обработка аналогичны и доуступны посредством выводов IBP и IBN. Выход АЦП представлен в дополнительном коде, в виде 24-битных слов, доступных на скорости 6.99 kSPS (тысяч выборок в секунду). При максимальном аналоговом входном сигнале ±250 мВ и PGA_Ix коэффициенте 2, АЦП выдает максимальный код на выходе. Выходной сигнал АЦП лежит в диапазоне −6,500,000 LSBs (десятичн.) +6,500,000 LSBs. Выходной сигнал варьируется от компонента к компоненту.Как видно на схеме 39, для каждого канала тока имеется фильтр высокой частоты (HPF). HPF включен по умолчнаию и удаляет любые смещения постоянного тока на выходе АЦП. Настоятельно рекомендуется держать этот фильтр включенным всегда; однако его можно отключить сбросом бита HPFEN (Bit 2) в регистре CONFIG (0x102). Сброс бита HPFEN отключает фильтры в обоих каналах тока и в канале напряжения.

di/dt Датчик тока и Цифровой интеграторКак видно из схемы 39, ток в обоих каналах тока А и B проходит через встроенный цифровой интегратор. Этот интегратор по умолчанию отключен и необходим только для интерфейса с di/dt сенсором, таким как катушка Роговского. При использовании шунтирующего резистора либо трансформатора тока (CT), интегратор не нужен и поэтому должен быть выключен.di/dt сенсор обнаруживает изменения магнитного поля вызванные переменным током. На схеме 40 показан принцип действия di/dt сенсора.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, СОЗДАВАЕМОЕ ТОКОМ (ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ТОКУ)

+ –

ЭДС (ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА) ИНДУЦИРУЕМАЯ ИЗМЕНЕНИЯМИ ПЛОТНОСТИ МАГНИТНОГО ПОТОКА (di/dt)

0932

0-02

0

Схема 40. Принцип работы di/dt сенсора тока

Плотность потока магнитного поля, индуцируемого током прямо пропорциональна величине тока. Изменения плотности магнитного потока, проходящего через проводящий контур, генерируют электродвижущую силу (эдс)между двумя концами контура. ЭДС пропорциональна дифференциалу тока по времени(di/dt). Выходное напряжение di/dt сенсора определяется взаимоиндукцией между токонесущим проводником и di/dt сенсором. Сигнал тока должен быть востановлен из сигнала di/dt сенсора прежде чем его можно будет использовать. Следовательно, необходим интегратор, чтобы восстановить исходную форму сигнала.В ADE7953 имеется втроенный цифровой интегратор на каждом канале тока, восстанавливающий сигнал от di/dt сенсора. Оба цифровых интегратора по умолчанию отключены. Цифровой интегратор на Канале Тока А включается установкой бита INTENA (Bit 0) в регистре CONFIG (Address 0x102), на Канале Тока B - установкой бита INTENB (Bit 1) .

ADE7953

Rev. 0 | of 68

АЦП КАНАЛА НАПРЯЖЕНИЯНа Схеме 41 показан путь сигнала и его обработка АЦП в канале напряжения, который доступен через выводы VP и VN. Выходые данные АЦП - это представленные в дополнительном коде 24-битные слова, доступные на скорости 6.99 kSPS (тысяч выборок в секунду). При номинальном максимальном аналоговом сигнале ±500 мВ и коэффициенте PGA_V установленному в 1, АЦП выдает максимальный выходной код. Выходной сигнал АЦП лежит в диапазоне −6,500,000 LSBs (десятичн.) +6,500,000 LSBs. Выходной сигнал варьируется от компонента к компоненту.Как видно из Схемы 41, на Канале Напряжения имеется фильтр высоких частот(HPF). HPF включен по умолчанию и удаляет смещения постоянного тока в выходном сигнале АЦП. Настоятельно рекомендуется держать фильтр включенным всегда, но его можно отключить сбросом бита HPFEN (Бит 2) в регистре CONFIG (адрес 0x102). Сброс бита HPFEN отключает фильтры и в каналах тока, и в канале напряжения.

СХЕМА ИСТОЧНИКА ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯADE7953 имеет встроенный источник опорного напряжения с номинальным напряжением 1.2 В на выводе REF. Это опорное напряжение используется АЦП в ADE7953. Вывод REF также может быть соединен со внешним источником, например, опорным напряжением 1.2 В. Напряжение внутреннего источника опорного напряжения ADE7953 слегка меняется под действием температуры (см. раздел Характеристики).

Значение отклонения может быть различным от компонента к компоненту. Отклонение опорного напряжения в х% приводит к отклонению точности счетчика в 2x%. Это отклонение обычно минимально и гораздо меньше отклонений в других копонентах счетчика. По умолчанию ADE7953 настроен на использование встроенного источника опорного напряжения. Если Бит 0 регистра EX_REF (Адрес 0x800) установлене в 1, на вывод REF можно подавать напряжение со внешнего источника.

VGAINОпорный сигнал

HPFEN битCONFIG[2]

ЦСП

Вычисление активной и реактивной мощности

Обнаружение пика напряжения,перенапряжения,падения напряжения

Вычисления СКЗ (VRMS) напряжения

HPFAЦПPGA

VP

ZX Обнаружение

PGA_V BITS×1, ×2, ×4, ×8, ×16

VIN

VN

0932

0-02

5

LPF1

Схема 41. АЦП и путь сигнала в канале напряжения

V форма сигналаРегистр выборки

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ИЗМЕРЕНИЕ СКЗСреднеквадратичное значение (rms) - это измерение величины сигнала переменного тока. В частности, скз сигнала переменного тока равно количеству постояного тока, требуемого чтобы получить эквивалентное количество мощности в нагрузке. Скз математически выражается уравнением 1

∫=t

2 dttft

RMS0

)(1(1)

При выборке сигналов по времени, вычисление скз включает возведение сигнала в квадрат, получение среднего значения и извлечение квадратного корня:

∑=

=N

nnf

N RMS

1

2 ][1 (2)

Как следует из уравнения 2, измеренное скз содержит информацию из основной гармоники и всех гармоник выше полосы измерения 1,23 кГц.

ADE7953 поддерживает измерение скз для Каналов Тока А, B и Канала Напряжения одновременно. Время выравнивания этих измерений - примерно 200 мс и значения обновляются со скоростью 6.99 кГц.

ИЗМЕРЕНИЕ СКЗ КАНАЛОВ ТОКАADE7953 поддерживает измерение скз для обоих каналов тока. На схеме 42 показан путь сигнала при этих измерениях. Обработка сигнала для двух каналов идентична.

0932

0-04

0

Сигналтока

с HPF илиинтегратора(если разрешен)

LPFX2 √

212

×IRMSOS[23:0]

IRMSx[23:0]

Схема 42. Вычисление RMS для канала тока

Как показано на Схеме 42, выходные значения АЦП канала тока используются для постоянных вычислений скз. Для получения скз выполняют низкочастотную фильтрациию квадрата выходного сигнала, а затем из результата извлекают квадратный корень. 24-битные беззнаковые значение скз для каналов тока Аи B доступны через регистры IRMSA (адрес 0x21A и адрес 0x31A) и IRMSB (адрес 0x21B и адрес 0x31B), соответственно. Значения в обоих регистрах обновляются с частотой 6.99 кГц. Так как низкочастотная фильтрация (LPF), используемая в вычислении скз не идеальна, рекомендуется считывать значения регистров IRMSx синхронно с сигналом пересечения нуля (см. раздел Обнаружение Пересечения Нуля). Это позволяет стабилизировать измененния значения от считывания к считыванию, избавляясь от эффекта любых 2ω отклонений при измерении скз.

ИЗМЕРЕНИЕ СКЗ КАНАЛА НАПРЯЖЕНИЯADE7953 поддерживает измерение скз на канале напряжения.

0932

0-04

1сигналнапряжения

с HPF LPFX2 √

212

VRMSOS[23:0]

VRMS[23:0]

Схема 43. Вычисление RMS для канала напряжения

Как показано на Схеме 43, выходные значения АЦП канала напряжения используются для постоянных вычислений скз. Для получения скз выполняют низкочастотную фильтрациию квадрата выходного сигнала, а затем из результата извлекают квадратный корень. 24-битные беззнаковые значение скз для канала напряжения доступны через регистр VRMS (адрес 0x21C и адрес 0x31C). Значения в обоих регистрах обновляются с частотой 6.99 кГц. Так как низкочастотная фильтрация (LPF), используемая в вычислении скз не идеальна, рекомендуется считывать значения регистров VRMS синхронно с сигналом пересечения нуля (см. раздел Обнаружение Пересечения Нуля). Это позволяет стабилизировать измененния значения от считывания к считыванию, избавляясь от эффекта любых 2ω отклонений при измерении скз.

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ВЫЧИСЛЕНИЕ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Мощность определяется как скорость потока энергии от источника к нагрузке. Она определяется как произведение напряжения и тока. Полученный сигнал является мгновенной мощностью и равен скорости потока энергии в каждый момент времени. Единица измерения - Ватты или Джоули в сек.

)sin(2 ωt V V(t) ××= (3)

)sin(2 ωt I I(t) ××= (4) где: V - скз напряженияI - скз тока

P(t) = V(t) × I(t) (5)

P(t) = VI − VI × cos(2ωt) (6)

Среднее значение мощности на целое число линейных циклов (n) вычисляется по Уравнению 7.

∫ ==nT

VIdttPnT

P0

)(1 (7)

где: P - активная или реальная мощность. T - период линейного цикла Активная мощность равна постоянной составляющей мгновенной мощности сигнала (P(t) в Уравнении 5). Следовательно, активная мощность равна VI. Это отношение используется для вычисления активной мощности в ADE7953, что отображено на Рис. 44

мгновенная мощность сигнала

мгновенная активная мощность сигнала: VRMS × IRMS

P(t) = VRMS × IRMS – VRMS × IRMS × cos(2ωt)

VRMS×

IRMS

0x0 0000

I(t) = √2 × IRMS × sin(ωt)V(t) = √2 × VRMS × sin(ωt)

0932

0-04

3

Рис. 44. Вычисление активной мощности

Путь сигнала при вычислении активной мощности и энергии показан на схеме 45. Мгновеная мощность P(t) получается умножением сигналов тока и напряжения. Затем постоянный ток составляющей сигнала мгновенной мощности извлекатеся LPF2 (низкочастотным фильтром) для получения данных об активной мощности. Посколькуe LFP2 не имеет идеальной частотной характеристики, то сигнал активной мощности имеет некоторые пульсации. Эти пульсации синусоидальны и имеют частоту вдвое большую, чем частота канала. Так как пульсации синусоидальны по своей природе, они удаляются, когда сигнал активной мощности интегрируется для вычисления активной энергии( см. раздел Вычисление Активной Энергии) . ADE7953 вычисляет активную мощность одновременно на каналах тока А и В и записывает результат в регистры AWATT (адрес 0x212 и адрес 0x312) и BWATT (адрес 0x213 и адрес 0x313), соответственно. При максимальных входных сигналах, предполагаемый результат в регистрах AWATT и BWATT - примерно 5,000,000 LSBs (десятич.). Измерения активной мощности выполняются для всего диапазона 1.23 кГц и включают влияние гармоник на этом диапазоне. Значения регистров активной мощности обновляются с частотой 6.99 кГц и могут быть извлечены в режиме считывания формы сигнала ( см. разд. Мгновенная Мощность и Форма Сигнала) . ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАКА АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Вычисляемое ADE7953 значение активной мощности - знаковое. Если сдвиг фаз между сигналами тока и напряжения больше 90° - мощность отрицательна. Отрицательная мощность показывает что энергия внедряется назад в сеть. Регистр ACCMODE (адрес 0x201 и адрес 0x301) содержит два бита знака - знаки активной мощности канала тока A (APSIGN_A) и канала В(APSIGN_B). См. раздел Определение Знака.

VGAIN

Канал тока

A или B

Каналнапряжения

HPF

xIGAINцифровой

интегратор

HPF

48 0+

+

xWATTOS

0932

0-04

4

PHCALx внутреннее накопление

фиксированныйвнутренний порогСИГНАЛ АКТИВНОЙ

МОЩНОСТИ

AENERGYx23 0LPF2

xWGAIN

Рис. 45. Путь сигнала при вычислении активной энергии

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ВЫЧИСЛЕНИЕ АКТИВНОЙ ЭНЕРГИИКак было сказано в разделе Вычисление Активной Мощности, мощность определяется как скорость потока энергии. Математически это выражается Уравнением 8.

dtdE P = (8) где:

P - мощность E - энергия

И наоборот, энергия вычисляется как интеграл мощности:

∫= Pdt E (9)

ADE7953 получает интеграл сигнала активной мощности в два этапа. На первом этапе сигнал активной мощности накапливается во внутреннем 48-битном регистре каждые 143 мкс (6.99 кГц) до достижения установленного внутреннего порогового значения. После достижения порогового значения, генерируется импульс, который сохраняется в 24-разрядных доступных пользователю регистрах накопления. Наличие внутреннего порогового значения приводит к максимальной частоте накопления примерно 210 кГц при полномасштабных входных сигналах. Этот процесс осуществляется одновременно на Каналах Тока А и B и результаты можно прочитать в 24-разрядных регистрах AENERGYA (адрес 0x21E и адрес 0x31E) и AENERGYB (адрес 0x21F и адрес 0x31F). Результаты на обоих этапах накопления имеют знак, и, следовательно, отрицательная энергия вычитается из положительной. Это накопление в дискретном времени, или суммирование , эквивалентно интегрированию в непрерывном времени. Эта зависимость отражена в уравнении 10

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ ×== ∑∫

∞

=→ 10 nTT P(nT)LimP(t)dtE (10)

где: n - число отдельных выборок,T - период дискретизации.Период T для регистров накопления в ADE7953 равен 4.76 мкс (1/210 кГц). Это отражено на рисунке 46, на котором видна скорость сбрасывания после переполнения регистра энергии при полномасштабных входных значениях. Обратите внимание, что содержимое регистра сбрасывается по переполнению в максимальное по модулю отрицательное (0x800000) и продолжает расти в значении, когда мощность или поток энергии положителен. И наоборот, если мощность отрицательна, регистр сбрасывается в максимальное положительное ( 0x7FFFFF) и продолжает уменьшатся.

0x000000

0x7FFFFF

0x3FFFFF

0x400000

0x800000

AENERGYx[23:0]

39.919.95 59.85TIME (Seconds)

xWGAIN = 0x200000xWGAIN = 0x400000xWGAIN = 0x600000

0932

0-04

2

Рис. 46. Время сбрасывания по переполнению регистра энергии (для активной энергии)

По умолчанию после чтения из регистров AENERGYA и AENERGYB происходит их сброс в 0. Чтобы отключить эту функцию, необходимо сбросить Бит 6 (RSTREAD) регистра LCYCMODE (Address 0x004). В ADE7953 имеются 2 набора прерываний, которые срабатывают, когда регистр активной энергии наполовину полон ( отрицательно или положительно) или когда происходят события переполнения или потери значимости. Первый набор прерываний связан с активной энергией в канале тока A, второй - в канале тока В. Эти прерывания по умолчанию отключены и могут быть активированы установкой битов AEHFA и AEOFA регистра IRQENA (адрес 0x22C и адрес 0x32C) для канала тока A, и битов AEHFB и AEOFB регистра I RQENB (адрес 0x22F и адрес 0x32F) для канала тока B. Время интегрирования активной энергии при стабильной нагрузке

Период выборки в дискретном времени (T) для регистров накопления равен 4.76 мкс(1/210 кГц). При полномасштабных синусоидальных сигналах на аналоговых входах и регистрах AWGAIN и BWGAIN, установленных в 0x400000, генерируется импульс, который добавляется к значениям регистров AENERGYA и AENERGYB каждые 4.76 мкс. Максимальное положительное значение, которое может храниться в 24-битных регистрах AENERGYA и AENERGYB равно 0x7FFFFF. Выше этого значения происходит переполнение регистра. Время интегрирования при таких услових можно вычислить следующим образом:

Время = 0x7FFFFF × 4.76 мкс = 39.9 сек. (11)

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Циклическое накопление активной энергииКоличество полупериодов, записанное в регистр LINECYC используется для периодов накопления обоих каналов тока А и В. В конце цикла накопления регистры AENERGYA и AENERGYB обновляются и в регистре IRQSTATA (адрес 0x22D и адрес 0x32D) устанавливается флаг CYCEND. Если бит CYCEND в регистре IRQENA установлен, внешнее прерывание выдается на вывод IRQ . Таким образом, вывод I RQ можно использовать для оповещения о завершении цикла накопления. Другой цикл накопления начинается сразу, если биты ALWATT и BLWATT регистра LCYCMODE остаются установленными. Содержимое регистров AENERGYA и AENERGYB обновляется синхронно с флагом CYCEND. Регистры AENERGYA и AENERGYB хранят свои текущие значения пока не закончится время следующего цикла, после чего они заменяются на новое считанное значение. Если бит чтения со сбросом после чтения (RSTREAD) в регистре LCYCMODE ( адрес 0x004) установлен, содержимое регистров AENERGYA и AENERGYB сбрасывается после считывания и отсается равным 0, пока не закончится следующий цикл.Если новое значение записывается в регистр LINECYC (адрес 0x101) в течение периода накопления циклов, это новое значение не загружается внутренне, пока не закончится цикл. Когда регистр LINECYC обновляется во время считыания, текущий цикл накопления энергии завершается и затем программируется новое значение, готовое для следующего цикла. Это предотвращает какие-либо некорректные считывания вследствие изменений регистра LINECYC (см. Рис. 47)

В режиме накопления циклов активной энергии накопление энергии в ADE7953 синхронизировано с пересечением нулевого уровня в канале напряжени, так что активная энергия может суммироваться за целое число полупериодов. Эта функция доступна для активной энергии в обоих каналах тока А и В. Преимущество суммирования активной энергии за целое число полупериодов в том, что синусоидальная составляющая активной энергии уменьшается до 0 (см. Уравнения 12 - 15). Это исключает пульсации при вычислении энергии. Энергия вычисляется точнее и за более короткое время, так как можно сократить время интегрирования. Режим накопления циклов может быть использован для быстрой калибровки и получения средней мощности за заданный период времени. Используя Уравнение 6, можно получить следующее уравнение, описывающее накопление энергии:

P(t) = VI – [LPF] × cos(2ωt) (12)

dtωtLPF VIdt tEnT nT

∫ ∫×−=0 0

)2cos(][)( (13)

где: n - целое число. T - период линейного цикла.

Так как синусоидальная составляющая интегрируется за целое количество циклов, ее значение всегда равно 0. Следовательно,

∫ +=nT

VIdt E(t)0

0 (14)

E = VInt (15)

РЕГИСТР AENERGYx

CYCEND IRQ

РЕГИСТР LINECYC

ПРОГРАММИРУЕТСЯ НОВОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЦИКЛА

ЗНАЧЕНИЕ ЦИКЛА ОБНОВЛЯЕТСЯ ВНУТРЕННЕ 09

320-

017

Режим накопления циклов по умолчанию отключен и может быть активирован для каналов тока А и В установкой в 1 битов ALWATT и BLWATT регистра LCYCMODE (адрес 0x004). Время накопления должно быть записано в регистр LINECYC (адрес 0x101) как количество полупериодов. ADE7953 может накапливать энергию в течение времени, равному до 65,535 полупериодам. Это соответствует периоду накопления в примерно 655 сек с входными сигналами с частотой 50 Гц и 546 сек с входными сигналами с частотой 60 Гц.

Рис. 47. Изменение регистра LINECYCxWGAIN

48 0+

+

xWATTOS

0932

0-01

6

ВНУТРЕННЕ НАКОПЛЕНИЕ

ФИКСИРОВАННЫЙ ВНУТР. ПОРОГ

КОНТРОЛЬКАЛИБРОВКИ

ОБНАРУЖЕНИЕПЕРЕСЕЧЕНИЯ НУЛЯ

ВЫХОДНОЙ СИГНАЛ С АЦП КАНАЛА НАПРЯЖЕНИЯ

ВЫХОДНОЙ СИГНАЛ С LPF2

AENERGYx23 0

LPF1

15 0LINECYC

Рис. 48. Циклическое накопление активной энергии

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Обратите внимание, что когда режим накопления циклов активируется в первый раз, считывание по первому флагу CYCEND нужно проигнорировать, т.к. оно может быть неточным. Это происходит оттого, что режим циклического накопления не синхронизирован с пересечением нулевого уровня и, следовательно, первое считывание может еще не закончиться за полное число полуперидов. После того как первое накопление циклов завершится, все последующие считывания корректны

РЕЖИМЫ НАКОПЛЕНИЯ АКТИВНОЙ ЭНЕРГИИНакопление со знаком

Режим накопления активной энергии по умолчанию для ADE7953 - накопление со знаком, основанное на информации об активной мощности.

Режим накопления только положительных значений

В ADE7953 имеется вариант накопления только положительной активной энергии каналов тока A и В. В этом режиме, накопление энергии происходит только для положительной мощности, при этом игнорируются любые отрицательные значения мощности выше или ниже порога отсутствия нагрузки (см. Рис. 49).

АКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ

ПОРОГ ОТСУТСТВИЯ НАГРУЗКИ

AENERGYx

0932

0-01

8

Рис. 49. Режим накопления только положительных значений

Этот режим по умолчанию отключен и может быть активирован для каналов тока А и В установкой в 01 битов AWATTACC и BWATTACC регистра ACCMODE (адрес 0x201 и адрес 0x301).

Если режим включен, это распространяется и на регистр AENERGYA, и на регистр AENERGYB, так же как и на выводы CF (см. раздел Преобразование Энергии в Частоту). Обратите внимание, что когда режим включен на канале тока, функция обнаружения изменения знака мощности недоступна для этого канала (см. раздел Изменение Знака Мощности).

Абсолютный режим накопленияADE7953 поддерживает накопление абсолютного значения активной энергии для каналов тока А и В. В этом режиме накопление энергии выполняется для модуля активной мощности, при этом игнорируются любые значения энергии ниже порогового значения отсутствия нагрузки (см. Рис. 50).

AENERGYx

0932

0-11

9

Рис. 50. Режим накопления модуля активной энергии

Режим по умолчанию отключен и может быть активирован для каналов тока А и В установкой в 10 битов AWATTACC и BWATTACC регистра ACCMODE (Address 0x201 and Address 0x301). Если режим включен, это распространяется и на регистр AENERGYA, и на регистр AENERGYB, так же как и на выводы CF (см. раздел Преобразование Энергии в Частоту). Обратите внимание, что когда режим включен на канале тока, функция обнаружения изменения знака мощности недоступна для этого канала (см. раздел Изменение Знака Мощности).





ADE7953

Rev. 0 | of 68

ВЫЧИСЛЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИРеактивная мощность определяется как произведение напряжения и тока, когда один из этих сигналов сдвинут по фазе на 90°. Результат призведения - сигнал мгновенной реактивной мощности.В Уравнении 16 приводится выражение для сигнала мгновнной реактивной мощности в системе с переменным током, когда фаза сигнала тока сдвинута на +90°.

RP(t) = V(t) × I’(t) (16)

RP(t) = VI × sin(θ) + VI × sin(2ωt + θ) (17)

)sin(2 θωt V V(t) +××= (18)

)sin(2 ωt I I(t) ××= (19)

I’(t) = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ π

+××2

sin2 ωt I (20)

где: V - скз напряжения,I - скз тока, θ - фазовый сдвиг между током и напряжением.

Среднее значение реактивной мощности ща целое число циклов (n) определяется Уравнением 21.

∫ ×==nT

θ VIdttRPnT

RP0

)sin()(1 (21)

где: RP - реактивная мощность. T - период линейного цикла.

Реактивная мощность равна постоянной составляющей мгновенного сигнала реактивной мощности ( RP(t) в Уравнении 16). Это отношение используется для вычисление реактивной мощности в ADE7953. Путь сигнала для вычисления реактивных мощности и энергии в ADE7953 показан на Рис. 51. Сигнал мгновенной реактивной мощности RP(t) генерируется умножением сигнала тока и сигнала напряжения. Одновременные вычисления выполняются для Канала Тока А и Канала Тока В. Умножение выполняется над сигналами всего диапазаона 1.23 кГц и результатом является значение реактивной мощности, которое включает все гармоники этого диапазона.

Измерения реактивной мощности в ADE7953 стабильны для всего диапазона частот. Постоянная составляющая сигнала мгновенной реактивной мощности извлекается фильтром низких частот (LPF) для получения информации о реактивной мощности. Частотная характеристика LPF в пути прохождения сигнала реактивной мощности идентична частотной характеристике LPF, используемых для вычисления активной мощности.Посколькуe LFP2 не имеет идеальной частотной характеристики, то сигнал реактивной мощности имеет некоторые пульсации. Эти пульсации синусоидальны и имеют частоту вдвое большую, чем частота канала. Так как пульсации синусоидальны по своей природе, они удаляются, когда сигнал реактивной мощности интегрируется для вычисления реактивной энергии(см. раздел Вычисление Реактивной Энергии). ADE7953 вычисляет реактивную мощность одновременно на каналах тока А и В и записывает результат в регистры AVAR (адрес 0x214 и адрес 0x314) и BVAR (адрес 0x215 и адрес 0x315), соответственно. При максимальных входных сигналах, предполагаемый результат в регистрах AWATT и BWATT - примерно 5,000,000 LSBs (десятич.) Значения регистров реактивной мощности обновляются с частотой 6.99 кГц и могут быть считаны в режиме считывания формы сигнала (см. разд. Мгновенная Мощность и Форма Сигнала).

ЗНАК РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИВычисляемое ADE7953 значение реактивной мощности - знаковое. Если ток опережает напряжение, реактивная мощность отрицательна. Отрицательная реактивная мощность свидетельствует о емкостном характере нагрузки. Если ток отстает от напряжения, реактивная мощность положительная, что свидетельствует об индуктивной нагрузке. Регистр ACCMODE (адрес 0x201 и адрес 0x301) имеет два знаковых бита - для знаков реактивной мощности в канале тока А (VARSIGN_A) и в канале тока B (VARSIGN_B). См. раздел Индикация Знака.

КАНАЛ ТОКАА ИЛИ В 48 0

+ +

xVAROS

0932

0-12

0

КАНАЛНАПРЯЖЕНИЯ

ВНУТРЕННЕЕНАКОПЛЕНИЕ

ФИКСИРОВАННЫЙ ВНУТРЕННИЙ ПОРОГСИГНАЛ

РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

RENERGYx23 0АЛГОРИТМ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

xVARGAIN

Рис. 51. Путь сигнала реактивной энергии

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ВЫЧИСЛЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ ЭНЕРГИИADE7953 получает интеграл сигнала реактивной мощности в два этапа. На первом этапе сигнал реактивной мощности накапливается во внутреннем 48-битном регистре каждые 143 мкс (6.99 кГц) до достижения установленного внутреннего порогового значения. После достижения порогового значения, генерируется импульс, который сохраняется в 24-разрядных доступных пользователю регистрах накопления. Наличие внутреннего порогового значения приводит к максимальной частоте накопления примерно 210 кГц при полномасштабных входных сигналах. Этот процесс осуществляется одновременно на Каналах Тока А и B и результаты можно прочитать в 24-разрядных регистрах RENERGYA (адрес 0x220 и адрес 0x320) и RENERGYB (адрес 0x221 и адрес 0x321). Результаты на обоих этапах накопления имеют знак, и, следовательно, отрицательная энергия вычитается из положительной. Обратите внимание, что содержимое регистра сбрасывается по переполнению в максимальное по модулю отрицательное (0x800000) и продолжает расти в значении, когда мощность или поток энергии положителен. И наоборот, если мощность отрицательна, регистр сбрасывается в максимальное положительное (0x7FFFFF) и продолжает уменьшатся. По умолчанию после чтения из регистров RENERGYA и RENERGYB происходит их сброс в 0. Чтобы отключить эту функцию, необходимо сбросить Бит 6 (RSTREAD) регистра LCYCMODE (адрес 0x004). В ADE7953 имеются 2 набора прерываний, которые срабатывают, когда регистр реактивной энергии наполовину полон (отрицательно или положительно) или когда происходят события переполнения или потери значимости. Первый набор прерываний связан с реактивной энергией в канале тока A, второй - в канале тока В. Эти прерывания по умолчанию отключены и могут быть активированы установкой битов VAREHFA и VAREOFAрегистра IRQENA (адрес 0x22C и адрес 0x32C) для канала тока A, и битов VAREHFB и VAREOFB регистра I RQENB (адрес 0x22F и адрес 0x32F) для канала тока B.

Время интегрирования реактивной энергии при стабильной нагрузке

Дискретное время периода выборки (T) для регистров накопления равно 4.76 мкс(1/210 кГц). При полномасштабных синусоидальных сигналах на аналоговых входах и фазовом сдвиге в 90° генерируется импульс, который добавляется к значениям регистров RENERGYA и RENERGYB каждые 4.76 мкс, при этом предполагается, что регистры AVARGAIN и BVARGAIN установлены в 0x00. М аксимальное положительное значение, которое может храниться в 24-битных регистрах RENERGYA и RENERGYB равно 0x7FFFFF. Выше этого значения происходит переполнение регистра. Время интегрирования при таких услових можно вычислить следующим образом:

Время = 0x7FFFFF × 4.76 мкс = 39.9 сек (22)

Циклическое накопление реактивной энергииВ режиме накопления циклов реактивной энергии накопление энергии в ADE7953 синхронизировано с пересечением нулевого уровня в канале напряжения, так что реактивная энергия может суммироваться за целое число полупериодов. Эта функция по умолчанию отключена и может быть активирована для каналов тока А и В установкой в 1 битов ALVAR и BLVAR регистра LCYCMODE (Address 0x004). Время накопления должно быть записано в регистр LINECYC (Address 0x101) как количество полупериодов. Это количество циклов используется как период накопления и для канала тока А, и для канала тока В. ADE7953 может накапливать реактивную энергию в течение времени, равному до 65,535 полупериодам. Это соответствует периоду накопления примерно 655 сек с входными сигналами с частотой 50 Гц и 546 сек с входными сигналами с частотой 60 Гц.В конце цикла накопления регистры RENERGYA и RENERGYB обновляются и в регистре IRQSTATA (Address 0x22D and Address 0x32D) устанавливается флаг CYCEND. Если бит CYCEND в регистре IRQENA установлен, внешнее прерывание подается на вывод IRQ. Таким образом, вывод IRQ можно использовать для оповещения о завершении цикла накопления. Другой цикл накопления начинается сразу, если биты ALVAR и BLVAR регистра LCYCMODE остаются установленными.

48 0+

+

xVAROS

0932

0-02

1

RENERGYx23 0

LINECYC15 0

LPF1

xVARGAIN

Рис. 52. Циклическое накопление реактивной энергии

ВНУТРЕННЕ НАКОПЛЕНИЕ

ФИКСИРОВАННЫЙ ВНУТР. ПОРОГ



ВЫХОДНОЙ СИГНАЛ С LPF2


ADE7953

Rev. 0 | of 68

Содержимое регистров RENERGYA и RENERGYB обновляется синхронно с флагом CYCEND. Регистры RENERGYA и RENERGYB хранят свои текущие значения пока не закончится время следующего цикла, после чего они заменяются на новое считанное значение. Если бит сбрасывания после чтения (RSTREAD) в регистре LCYCMODE ( адрес 0x004) установлен, содержимое регистров RENERGYA и RENERGYB сбрасывается после считывания и остается равным 0, пока не закончится следующий цикл.Если новое значение записывается в регистр LINECYC (адрес 0x101) в течение периода накопления циклов, это новое значение не загружается внутренне, пока не закончится цикл. Когда регистр LINECYC обновляется во время считыания, текущий цикл накопления энергии завершается и затем программируется новое значение, готовое для следующего цикла. Это предотвращает какие-либо некорректные считывания вследствие изменений регистра LINECYC (см. Рис. 47).Обратите внимание, что когда режим накопления циклов активируется в первый раз, считывание по первому флагу CYCEND нужно проигнорировать, т.к. оно может быть неточным. Это происходит оттого, что режим циклического накопления не синхронизирован с пересечением нулевого уровня и, следовательно, первое считывание может еще не закончиться за полное число полуперидов. После того как первое накопление циклов завершится, все последующие считывания корректны.

Режим накопления реактивной энергии по умолчанию для ADE7953 - накопление со знаком, основанное на информации о реактивной мощности. Защита от несанкционированного вмешательства в режиме накопления

В ADE7953 имеется режим защиты от несанкционированного вмешательства в режиме накопления, который накапливает реактивную энергию, в зависимости от знака активной мощности. Когда активная мощность положительна, реактивная мощность добавляется к регистру накопления реактивной энергии. Когда активная мощность отрицательна, реактивная мощность вычитается из регистра накопления активной энергии ( см. Рис. 53). Этот режим отключен по умолчанию и может быть активирован для каналов тока А и В установкой в 01 битов AVARACC и BVARACC регистра ACCMODE (адрес 0x201 и адрес 0x301). Если режим включен, он распространяется на оба регистра накопления реактивной энергии, RENERGYA и RENERGYB, а также на выводы CF (см. раздел Преобразование Энергии в Частоту).


РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ

ПОРОГ ОТСТУТСТВИЯНАГРУЗКИ

RENERGYx

0932

0-02

2

Рис. 53. Накопление Реактивной энергии в режиме защиты от несанкционированного вмешательства

Порог нулевойнагрузки

Реактивная мощность

Порог нулевойнагрузки

RENERGYx

0932

0-02

3

РЕЖИМЫ НАКОПЛЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ ЭНЕРГИИНакопление со знаком




Режим накопления абсолютного значенияADE7953 поддерживает накопление абсолютного значения реактивной энергии для каналов тока А и В. В этом режиме накопление энергии выполняется для модуля реактивной мощности, при этом игнорируются любые значения энергии ниже порогового значения отсутствия нагрузки ( см. Рис. 54).

Режим по умолчанию отключен и может быть активирован для каналов тока А и В установкой в 10 битов AVARACC и BVARACC регистра ACCMODE (Address 0x201 and Address 0x301). Если режим включен, это распространяется и на регистр RENERGYA, и на регистр RENERGYB, так же как и на выводы CF (см. раздел Преобразование Энергии в Частоту).

Рис. 54. Режим накопления полной реактивной энергии

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ВЫЧИСЛЕНИЕ ПОЛНОЙ МОЩНОСТИПолная мощность определяется как максимальная мощность нагрузки. VRMS и IRMS - это действующие значения напряжения и тока, соответственно. Следовательно, полную мощность можно определить как произведение VRMS и IRMS. Это отношение не зависит от фазового сдвига между током и напряжением. Уравнение 26 - формула мгновенного значения полной мощности при переменном токе

)sin(2 ωt VRMS V(t) ××= (23)

)sin(2 θωt IRMS I(t) +××= (24)

P(t) = V(t) × I(t) (25)

P(t) = VRMS × IRMS × cos(θ) − (26) VRMS × IRMS × cos(2ωt + θ)

ADE7953 вычисляет полную мощность одновременно для каналов тока А и В и записывает результаты измерений в регистры AVA (адрес 0x210 и адрес 0x310) и BVA (адрес 0x211 и адрес 0x311), соответственно. Измерения полной мощности выполняются для диапазона 1.23 кГц и включают влияние гармоник в этом диапазоне. Регистры полной мощности обновляются с частотой 6.99 кГц и могут быть извлечены в режиме считывания формы сигнала (см. разд. Мгновенная Мощность и Форма Сигнала).

ВЫЧИСЛЕНИЕ ПОЛНОЙ ЭНЕРГИИПолная энергия берется как интеграл полной мощности:

Полная Энергия = ∫ Полная Мощность(t)dt (27)

ADE7953 получает интеграл сигнала полной мощности в два этапа. На первом этапе сигнал полной мощности накапливается во внутреннем 48-битном регистре каждые 143 мкс (6.99 кГц) до достижения установленного внутреннего порогового значения. После достижения порогового значения, генерируется импульс, который сохраняется в 24-разрядных доступных пользователю регистрах накопления. Наличие внутреннего порогового значения приводит к максимальной частоте накопления примерно 210 кГц при полномасштабных входных сигналах.

Этот процесс осуществляется одновременно на Каналах Тока А и B и результаты можно прочитать в 24-разрядных регистрах APENERGYA (адрес 0x222 и адрес 0x322) и APENERGYB (адрес 0x223 и адрес 0x323). Результаты на обоих этапах накопления имеют знак, и, следовательно, отрицательная энергия вычитается из положительной. Обратите внимание, что содержимое регистра полной энергии сбрасывается по переполнению в максимальное по модулю отрицательное (0x800000) и продолжает расти в значении, когда мощность или поток энергии положителен. И наоборот, если мощность отрицательна, регистр сбрасывается в максимальное положительное (0x7FFFFF) и продолжает уменьшатся. По умолчанию после чтения из регистров APENERGYA и APENERGYB происходит их сброс в 0. Чтобы отключить эту функцию, необходимо сбросить Бит 6 (RSTREAD) регистра LCYCMODE (адрес 0x004). В ADE7953 имеются 2 набора прерываний, которые срабатывают, когда регистр полной энергии наполовину полон (отрицательно или положительно) или когда происходят события переполнения или потери значимости. Первый набор прерываний связан с полной энергией в канале тока A, второй - в канале тока В. Эти прерывания по умолчанию отключены и могут быть активированы установкой битов VAEHFA и VAEOFA регистра IRQENA (адрес 0x22C и адрес 0x32C) для канала тока A, и битов VAEHFB и VAEOFB регистра I RQENB (адрес 0x22F и адрес 0x32F) для канала тока B.

Время = 0x7FFFFF × 4.76 мкс = 39.9 сек (28)

СКЗ ТОКА В КАНАЛЕ А ИЛИ В 48 0

+ +

xVAOS

0932

0-02

4

СКЗНАПРЯЖЕНИЯ

ВНУТРЕННЕЕ НАКОПЛЕНИЕ

ФИКСИРОВАННЫЙВНУТРЕННИЙ ПОРОГ

СИГНАЛПОЛНОЙМОЩНОСТИ

APENERGYx23 0

xVAGAIN

Рис. 55. Путь Сигнала при Накоплении Полной Энергии

Время интегрирования полной энергии при стабильной нагрузкеДискретное время периода выборки (T) для регистров накопления равен 4.76 мкс(1/210 кГц). При полномасштабных синусоидальных сигналах на аналоговых входах генерируется импульс, который добавляется к значениям регистров APENERGYA и APENERGYB каждые 4.76 мкс, при этом предполагается, что регистры AVARGAIN и BVARGAIN установлены в 0x00. М аксимальное положительное значение, которое может храниться в 24-битных регистрах APENERGYA и APENERGYB равно 0x7FFFFF. Выше этого значения происходит переполнение регистра. Время интегрирования при таких услових можно вычислить следующим образом:

ADE7953

Rev. 0 | of 68

48 0+

+

xVAOS

0932

0-12

5

СИГНАЛПОЛНОЙМОЩНОСТИ

APENERGYx23 0

15 0LINECYC

LPF1

xVAGAIN

Рис. 56. Циклическое накопление полной энергии

Циклическое накопление полной энергии

В режиме накопления циклов полной энергии накопление энергии в ADE7953 синхронизировано с пересечением нулевого уровня в канале напряжения, так что полная энергия в каналах тока А и В может суммироваться за целое число полупериодов. Эта функция по умолчанию отключена и может быть активирована для каналов тока А и В установкой в 1 битов ALVA и BLVA регистра LCYCMODE (адрес 0x004). Время накопления должно быть записано в регистр LINECYC (адрес 0x101) как количество полупериодов. Это количество циклов используется как период накопления и для канала тока А, и для канала тока В. ADE7953 может накапливать полную энергию в течение времени до 65,535 полупериодов. Это соответствует периоду накопления в примерно 655 сек с входными сигналами с частотой 50 Гц и 546 сек с входными сигналами с частотой 60 Гц.В конце цикла накопления регистры APENERGYA и APENERGYB обновляются и в регистре IRQSTATA (адрес 0x22D и адрес 0x32D) устанавливается флаг CYCEND. Если бит CYCEND в регистре IRQENA установлен, внешнее прерывание подается на вывод IRQ. Таким образом, вывод IRQ можно также использовать для оповещения о завершении цикла накопления. Другой цикл накопления начинается сразу, если биты ALVA и BLVA регистра LCYCMODE остаются установленными.Содержимое регистров APENERGYA и APENERGYB обновляется синхронно с флагом CYCEND. Регистры APENERGYA и APENERGYB хранят свои текущие значения пока не закончится время следующего цикла, после чего они заменяются на новое считанное значение. Если бит сбрасывания после чтения (RSTREAD) в регистре LCYCMODE ( адрес 0x004) установлен, содержимое регистров APENERGYA и APENERGYB сбрасывается после считывания и остается равным 0, пока не закончится следующий цикл.

Если новое значение записывается в регистр LINECYC (адрес 0x101) в течение периода накопления циклов, это новое значение не загружается внутренне, пока не закончится цикл. Когда регистр LINECYC обновляется во время считывания, текущий цикл накопления энергии завершается и затем программируется новое значение, готовое для следующего цикла. Это предотвращает какие-либо некорректные считывания вследствие изменений регистра LINECYC (см. Рис. 47).Обратите внимание, что когда режим накопления циклов активируется в первый раз, считывание по первому флагу CYCEND нужно проигнорировать, т.к. оно может быть неточным. Это происходит оттого, что режим циклического накопления не синхронизирован с пересечением нулевого уровня и, следовательно, первое считывание может еще не закончиться за полное число полуперидов. После того как первое накопление циклов завершится, все последующие считывания корректны.

НАКОПЛЕНИЕ АМПЕР-ЧАС

В ситуации фальсификации, когда напряжение отсутсвует на счетчике энергии, ADE7953 может накапливать Ампер-час, вместо измерения полной мощности, в регистрах APENERGYA и APENERGYB. Если эта функция включена, вместо активной мощности постоянно накапливаются измерения IRMS каналов тока А иВ. Также, если функция включена, вывод полной мощности C F тоже отражает измеррения Ампер-час ( см. раздел Преобразование Энергии в Частоту) . Все регистры обработки сигналов и калибровки, доступные для накопления полной мощности и полной энергии, остаются активными, когда включен режим накопления Ампер-час. Это включает функцию обнаружения отсутствия полной энергии ( см. раздел Обнаружение Отсутствия Полной Энергии) . В данном режиме требуется повторная калибровка из-за внутренних различий масштабов между IRMS и явными сигналами.

ВНУТРЕННЕЕ НАКОПЛЕНИЕ

ФИКСИРОВАННЫЙ ВНУТРЕННИЙ ПОРОГ




ADE7953

Rev. 0 | of 68

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В ЧАСТОТУ

ADE7953 поддерживает два преобразования энергии в частоту для целей калибровки. После первоначальной калибровки при изготовлении, производителю или конечному пользователю часто требуется проверить точность счетчика. Один из удобных способов это сделать - обеспечить выходную частоту, пропорциональную активной, реактивной или полной мощности, или скз тока в условиях стабильной нагрузки. Эта выходная частота имеет простой однопроводной интерфейс, который может быть оптически изолирован для взаимодействия с внешним оборудованием для калибровки. В ADE7953 имеются два полностью программируемых частотных вывода калибровки: CF1 (Pin 23) и CF2 (Pin 24). Преобразование энергии в частоту демонстрируется на Рис. 57.

÷DFC

1

CFxDEN

CFx ИМПУЛЬСНЫЙВЫВОД

VA

БИТЫ CFxSEL РЕГИСТРА CFMODE

IRMSVAR

WATTIRMSA + IRMSB

AWATT + BWATT

0932

0-02

6

Рис. 57. Преобразование Энергии в Частоту

Два цифро-частотных преобразователя (DFC) используются для генерации импульсных выходных сигналов. DFC генерирует импульс каждый раз, когда 1 LSB накапливается в регистре энергии. Выходной импульс генерируется, когда CFxDEN импульсов сгенерируется на выходе DFC. Выводы CF1 и CF2 можно настроить на выдачу сигналов, пропорционалных активной, реактивной или полной мощности, или IRMS канала тока А или В

К тому же имеется возможность настроить CF1 и CF2 на вывод сигнала, который пропорционален сумме IRMS каналов тока А и В, или, в качестве альтернативы, пропорционален сумме активных мощностей каналов тока А и В. Для такой конфигурации требуется повторная калибровка, т.к. реальный выходной сигнал на C F равен сумме активных мощностей каналов тока А и В, деленной на 2. Выводы CF1 и CF2 программируются установкой битовCF1SEL и CF2SEL в регистре CFMODE (адрес 0x107). Оба эти вывода (CF1 и CF2) по умолчанию отключены и могут быть активированы сбросом битов CF1DIS и CF2DIS, соответственно, в регистре CFMODE (адрес 0x107).ХАРАКТЕРИСТИКИ ИМПУЛЬСНОГО ВЫХОДНОГО СИГНАЛАИмпульсные выходы обоих DFC поддерживают низкий уровень в течение 80 мс, если период импульсов дольше 160 мс (6.25 Гц). Если период импульсов короче 160 мс, то рабочий цикл импульсных выходов составляет 50%. Импульсные выходы имеют низкий активный уровень. Максимальная выходная частота при переменных входных сигналах при полной шкале и CFxDEN = 0x00 составляет примерно 210 кГц. В ADE7953 имеются два беззнаковых 16-битных регистра, CF1DEN (адрес 0x103) и CF2DEN (адрес 0x104), которые контролируют выходную частоту CF на выводах CF1 и CF2, соответственно. 16-битными регистрами масштабирования частоты можно масштабировать выходную частоту на 1 / (216 - 1) до 1 с шагом 1 / (216 - 1).

ADE7953

Rev. 0 | of 68

КАЛИБРОВКА П О ЭНЕРГИИ КАЛИБРОВКА УСИЛЕНИЯИзмерения активной, реактивной и полной энергий могут быть откалиброваны для каналов тока A и B отдельно. Эта отдельная калибровка обеспечивает компенсацию вариаций коэффициента усиления разных измерительных приборов. Регистр AWGAIN (адрес 0x282 и адрес 0x382) позволяет откалибровать коэфициент усиления активной мощности в канале тока А, а регистр BWGAIN (адрес 0x28E и адрес 0x38E) - в канале тока В. По умолчанию значения регистров xWGAIN установлены в 0x400000, что соответствует отсутствию калибровки усиления. М инимальное значение, которое можно записать в регистры xWGAIN - 0x200000, что соответствует усилению в −50%, максимальное значение - 0x600000, что соответствует усилению в +50%. Уравнение 29 отражает связь между изменениями коэффициента усиления и значениями регистров xWGAIN.

Выходная Мощность (W) = (29)

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝ 400000x0

xWGAIN

Подобные регистры калибровки усиления доступны для реактивной и полной мощности. Усиление реактивной мощности в каналах тока А и В может быть откалибровано через регистры AVARGAIN (адрес 0x283 и адрес 0x383) и BVARGAIN (адрес 0x28F и адрес 0x38F), соответственно, полная мощность - через регистры AVAGAIN (адрес 0x284 и адрес 0x384) и BVAGAIN (адрес 0x290 и адрес 0x390). Регистры xVARGAIN и xVAGAIN влияют на реактивную и полную мощность так же, как регистры xWGAIN влияют на активную. Следовательно, Уравнение 29 можно преобразовать в Уравнения 30 и 31 для реактивной и полной мощностей:

Выходная Мощность (VAR) = (30)

Выходная Мощность (VA) = (31)

Настройка Усиления Канала Тока

Также имеется регистр калибровки усиления для канала тока В. Этот регистр можно использовать согласования каналов тока А и В, чтобы упростить калибровку и вычисления. Калибровка усиления канала тока В выполняется через регистр BIGAIN (Address 0x28C and Address 0x38C). Уравнение 32 отражает связь между изменениями усиления и регистром IRMSB .

Ожидаемое IRMSB = (32)

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛×

400000x0BIGAIN IRMSB

НАЧАЛЬНОЕ

Подобные регистры доступны для канала тока А и для канала напряжения. Регистры VGAIN (Address 0x281 and Address 0x381) и AIGAIN (Address 0x280 and Address 0x380) обеспечивают калибровку и работают так же, как регистр BIGAIN.

КАЛИБРОВКА ФАЗЫADE7953 может работать с большим количеством преобразователей тока, включая такие, которые могут вносить систематические погрешности фазы. Погрешность фазы 0.1°-0.3° - не редкость для трансформаторов тока. Эти погрешности могут варьироваться и должны быть скорректированы для получения точных значений мощности. Погрешности, связанные с несовпадением по фазе, особенно заметны при низких коэффициентах мощности. ADE7953 имеет средства цифровой калибровки этих небольших погрешностей фазы посредством введения временной задержки или наоборот опережения. Так как на каждом канале могут использоваться разные сенсоры, для калибровки фазы каждого канала существуют отдельные регистры калибровки фазы. Регистр PHCALA (адрес 0x108) может быть использован для коректировки погрешностей фазы в канале тока A, регистр PHCALB (адрес 0x109) в канале тока B. О ба регистра имеют 10-битный формат величины со знаком, MSB указывает, что вносится в соответствующий канал тока - временная задержка или опережение по времени. 0 в MSB регистра PHCALx вносит временную задержку, 1 - опережение.Максимальное значение, которое можно записать в PHCALx[8:0] равно 383 (десятичное). Один LSB регистра PHCALx соответствует временной задержке или опережению в 1.12 мкс (CLKIN/4). При частоте 50 Гц, разрешение составляет 0.02°/LSB ((360 × 50 Гц)/898.857 кГц), что обеспечивает суммарную коррекцию в 7.66° в любом направлении. При частоте 60 Гц, разрешение составляет 0.024°/LSB ((360 × 60 Гц)/898.857 кГц), что обеспечивает суммарную коррекцию в 9.192° в любом направлении.

⎠

⎞

Активная Мощность ×

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝ 0x400000

xVARGAIN

⎠

⎞

Реактивная Мощность ×

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝ 0x400000

xVAGAIN

⎠

⎞

Полная Мощность ×

ADE7953

Rev. 0 | of 68

КАЛИБРОВКА СМЕЩЕНИЯСмещение мощности

ADE7953 содержит регистры калибровки смещения активной и реактивной и полной мощностей по каналам тока А и В. Смещение может происходить при вычислениях мощности вследствие перекрестных помех между каналам на печатной плате и ADE7953. Калибровка позволяет избавиться от этого смещения и повысить точность измерений при низких уровнях входных сигналов. Смещение активной мощности в канале тока А и канале тока В можно скорректировать установкой регистров AWATTOS (адрес 0x289 и адрес 0x389) и BWATTOS (адрес 0x295 и адрес 0x395), сответственно. Регистры xWATTOS 24-битные в дополнительном коде, по умолчанию установленные в 0. Один младший бит регистра xWATTOS соответсвует 0.001953 младшим битам измеряемого значения активной мощности. Следовательно, значение xWATTOS, применяетя к регистру xWATT со сдвигом на 9 бит, как показано на Рис. 58.

23 9 0

xWATTOS

23 0xWATT

0932

0-02

7

Рис. 58. Регистры xWATTOS и xWATT

При полномасштабных входных сигналах в каналах тока и напряжении, ожидаемое значение равно примерно 5,000,000 LSB (десятичное число). При −60 дБ (1000:1) в каналах тока А и В, ожидаемые значения в регистрах AWATT и BWATT составляют примерно 5000 (десятичное число). Один LSB регистра xWATT, следовательно, соответствует 0.000039% при −60 дБ. Смещение реактивной мощности в канале тока А и канале тока В можно скорректировать установкой регистров AVAROS (адрес 0x28A и адрес 0x38A) и BVAROS (адрес 0x296 и адрес 0x396). Регистры xVAROS влияют на реактивную мощность так же, как регистры xWATTOS влияют на активную мощность. Смещение полной мощности в канале тока А и канале тока В можно скорректировать установкой регистров AVAOS (адрес 0x28B и адрес 0x38B) и BVAOS (адрес 0x297 и адрес 0x397). Регистры xVAROS влияют на реактивную мощность так же, как регистры xWATTOS влияют на активную мощность.

Смещение СКЗ

ADE7953 содержит регистры калибровки, позволяющие скорректировать измерения скз. Регистры калибровки смещения доступны при измерениях IRMS каналов тока А и В, а также для измерений VRMS. Смещение может происходить при вычислениях скз из-за входных шумов, имеющихся в постоянной составляющей V2(t). Калибровка позволяет избавиться от этого смещения и повысить точность измерений при низких уровнях входных сигналов.Смещение скз напряжения можно скорректировать установкой регистра (адрес 0x288 и адрес 0x388). Это 24-разрядный знаковый регистр в дополнительном двоичном коде со значением 0 по умолчанию, что означает, что никакое смещение не добавляется. Значение VRMSOS применяется до функции извлечения квадратного корня. В Уравнении 33 отражено, как регистр VRMSOS влияет на измерение VRMS.

122 2 VRMSOSVRMS VRMS 0 ×+= (33)

где VRMS0 - начальный замер VRMS до калибровки смещения. Смещение скз тока калибруется похожим способом. Регистр AIRMSOS (адрес 0x286 и адрес 0x386) компенсирует смещение измерений IRMSA, а регистр BIRMSOS (адрес 0x292 и адрес 0x392) - измерений IRMSB. Оба регистра 24-разрядные знаковые регистры в дополнительном двоичном коде. Регистры xIRMSOS влияют на измерения IRMS так же как регистр VRMSOS влияет на измерения VRMS. Следовательно, Уравнение 33 можно преобразовать к виду, отражающему калибровку смещения IRMS:

122 2 AIRMSOSIRMSA IRMSA 0 ×+= (34)

122 2 BIRMSOSIRMSB IRMSB 0 ×+= (35)

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРИОДАADE7953 обеспечивает измерение периода канала напряжения. Значение периода доступно через 16-битный, беззнаковый регистр периода (адрес 0x10E). Регистр периода обновляется каждый раз по истечении периода канала и имеет время стабилизации 30 -40 мс .

Значение регистра периода для сетей с частотой 50 Гц равно примерно десятичному 4460 (223 кГц/50 Гц) и десятичному 3716 (223 кГц/60 Гц) для сетей с 60 Гц. Значение регистра периода стабильно (с возможностью изменений на ±1 к младшему биту), когда сигнал в канале установившийся, и измерения не меняются.Следующее выражение может быть использовано для вычисления периода линии и частоты, с использованием регистра периода: :

сек223 кГц

1]0:15PERIOD[ +=LT (36)

ADE7953

Rev. 0 | of 68

МГНОВЕННАЯ МОЩНОСТЬ И ФОРМА СИГНАЛАADE7953 предоставляет сведения о форме сигнала в каналах тока и напряжения, а также сведения о мгновенных значениях активной, реактивной и полной мощности. Эта информация позволяет анализировать мгновенные значения более подробно, включая восстановления сигнала входного тока и напряжения для гармонического анализа. Эти значения доступны через набор 24-/32-разрядных знаковых регистров ( см. Таблицу 7) . Все измерения обновляются с частотой 6.99 кГц (CLKIN/512). ADE7953 поддерживает бит статуса прерывания, WSMP, который устанавливается с частотой 6.99 кГц, что позволяет синхронизировать измерения с изменениями мгновенных значений сигналов. Этот статусный бит доступен через регистр IRQSTATA (адрес 0x22D и адрес 0x32D). Также этот сигнал может быть настроен так, что прерывание генерируется на внешнем выводе IRQ. Для этого устанавливается бит W SMP (Bit 17) регистра IRQENA (адрес 0x22C и адрес 0x32C). ADE7953 также поддерживает формирование незафиксированного сигнала готовности с той же самой частотой в 6.99 кГц. Этот сигнал несет ту же информацию, что и прерывание W SMP, но не фиксируется и, следовательно, не требует дополнительных манипуляций каждый раз, когда доступны новые данные. Сигнал готовности устанавливается в высокий уровень на период 280 нс, затем автоматически возвращается в низкий уровень. По умолчанию сигнал готовности отключен и может выдаваться на REVP, ZX или ZX_I установкой в 1001 битов REVP_ALT, ZX_ALT и ZXI_ALT регистра ALT_OUTPUT (адрес 0x110).

Таблица 7. Регистры Формы СигналаИзмеряемая величина Регистр

Адрес 24-бита 32-бита

Активная мощность(Канал тока А)

AWATT 0x212 0x312

BWATT 0x213 0x313

AVAR 0x214 0x314

BVAR 0x215 0x315

Полная мощность(Канал тока A)

AVA 0x210 0x310

Полная мощность(Канал тока B)

BVA 0x211 0x311

Ток(Канал тока A)

IA 0x216 0x316

Ток(Канал тока B)

IB 0x217 0x317

Напряжение(Канал напряжения)

V 0x218 0x318

Активная мощность(Канал тока В) Реактивная мощность(Канал тока А) Реативная мощность(Канал тока В)

ADE7953

Rev. 0 | of 68

КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИADE7953 поддерживает примое измерение коэффициента мощности (Power Factor, PF) одновременно на каналах тока А и В. Коэффициент мощности в цепи переменного тока определяется как отношение активной мощности нагрузки к полной мощности.Коэффициент мощности определяется как “опережающий” или “отстающий,” в зависимости от того, опережает ли сигнал тока сигнал напряжения или отстает от него.Когда ток опережает напряжение, нагрузка емкостная и определятся отрицательным коэффициентом мощности. Когда ток отстает от напряжения, нагрузка индуктивная и определятся положительным коэффициентом мощности. Отношение между сигналами тока и напряжения отражено на Рис. 59.

Активная (–)Реактивная (–)

Активная (+)Реактивная (–)

+60° = θ; PF = –0.5

I

V

I

–60° = θ; PF = +0.5

Активная (–)Реактивная(+)

Активная (+)Реактивная (+)

ЕМКОСТНАЯ НАГРУЗКА:ТОК ОПЕРЕЖАЕТНАПРЯЖЕНИЕ

0932

0-02

8

Рис. 59. Емкостная и Индуктивная Нагрузки

Как видно из Рис. 59, значение реактивной мощности отрицательно, когда нагрузка емкостная, и положительно, когда нагрузка индуктивная. Следовательно, знак реактивной мощности можно использовать, чтобы определить знак коэффициента мощности.Математическое выражение PF приводится в Уравнении 37.

Коэффициент Мощности = (37)

Полная Мощность

Измерение коэфициента мощности учитывает влияние всех гармоник диапазона 1.23 кГц.Значения коэффициента мощности хранятся в 16-битных знаковых регистрах: PFA (адрес 0x10A) для канала тока А и PFB (адрес 0x10B) для канала тока В. Это регистры со значениями дополнительном двоичном коде, со старшим битом, отражающим полярность коэффициента мощности. Каждый младший бит регистров PFx имеет вес 2−15; следовательно, максимальное значение регистра 0x7FFF соответствует коэффициенту мощности 1, а минимальное соответствует −1.

По умолчанию для вычисления коэффициента мощности используются замеры мгновенных активной и полной мощностей, и регистр обновляется с частотой 6.99 кГц. Бит знака получается из мгновенных значений реактивной энергии на каждом канале.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЖИМА ЦИКЛИЧЕСКОГО НАКОПЛЕНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИЕсли требуется определение коэффициента мощности с большим усреднением, ADE7953 может использовать циклическое накопление активной и полной энергии для определения PF (см. раздел Циклическое Накопление Активной Энергии и раздел Циклическое Накопление Полной Энергии). Эта функция обеспечивает более надежные считывания PF.Чтобы использовать режим циклического накопления для определения PF, ADE7953 нужно настроить следующим образом: • Бит PFMODE (бит 3) регистра CONFIG ( адрес

0x102) нужно установить в 1.• Нужно включить режим циклического накопления

для активной и полной энергии. Для этого нужноустановить в 1 биты xLWATT и xLVA регистраLCYCMODE (адрес 0x004).

В таком режиме скорость обновления PF представляет собой целое число полупериодов. Количество полупериодов задается через регистр LINECYC (адрес 0x101). Для полной информации о настройке режима циклического накопления см. раздел Циклическое Накопление Активной Энергии и раздел Циклическое Накопление Полной Энергии.

КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ ПРИ ОБНАРУЖЕНИИОТСУТСТВИЯ НАГРУЗКИСостояние отсутствия нагрузки влияет на измерения PF, если включено обнаружение отсутствия нагрузки (см. раздел Обнаружение Отсутствия Нагрузки) . Следующие факторы учитываются, только когда функция включена и произошло событие отсутствия нагрузки:

• Если обнаружено отсутствие полной энергии, PFпринимается равным 1, т.к. предполагается, чтонет активной или реактивной мощности.

• Если обнаружено отсутствие активной энергии, PFпринимается равным 0, т.к. предполагается, чтонагрузка чисто индуктивная или емкостная.

• Если обнаружено отсутствие реактивной энергии,знак PF зависит от знака активной мощности.

ИНДУКТИВНАЯ НАГРУЗКА:ТОК ОТСТАЕТ ОТ НАПРЯЖЕНИЯ

(Знак Реактивной Мощности)Активная Мощность

×

ADE7953

Rev. 0 | of 68

УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯADE7953 может изменять временную задержку между входами тока и напряжения. Эта функция доступна для каналов тока А и В. Изменения знака с отрицательного на положительный, которые фиксирует схема обнаружения пересечения нуля, используются как сигналы начала и остановки измерений (см. Рис. 60)

фаза A ток

фаза Aнапряжение

0932

0-03

1

ANGLE_x

ADE7953 поддерживает измерение временной задержки в каналах тока А и В одновременно. Результаты измерений доступны через 16-битные знаковые регистры ANGLE_A (адрес 0x10C) и ANGLE_B (адрес 0x10D). Один младший бит LSB регистров ANGLE_A или ANGLE_B соответствует 4.47 мкс (тактовая частота 223 кГц)., что задает 0.0807° при 50 Гц( (360 × 50)/223 кГц) и 0.0969° при 60 Гц( (360 × 60)/223 кГц) .

Временную задержку между входами тока и напряжения можно использовать, чтобы определить, насколько сбалансирована нагрузка. Задержки между фазами напряжения и тока можно использовать для вычисления коэффициента мощности каналов тока А и В, соответственно, что отражено в Уравнении 38.

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ××=φ

223 кГц360

_coscos LINEx

fxANGLE

o

(38)

гдеx = A или B. fLINE =50 Гц или 60 Гц

Этот метод определения коэффициента мощности не учитывает влияние гармоник. Следовательно, он равносилен реальному определению коэффициента мощности, отраженному в Уравнении 37.

Рис. 60. Временная задержка между током и напряжением

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ОБНАРУЖЕНИЕ ОТСУТСТВИЯ НАГРУЗКИ В ADE7953 имеется возможность обнаружения отсутствия нагрузки, исключающая эффект “самохода” - явление ненужного накопления энергиисчетчиком при отсутствии нагрузки. ADE7953 оповещает об этом состоянии и останавливает накопление энергии, если ее значение падает ниже запрограммированного порога. Функция поддерживается при измерении активной, реактивной и полной энергии. Это позволяет обнаружить, когда наргузки на самом деле нет и предотвращает эффект самохода в случаях чисто резистивной, индуктивной или емкостной нагрузки. Функция включена по умолчанию.

УСТАНОВКА ПОРОГОВЫХ ЗНАЧЕНИЙТри отдельных 24-/32-битных регистров доступных для установки пороговых значений активной, реактивной и полной энергии: AP_NOLOAD (адрес 0x203 и адрес 0x303), VAR_NOLOAD (адрес 0x204 и адрес 0x304) и VA_NOLOAD (адрес 0x205 и адрес 0x305). Эти пороговые значения полностью независимы друг от друга и, следовательно, необходимо задать все три. Пороговые значения можно подобрать, исходя из Уравнения 39.

4.1536,65 Y X_NOLOAD −= (39)

где: X - AP, ВАР, или ВA. Y - требуемая амплитуда порога с отношением к максимальной энергии (например 20,000:1).

Как видно из Уравнения 39, пороговое значение можно установить в соответсвии с требуемым уровнем точности. Например, если требуется пороговое значение 10,000:1 от максимального значения в канале тока и канал напряжения работает на ±250 мВ (50% от максимума), тогда Y должен быть равен 20,000. В регистры AP_NOLOAD и VAR_NOLOAD по умолчанию записано число 58,393 (десятичное), устанавливающее пороговое значение равным примерно 10,000:1. В VA_NOLOAD по умолчанию записан 0x00. Значения в AP_NOLOAD, VAR_NOLOADи VA_NOLOAD должны быть записаны до включения функции обнаружения отсутствия нагрузки. Функция включается посредством регистра DISNOLOAD (адрес 0x001). Если необходимо изменить пороговые значения, отключите функцию, измените порог, а затем снова активируйте функцию через регистр DISNOLOAD.Хотя отдельные прерывания по отсутствию нагрузки доступны для каналов тока А и B (Ток фазы и нейтрали), порог для обоих используется одинаковый. Например, если VAR_NOLOAD установлен в 0.05% от максимума, это значение является пороговым для реактивной мощности как в канале А (фаза) так и в канале В (нейтраль).

ОБНАРУЖЕНИЕ ОТСУТСТВИЯ АКТИВНОЙ ЭНЕГРИИ

Обнаружение отсутствия активной энергии может использоваться в сочетании с обнаружением отсутствия реактивной энергии, чтобы обеспечить функцию обнаружения "действительного" отсутствия нагрузки. Если значения и активной, и реактивной энергии меньше пороговых, значит, отсутствует резистивная, индуктивная и емкостная нагрузка. Функция также может использоваться для предотвращения эффекта "самохода"активной энергии, когда присутствует индуктивная или емкостная нагрузка.Если активная энергия либо на канале тока А (фаза, либо на канале тока В (нейтраль) падает ниже заданного порогового значения, активная энергия в канале перестает накапливаться в регистрах AENERGYA или AENERGYB, соответственно. Если выходы CF1 или CF2 настроены выдавать активную энергию, вывод CF отключен и на нем поддерживается высокий уровень (см. раздел Преобразование Энергии в Частоту). Если включен, вывод индикации изменения знака активной мощности (REVP) сохраняет текущее состояние при отсутствии нагрузки ( см. раздел Изменение Знака Мощности). О состоянии отсутствия активной энергии в канале тока А оповещает бит AP_NOLOADA (бит 6) регистра IRQSTATA (адрес 0x22D и адрес 0x32D), в канале тока В - бит AP_NOLOADB (бит 6) регистра IRQSTATB (адрес 0x230 и адрес 0x330).Каналы тока А и В независимы и, следовательно, состояние отсутсвия нагрузки в канале тока A влияет только на накопление энергии, вывод CF и изменение знака мощности в канале тока А, и наоборот.Функция обнаружения отсутствия активной энергии по умолчанию активна и может быть отключена установкой в единицу Бита 0 регистра DISNOLOAD (адрес 0x001).Прерывания по отсутствию активной энергииС функцией обнаружения отсутствия активной энергии связаны два прерывания: одно для канала тока А (фаза) и одно для канала тока В (нейтраль). Если прерывания включены, они срабатывают когда значение активной энергии ниже заданного порога. Прерывание для канала тока А включается установкой бита AP_NOLOADA (бит 6) в регистре IRQENA (адрес 0x22C и адрес 0x32C). Когда бит установлен, событие отсутствия активной энергии в канале тока А вызывает сброс вывода IRQ (вывод 22) в 0 (см. раздел Основные прерывания (Канал напряжения и Канал Тока А) ). Прерывание для канала тока В включается установкой бита AP_NOLOADB (бит 6) регистра IRQENB (адрес 0x22F и адрес 0x32F). Когда бит установлен, событие отсутствия активной энергии в канале тока В запускает альтернативный выход IRQ (см. раздел Прерывания Канала Тока В ).

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Биты статуса отсутствия активной энергии

Помимо прерывания по отсутствию активной энергии, в ADE7953 имеются два незафиксированных статусных бита, которые постоянно отслеживают статус нулевой нагрузки Каналах Тока А и В. Биты ACTNLOAD_A и ACTNLOAD_B - это биты регистра ACCMODE (адрес 0x201 и адрес 0x301). Они отличаются от битов статуса прерывания тем, что они не фиксированы и, следовательно, могут быть использованы для подачи на светоизлучающий диод. ОБНАРУЖЕНИЕ ОТСУТСТВИЯ РЕАКТИВНОЙ ЭНЕРГИИМожет использоваться совместно с обнаружением отсутствия активной энергии, чтобы обеспечить функцию обнаружения "действительного" отсутствия нагрузки. Если значения и активной, и реактивной энергии меньше пороговых, значит, отсутствует резистивная, индуктивная и емкостная нагрузка. Функция также может использоваться для предотвращения эффекта "самохода" реактивной энергии, когда присутствует резистивная нагрузка.Если реактивная энергия либо на канале тока А (фаза), либо на канале тока В (нейтраль) падает ниже заданного порогового значения, реактивная энергия в канале перестает накапливаться в регистрах RENERGYA и RENERGYB , соответственно. Если выходы CF1 или CF2 настроены выдавать реактивную энергию, вывод CF отключен и на нем поддерживается высокий уровень (см. раздел Преобразование Энергии в Частоту). Если включен, вывод индикации изменения знака реактивной мощности (REVP), то сохраняется текущее состояние при отсутствии нагрузки ( см. раздел Изменение Знака Мощности) . О состоянии отсутствия реактивной энергии в канале тока А оповещает бит VAR_NOLOADA (бит 7) регистра IRQSTATA (адрес 0x22D и адрес 0x32D), в канале тока В - бит VAR_NOLOADB (бит 7) регистра IRQSTATB (адрес 0x230 и адрес 0x330). Каналы тока А и В независимы и, следовательно, состояние отсутсвия нагрузки в канале тока A влияет только на накопление энергии, вывод CF и изменение знака мощности в канале тока А, и наоборот.Функция обнаружения отсутствия реактивной энергии по умолчанию активна и может быть отключена установкой в единицу Бита 1 регистра DISNOLOAD (адрес 0x001)).Прерывания по отсутствию реактивной энергииС функцией обнаружения отсутствия реактивной энергии связаны два прерывания: одно для канала тока А (фаза) и одно для канала тока В (нейтраль). Если прерывания включены, они срабатывают когда значение реактивной энергии падает ниже заданного порога. Прерывание для канала тока А включается установкой бита VAR_NOLOADA (бит 7) в регистре IRQENA (адрес 0x22C и адрес 0x32C). Когда бит установлен, событие отсутствия реактивной энергии в канале тока А вызывает сброс вывода IRQ (Вывод 22) в 0 (см. раздел Основные прерывания (Канал напряжения и Канал Тока А)).

Прерывание для канала тока В включается установкой бита VAR_NOLOADB (бит 7) регистра IRQENB (адрес 0x22F и адрес 0x32F). Когда бит установлен, событие отсутствия реактивной энергии в канале тока В приводит к альтернативному выводу на IRQ (см. раздел Прерывания Канала Тока В ).

Биты статуса отсутствия реактивной энергииПомимо прерывания по отсутствию реактивной энергии, в ADE7953 имеются два незафиксированных статусных бита, которые постоянно отслеживают статус нулевой нагрузки в Каналах Тока А и В. Биты регистра ACCMODE (адрес 0x201 и адрес 0x301) VARNLOAD_A и VARNLOAD_B отличаются от битов статуса прерываний тем, что они не фиксированы и, следовательно, могут быть использованы для подачи на светоизлучающий диод.

ОБНАРУЖЕНИЕ ОТСУТСТВИЯ ПОЛНОЙ ЭНЕРГИИМожет использоваться чтобы определить, не ниже суммарная потребляемая энергия заданного порогового значения отсутствия нагрузки. Если значения и активной, и реактивной энергии меньше пороговых, значит, отсутствует резистивная, индуктивная и емкостная нагрузка. Функция также может использоваться для предотвращения эффекта "самохода" реактивной энергии, когда присутствует резистивная нагрузка. полная энергия либо на канале тока А (фазовый), либо на канале тока В (нейтральный) падает ниже заданного порогового значения, полная энергия в канале перестает накапливаться в регистрах APENERGYA и APENERGYB, соответственно. . Если выходы CF1 или CF2 настроены выдавать полную энергию, вывод CF отключен и на нем поддерживается высокий уровень (см. раздел Преобразование Энергии в Частоту). О состоянии отсутствия полной энергии в канале тока А оповещает бит VA_NOLOADA (Bit 8) регистра IRQSTATA (Address 0x22D и Address 0x32D), в канале тока В - бит VA_NOLOADB (Bit 8) регистра IRQSTATB (Address 0x230 и Address 0x330). Каналы тока А и В независимы и, следовательно, состояние отсутсвия нагрузки в канале тока A влияет только на накопление энергии, вывод CF и изменение знака мощности в канале тока А, и наоборот.Функция обнаружения отсутствия полной энергии по умолчанию активна и может быть отключена установкой в единицу Бита 2 регистра DISNOLOAD (Address 0x001)).

Прерывания по отсутствию полной энергииС функцией обнаружения отсутствия полной энергии связаны два прерывания: одно для канала тока А (фаза) и одно для канала тока В (нейтраль). Если прерывания включены, они срабатывают когда значение полной энергии падает ниже заданного порога. Прерывание для канала тока А включается установкой бита VA_NOLOADA (бит 8) в регистре IRQENA (адрес 0x22C и адрес 0x32C). Когда бит установлен, событие отсутствия полной энергии в канале тока А вызывает сброс вывода IRQ (Pin 22) в 0 (см. раздел Основные прерывания (Канал напряжения и Канал Тока А)).

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Прерывание для канала тока В включается установкой бита VA_NOLOADA (бит 8) в регистре IRQENВ (адрес 0x22F и адрес 0x32F). Когда бит установлен, событие отсутствия полной энергии в канале тока B риводит к альтернативному выводу на IRQ (см. раздел Прерывания Канала Тока В ).

Биты статуса отсутствия полной энергии

Помимо прерывания по отсутствию полной энергии, в ADE7953 имеются два незафиксированных статусных бита, которые постоянно отслеживают статус нулевой нагрузки в Каналах Тока А и В. Биты регистра ACCMODE (адрес 0x201 и адрес 0x301) VANLOAD_A и VANLOAD_B отличаются от битов статуса прерываний тем, что они не фиксированы и, следовательно, могут быть использованы для подачи на светоизлучающий диод.

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ОБНАРУЖЕНИЕ ПЕРЕСЕЧЕНИЯ НУЛЯ ADE7953 поддерживает функцию обнаружения пересечения нулевого уровня (Zero Cross - ZX) на всех трех входных каналах, что позволяет синзронизировать измерения с частотой входящей формы волны.Пересечение нуля фиксируется на выходе Фильтра Низких Частот LPF1, чтобы исключить влияние гармоник и искажений на точность. LPF1 представляет собой однополюсный фильтр −3 dB с пороговой частотой 80 Гц и тактируется частотой 223 кГц. Следовательно, фазовый сдвиг фильтра приводит к временной задержке примерно 2.2 мс ( 39.6°) при 50 Гц. Чтобы обеспечить хорошую точность обнаружения ZX, LPF1 нельзя выключать. На схеме 61 показано как обнаруживается пересечение нуля.

GAIN[23:0]

ИСТОЧНИК ОПОРНОГО

НАПРЯЖЕНИЯБИТ HPFEN

DSP

HPFPGA ADC

IA, IB,ИЛИ V ОБНАРУЖЕНИЕ

ZX

LPF1

IA, IB, OR V

39.6° ИЛИ 2.2мс @ 50Гц

0VZX ZX

ZXZX

ВЫХОД LPF1

0932

0-12

7

Схема 61. Обнаружение пересечения нуля

Погрешность обнаружения ZX составляет 0.08° для систем с частотой 50 Гц и 0.09° - для 60 Гц. Информация о пересечении нуля доступна как через специальный вывод, так и по прерыванию. ВЫВОДЫ ПЕРЕСЕЧЕНИЯ НУЛЯПо настройке по умолчанию информация о пересечении нуля в каналах тока и канале напряжения выдается на Вывод 1 (ZX) и Вывод 21 (ZX_I), соответственно. Эти специально выделенные выводы обеспечивают не фиксированный индикатор обнаружения пересечения нулевого уровняZX (см. раздел Альтернативные Функции Выводов). Пересечение нуля в канале напряженияПо умолчанию пересечения нуля в канале напряжения отражает Вывод 1(ZX). На Схеме 62 показана работа вывода ZX.

ZX

2.2мс @ 50Гц

В

0932

0-13

1

Схема 62. Вывод ZX Канала Напряжения

Как видно из Схемы 62, на выводе ZX устанавливается высокий уровень, когда пересечение нуля в канале напряжения просходит при переходе к положительному значению, и в низкий уровень - при переходе к отрицательному значению. На этом выводе следует ожидать задержку в примерно 2.2 мс, связанную с временной задержкой LPF1.

Пересечение нуля в канале тока

По умолчанию индикатор пересечения нуля в канале тока - Вывод 21(ZX_I). Вывод ZX_I работает аналогично выводу ZX (см. Схему 62). На выводе ZX_I устанавливается высокий уровень, когда пересечение нуля в канале тока просходит при переходе к положительному значению, и в низкий уровень - при переходе к отрицательному значению. По умолчанию вывод ZX_I связан с Каналом Тока A, но его можно настроить на работу с Каналом Тока В установкой в 1 бита ZX_I (Бит 11) регистра CONFIG (адрес 0x102).

ПРЕРЫВАНИЯ ПО ПЕРЕСЕЧЕНИЮ НУЛЯС функцией обнаружения пересечения нуля связаны три прерывания, по одному для каждого канала: Каналов Тока A и B и для Канала Напряжения. Событие пересечения нуля возникает, когда происходит переход от положительного значения к отрицательному или наоборот. Если этот переход происходит в Канале Напряжения, бит ZXV (Бит 15) регистра IRQSTATA (адрес 0x22D и адрес 0x32D) устанавливается в 1, если в Канале Тока А, - бит ZXIA (Бит 12) регистра IRQSTATА, в Канале Тока В - бит ZXIB (Бит 12)регистра IRQSTATB (адрес 0x230 и адрес 0x330). На Схеме 63 отображено срабатывание прерывания по пересечению нуля в Канале Напряжения.

БИТ ZXV (Бит 15) РЕГИСТРА IRQSTATA

В

0932

0-03

2

Схема 63. Прерывание по Пересечению Нуля

Как видно по пунктирной линии, ADE7953 можно настроить так, событие пересечения нуля (ПН) будет возникать либо только при переходе к положительному значению, либо, наоборот, - только при переходе к отрицательному значению. Биты ZX_EDGE (Биты[13:12]) регистра CONFIG (адрес 0x102) устанавливают фронт, по которому возникает событие ПН. По умолчанию эти биты установлены в 00 (событие ПН возникает по обоим фронтам). Изменение битов ZX_EDGE влияет на все три канала. Обратите внимание, что изменение битов ZX_EDGE влияет только на биты статуса ZX и прерыванияи не влияет на функции выводов ZX (Вывод 1) и ZX_I (Вывод 21)

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Возможна такая конфигурация, при которой событие ПН на любом из трех каналов вызывает внешнее прерывание. Все внешние прерывания по ПН отключены по умолчанию. Прерывание по ПН в канале напряжения включается установкой бита ZXV (Bit 15) регистра IRQENA (Address 0x22C и Address 0x32C). Если этот бит установлен, по событию ПН в канале напряжения на выводе IRQ устанаваливается низкий уровень. Прерывание по ПН в канале тока А включается установкой бита ZXIA (Bit 12) в регистре IRQENA (Address 0x22C и Address 0x32C). Если этот бит установлен, по событию ПН в канале тока А на выводе IRQ устанаваливается низкий уровень. Прерывание по ПН в канале тока А включается установкой бита ZXIB (Bit 12) регистра IRQENB (Address 0x22F и Address 0x32F). Если этот бит установлен, по событию ПН в канале тока В на выводе IRQ устанаваливается низкий уровень (см. раздел Прерывания ADE7953).

ADE7953 поддерживает функцию таймаута ожидания ПН, которая позволяет определить, произошло ли ПН в течение заданного периода времени. Эта функция доступна для обоих каналов тока и канала напряжения и может использоваться, чтобы определить, не пропал ли входной сигнал вообще. Таймаут задается 16-битным регистром ZXTOUT (адрес 0x100). Для всех трех каналов используется один и тот же таймаут. Регистр ZXTOUT декрементируется на 1 LSB каждые 14 кГц (CLKIN/256). Если произошло событие ПН, регистр ZXTOUT перезагружается. Если значение в ZXTOUT достигает 0, генерируется событие таймаута ожидания ПН. Регистр ZXTOUT имеет разрешение 0.07 мс (1/14 кГц); следовательно, максимальный таймаут, который можно задать составляет 4.58с. Как видно из рисунка 64, по событию таймаута ПН один из битов таймаута ПН — ZXTO, ZXTO_IA или ZXTO_IB— устанавливается в 1. Биты регистра IRQSTATA (адрес 0x22D и адрес 0x32D) ZXTO и ZXTO_IA устанавливаются по событию таймаута ПН в канале напряжения или в канале тока А, соответственно. Бит ZXTO_IB регистра I RQSTATB (адрес 0x230 и адрес 0x330) устанавливается по событию таймаута ПН в канале тока B.

ZXTOUTАдрес 0x100

ВХОДНОЙСИГНАЛ

ZXTO_x

0932

0-03

3

Рис. 64. Таймаут ожидания ПН

С таймаутом ожидания ПН связаны три прерывания. Если прерывания включены, по событию таймаута ПН внешний вывод IRQ устанаваливается в низкий уровень. Прерывание, связанное с таймаутом ПН в канале напряжения, включается установкой бита ZXTO (Бит 14) регистра I RQENA (адрес 0x22C и адрес 0x32C), в канале тока А - установкой бита ZXTO_IA (Бит 11) регистра I RQENA (адрес 0x22C и адрес 0x32C), в канале тока B установкой бита ZXTO_IB (Бит 11) регистра I RQENB (адрес 0x22F и адрес 0x32F). Все три прерывания по умолчанию отключены ( см. раздел Прерывания ADE7953).

ПОРОГОВОЕ ЗНАЧЕНИЯ ПРИ ПЕРЕСЕЧЕНИИ НУЛЯЧтобы избежать ложного пересечения нуля при очень маленьких значениях входного сигнала, задается внутреннее пороговое значение для всех трех каналов ADE7953. Этот фиксированный порог устанавливается в диапазоне 1250:1 от максимального входного сигнала. Если какой-либо входной сигнал падает ниже этого значения, никакие события пересечения нуля не генерируются ADE7953, т.к они принимаются за шумы. Этот порог влияет на оба внешних вывода пересечения нуля, ZX (Вывод 1) и ZX_I (Вывод 21), а также на функцию прерывания по пересечению нуля. При входных сигналах ниже 1250:1 от максимума, событие таймаута ожидания продолжает генерироваться в соответствие с периодом, заданным в регистре ZXTOUT (адрес 0x100).

ТАЙМАУТ ОЖИДАНИЯ ПЕРЕСЕЧЕНИЯ НУЛЯ

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ОБНАРУЖЕНИЕ ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ADE7953 поддерживает функцию обнаружения падения напряжения, которая позволяет оповестить пользователя о том, что модуль значения напряжения в линии ниже заданного порога для заданного количества циклов линии. Эта функция позволяет заранее выдать предупреждающий сигнал о том, что напряжение в линии падает. Функция контроллируется двумя регистрами: SAGCYC (адрес 0x000) и SAGLVL (адрес 0x200 и адрес 0x300). Эти регистры задают период падения напряжения и пороговое значение, соответственно.Функция по умолчанию отключена и активируется записью ненулевого значения и в SAGCYC, и в SAGLVL регистры. Если хотя бы один из регистров установлен в нуль - функция отключена. Если возникает событие падения напряжения, бит Падения Напряжения (Бит 19) в регистре IRQSTATA (адрес 0x22D и адрес 0x32D) и регистре RSTIRQSTATA (адрес 0x22E и адрес 0x32E) устанавливается в 1.

НАСТРОЙКА РЕГИСТРА SAGCYC 8-битный беззнаковый регистр SAGCYC содержит программно задаваемый период падения напряжения. Период падения напряжения - это количество полупериодов линии, по прохождении которых, если напряжение остается ниже заданного значения, генерируется событие падения напряжения. Каждый LSB регистра SAGCYC соответствует одному полупериоду линии. Регистр SAGCYC содержит максимальное значение 255. Для 50 Гц, максимальное время цикла падения напряжения 2.55 секунд. .

НАСТРОЙКА РЕГИСТРА SAGLVL 24-/32-битный регистр SAGLVL содержит амплитуду, ниже которой должно упасть напряжение, чтобы возникло событие падения напряжения. Каждый LSB этого регистра точно регистрирует максимальные значения канала напряжения; следовательно, амплитуду можно задать исходя из пиковых значений в канале напряжения. Для установки регистра SAGLVL требуется подать номинальное напряжение и считать данные из регистра RSTVPEAK (адрес 0x227 и адрес 0x327), чтобы сбросить замеренное пиковое значение. После ожидания в течение нескольких периодов необходимо считать значение регистра VPEAK (адрес 0x226 и адрес 0x326) чтобы определить входное напряжение. Эти показания должны затем масштабироваться до амплитуды, необходимой для обнаружения падения напряжения. Например, если задан порог падения напряжения в 80% от номинального значения, нужно выполнить считывание максимального значения и затем число, составляющее 80% от него должно быть записано в регистр SAGLVL. Этот метод обеспечивает точность значения SAGLVL для конкретной конструкции.

ПРЕРЫВАНИЕ ПО ПАДЕНИЮ НАПРЯЖЕНИЯADE7953 имеет прерывание, выделенное под функцию обнаружения падения напряжения. Если это прерывание включено, при возникновении события падения напряжения внешний вывод IRQ устанавливается в низкое значение. Это прерывание отключено по умолчанию и может быть активировано установкой Бита падения (Бит 19) в регистре IRQENA (адрес 0x22C и адрес 0x32C). См.раздел Прерывания ADE7953 .

Если значение SAGCYC изменяется после включения функции, новый SAGCYC период действует немедленно. Следовательно, возможна ситуация, когда событие падения напряжения вызвано комбинацией периодов падения напряжения. Чтобы предотвратить такое наложение, регистр SAGLVL следует сбросить в 0 для отключения функции прежде чем записывать новое значение периода в регистр SAGCYC.

⎟⎠

⎛⎜⎝ 1 ÷ 2 ⎞× 255 = 2.55 сек

50Для 60 Гц, максимальное время цикла падения напряжения 2.125 секунд.

⎟⎠

⎜⎝⎛ ÷ 2

601 × 255 = 2.125 сек

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ОБНАРУЖЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯADE7953 поддерживает функцию обнаружения максимального значения на обоих каналах тока и на канале напряжения. При этом непрерывно фиксируются максимальные значения сигналов тока и напряжения. Функцию можно использовать вместе с обнаружение перегрузок по току и напряжению, чтобы обеспечить комплектование функции увеличения (см. раздел Обнаружение Перегрузки по Току и Напряжению). Эта функция позволяет выполнять замеры мгновенных значений модуля выходных сигналов АЦП тока и напряжения и записывать их в три 24-/32-битных регистра, хранящие максимальные достигнутые значения в Канале Тока A, Канале Тока B и Канале Напряжения. Это регистры IAPEAK (адрес 0x228 и адрес 0x328), IBPEAK(адрес 0x22A и адрес 0x32A)и VPEAK (адрес 0x226 и адрес 0x326) соответственно.

Значения этих трех регистров обновляются каждый раз, когд модуль сигнала превышает текущее значение регистров IAPEAK, IBPEAK и VPEAK. Ни один период времени не связан с этими измерениями. В трех дополнительных регистрах содержится та же информация о максимальных значениях, но после считывания этих регистров соответствующие замеры пиковых значений сбрасываются: это регистры RSTIAPEAK (адрес 0x229 и адрес 0x329), RSTIBPEAK (адрес 0x22B и адрес 0x32B) и RSTVPEAK (адрес 0x227 и адрес 0x327). Считывание из этих регистров очищает содержимое сответствующего xPEAK регистра.

ADE7953

Схема 65. Вывод REVP

ИНДИКАЦИЯ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ADE7953 включает отображение знака измерений активной и реактивной энергии. Индикация знака позволяет отличить положительную и отрицательную энергии и, если необходимо, вести их учет отдельно. Также это помогает определить состояние неправильного подключения. Одновременно функция доступна и для Канала Тока А, и для Канала Тока В. Информация о знаке мощности доступна как через выделенный вывод (REVP), так и через набор внутренних регистров и прерываний (см. разделы Изменение Знака Мощности и Индикация Знака Мощности).

Этот импульс имеет 50% рабочий цикл. Как и нормальный режим, этот режим также незафиксирован, и вывод REVP возвращается в высокое состояние когда условие изменения полярности уже не выполняется. Чтобы включить режим

выдачи импульсов через REVP, бит REVP_PULSE в регистре CONFIG (адрес 0x102) нужно установить в 1.Вывод REVP отключен в соответствуеющем состоянии отсутствия нагрузки. Например, если на REVP присутствует информация об изменении знака активной мощности в Канале Тока А и активная энергия в Канале Тока в состоянии отсутствия нагрузки, вывод REVP отключен и сохраняется в своем текущем состоянии.

ИНДИКАЦИЯ ЗНАКА МОЩНОСТИADE7953 имеет четыре бита индикации знака, отражающих полярность активной мощности в Канале Тока А(APSIGN_A), активной мощности в Канале Тока В(APSIGN_B), реактивной мощности в Канале Тока А(VARSIGN_A) и реактивной мощности в Канале Тока В(VARSIGN_B). Это биты регистра ACCMODE (адрес 0x201 и адрес 0x301). Все эти биты без фиксации и доступны только для чтения. Нулевое значение любого из этих битов говорит о том, что соответствующее значение мощности положительно, а единица - что соответствующее значение мощности отрицательно. Эти биты по умолчанию включены и отключаются в соответствующем состоянии отсутствия нагрузки. Помимо битов индикации знака, в ADE7953 есть четыре связанных прерывания. Если эти прерывания включены, они вызывают сброс вывода IRQ в низкий уровень, когда полярность мощности меняется. Прерывания срабатывают как при изменении знака с положительного на отрицательный, так и наоборот. Эти прерывания по умолчанию отключены и могут быть активированы установкой битов APSIGN_A и VARSIGN_A в регистре IRQENA (адрес 0x22C и адрес 0x32C) и битов APSIGN_B и VARSIGN_B в регистре IRQENB (адрес 0x22F и адрес 0x32F). См. раздел Прерывания ADE7953. Обратите внимание, что в режиме накопления модуля значений или только положительных значений эти биты фиксированы и установлены в 0. См. разделы Режимы Накопления Активной Энергиии и Режимы Накопления Реактивной Энергиии

CF1

ВХОД В СОСТОЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЗНАКА

REVP

ВХОДНЫЕ ТОКИ НАПРЯЖЕНИЕ

НА REVPНИЗКИЙУРОВЕНЬ

0932

0-03

4

ИЗМЕНЕНИЕ ЗНАКА МОЩНОСТИВывод REVP (Вывод 20) в ADE7953 обесепчивает индикацию изменения знака мощности. Вывод может быть настроен на выдачу информации о полярности активной или реактивной мощности в Канале Тока А или в Канале Тока В. На выводе REVP по умолчанию удерживается высокий уровень и он сбрасывается в низкое значение, если сдвиг между напряжением и током больше 90°. REVP будет сброшен и, следовательно, возвращается к высокому уровню, когда условие изменения знака уже не выполняется. Изменения вывода REVP по умолчанию происходят по заднему фронту вывода CF1 (см. Схему 65) . Измерения и канал, состояние которого отображает выводREVP выбираются настройкой вывода CF. По умолчанию REVP настроен на работу синхронно с выводом CF1 и выдает информацию об измерениях, на которые настроен вывод CF1, через биты CF1SEL в регистре CFMODE (адрес 0x107). По умолчанию это измерения активной мощности в Канале Тока А. Если биты CF1SEL установлены в 0x0001, вывод REVP отражает полярность реактивной мощности в Канале Тока А. REVP можно настроить на вывод по CF2 установкой бита REVP_CF в регистре CONFIG (адрес 0x102). При такой настройке биты CF2SEL регистра CFMODE задают то, какие данные будет выдавать вывод REVP. Если выбранный вывод CF настроен на вывод другой информации, такой как полная мощность или IRMS вывод REVP отключен. Для большей наглядности в случае изменения знака, если используется светодиод, для вывода REVP доступен режим выдачи импульсов с частотой 1 Гц. В этом режиме на выводе REVP по умолчанию низкий сигнал, а когда выполняется условие изменение знака, на него выдются импульсы с частотой 1 Гц

Rev. 0 | of 68

ВЫХОД ИЗ СОСТОЯНИЯ

ИЗМЕНЕНИЯ ЗНАКА

НА REVPВЫСОКИЙУРОВЕНЬ

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ОБНАРУЖЕНИЕ ПЕРЕГРУЗКИ ПО ТОКУ И НАПРЯЖЕНИЕЮADE7953 имеет функцию, позволяющую обнаружить, не превысил ли модуль сигнала тока или напряжения некоторое заданное значение. Это функция отслеживает мгновенные значения тока и напряжения. Под нее выделены два регистра: OVLVL (адрес 0x224 и адрес 0x324) и OILVL (адрес 0x225 и адрес 0x325), которые используются для установки пороговых значений в каналах напряжения и тока, соответственно. Регистр OILVL задает пороговое значение для обоих каналов тока. Следовательно и для Канала Тока А, и для Канала Тока В должен использоваться одинаковый порог. Значение регистров OVLVL и OILVL по умолчанию - 0xFFFFFF, что фактически отключает функцию. На Схеме 66 показано, как работает функция обнаружения перегрузки по напряжению.

СБРОС OV В НИЗКИЙ УРОВЕНЬ, КОГДАРЕГИСТР RSTIRQSTATAПРОЧИТАН

OVLVL

V

БИТ OV (Бит 16) РЕГИСТРА IRQSTATA

0932

0-03

5

Схема 66. Функция Обнаружения Перегрузки по Напряжению

Как видно из Схемы 66, если ADE7953 обнаруживает состояние перегрузки по напряжению, бит OV (бит 16) регистра IRQSTATA (адрес 0x22D и адрес 0x32D) устанавливается в 1. Этот бит можно сбросить считыванием регистра RSTIRQSTATA (адрес 0x22E и адрес 0x32E). Функция обнаружения перегрузки по току работает аналогично (Схема 67).

0932

0-03

6

OILVL

IA

БИТ OIA (бит 13)РЕГИСТРАIRQSTATA

OILVL

IB

Как видно из Схемы 67, если обнаружено состояние перегрузки по току в Канале Тока А, Бит OIA (бит 13) регистра IRQSTATA устанавливается в 1. Этот бит можно сбросить операцией считывания из регистра RSTIRQSTATA. Если обнаружено состояние перегрузки по току в Канале Тока B, Бит OIB (бит 13) регистра IRQSTATB (адрес 0x230 и адрес 0x330) устанавливается в 1. Этот бит можно сбросить операцией считывания из регистра RSTIRQSTATB (адрес 0x231 и адрес 0x331).

НАСТРОЙКА РЕГИСТРОВ OVLVL И OILVL24-/32-битные беззнаковые регистры OVLVL и OILVL отображаются непосредственно в VPEAK (адрес 0x226 и адрес 0x326) и IAPEAK (адрес 0x228 и адрес 0x328), соответственно (см. раздел Обнаружение Максимального Значения). Следует отметить, что после калибровки усиления, канал тока А и канал тока B совпадают, и, следовательно, регистры IAPEAK и IBPEAK согласованы с общими входами. Настройки регистров OVLVL и OILVL должны основываться на показаниях VPEAK и IAPEAK с полномасштабных входов. Для настройки регистра OVLVL, нужно подать максимальное входное напряжение и выполнить считывание из регистра RSTVPEAK (адрес 0x227 и адрес 0x327). Это сбрасывает считанное ранее максимальное значение напряжения. После ожидания в течение нескольких периодов, регистр VPEAK (адрес 0x226 и адрес 0x326) нужно считать, чтобы определить максимальное значение напряжения. Эти показания должны затем масштабироваться до амплитуды, необходимой для обнаружения перенапряжения. Например, если требуется порог перегрузки по напряжению в 120% от максимума, считанное пиковое значение умножается на 1.2 и результат записывается в регистр OVLVL. Этот метод обеспечивает точность установки порогового значения для каждого индивидуального проекта.

ПРЕРЫВАНИЯ ПО ПЕРЕГРУЗКАМС функцией перегрузки по току и напряжению связаны три прерывания. Первое - прерывание по перегрузке по напряжению; включается установкой бита OV (бит 16) регистра IRQENA (адрес 0x22C и адрес 0x32C). Когда этот бит установлен, по событию перегрузки по напряжению внешний вывод IRQ сбрасывается в низкий уровень. Второе прерывание связано с перегрузкой по току в Канале Тока A. Это прерывание включается установкой бита OIA (бит 13) регистра IRQENA. Когда этот бит установлен, по событию перегрузки по току в Канале Тока А внешний вывод IRQ сбрасывается в низкий уровень. Третье прерывание связано с перегрузкой по току в Канале Тока В. Это прерывание включается установкой бита OIB (бит 13) регистре IRQENB (адрес 0x22F и адрес 0x32F). Когда этот бит установлен, по событию перегрузки по току в Канале Тока В срабатывает альтернативный вывод IRQ, если альтернативный вывод включен (см. раздел Прерывания Канала Тока В).

Схема 67. Функция Обнаружения Перегрузки по Току

СБРОС OIA В НИЗКИЙ УРОВЕНЬ, КОГДАРЕГИСТР RSTIRQSTATAПРОЧИТАН

БИТ OIB (бит 13)РЕГИСТРАIRQSTATB

СБРОС OIB В НИЗКИЙ УРОВЕНЬ, КОГДАРЕГИСТР RSTIRQSTATAПРОЧИТАН

ADE7953

Rev. 0 | of 68

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ФУНКЦИИ ВЫВОДОВADE7953 имеет три вывода, которые по умолчанию настроены на выдачу информации о мощности.

• Вывод 1 (ZX) оповещает о пересечении нулевого уровня вканале напряжения, в соответствии с разделомПересечение Нуля в Канале Напряжения

• Вывод 21 (ZX_I) оповещает о пересечении нулевогоуровня в канале тока, в соответствии с разделомПересечение Нуля в Канале Тока

• Вывод 20 (REVP) выдает информацию о полярности, всоответствии с разделом Изменение Знака Мощности

Для обеспечения гибкости использования и учета различных требований к конструкции ADE7953 можно перенастростроить на выдачу различных альтернативных сигналов о мощности через любой из этих выводов. Альтернативные функции настраиваются через регистр ALT_OUTPUT (адрес 0x110). В Таблица 8 обобщает функции, которые могут быть выведены на Вывод 1, Вывод 21 и Вывод 20. Обратите внимание, что функции по умолчанию ZX, ZX_I и REVP могут быть настроены на выдачу на любой из выводов 1, 21 или 20. Описание каждой функции в Таблице 8 можно найти в соответствующем разделе этого руководства. Если Вывод 1, Вывод 21 или Вывод 20 задан на альтернативную функцию, эту функцию можно настроить и она будет работать так, как описывается в соответствующем разделе. Однако альтернативная функция будет работать как незафиксированная на выходах 1, 21 или 20. Чтобы включить альтернативные функции, нужно установить биты ZX_ALT, ZXI_ALT и REVP_ALT в регистре ALT_OUTPUT. Разрешение прерывания, связанное с с альтернативным выходом не должно быть включено для того, чтобы присутствовать на контактах 1, 21 или контакте 20. Включение альтернативного выхода не влияет на основную функцию объекта.

Таблица 8. Альтернативные функции выводовФункция Раздел, где приводится описание

Обнаружение пересечения нуля (канал напряжения) Обнаружение пересечения нуля (каналы тока) Отображение изменениязнака мощности

Пересечение нуля в Канале НапряженияПересечение нуля в Канале ТокаИзменение знака мощности

Обнаружение падения напряжения

Обнаружение падения напряжения

Обнаружение отсутствия активной энергии (канал тока A)

Обнаружение отсутствия активной энергии

Обнаружение отсутствия активной энергии (канал тока В)

Обнаружение отсутствия реакт. энергии (канал тока В)

Форма сигнала, готовностьданныхВывод прерываний (Канал Тока В)

Обнаружение отсутствия реактивной энергии Обнаружение отсутствия реактивной энергии Мгновенные значения мощности и форма сигналаПрерывания Канала Тока В

Обнаружение отсутствия реакт. энергии (канал тока A)

Обнаружение отсутствия активной энергии

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ПРЕРЫВАНИЯ В ADE7953 Прерывания в ADE7953 делятся на две группы. Первая группа прерываний связана с каналом напряжения и каналом тока А, вторая - с каналом тока В. Список прерываний приводится в Таблице 22 и Таблице 23.Все прерывания по умолчанию отключены, за исключением прерывания RESET из первой группы прерываний. Это прерывание включено по умолчанию и оповещает о завершении программного или аппаратного сброса. При загрузке это прерывание срабатывает, чтобы оповестить о том, что ADE7953 готов к связи с микроконтроллером. Прерывание нужно сбросить требуемым образом в соответствии с указаниями, приводящимися в разделе

прежде чем настраивать ADE7953.

ОСНОВНЫЕ ПРЕРЫВАНИЯ ( КАНАЛ НАПРЯЖЕНИЯ И КАНАЛ ТОКА А) Основные прерывания срабатывают для канала напряжения и канала тока А. Эти прерывания управляютяс группой из трех регистров: регистр, включающий/отключающий прерывания IRQENA(адрес 0x22C и адрес 0x32C), статусный регистр IRQSTATA (адрес 0x22D и адрес 0x32D), и регистр сброса статуса RSTIRQSTATA (адрес 0x22E и адрес 0x32E). Биты этих регистров описываются в Таблице 22. Когда происходит событие, ассоциированное с прерыванием, соответствующий бит регистра IRQSTATA устанавливается в 1. Если бит включения для этого прерывания, расположенный в регистре IRQENA, установлен в 1, внешний вывод IRQ сбрасывается в логический 0. Статусные биты, расположенные в регистре IRQSTATA устанавливаются когда происходит соответствующее событие, вне зависимости от того, включено ли внешнее прерывание.Все прерывания фиксированы и чтобы вернуть вывод IRQ в состояние Логической 1, нужно сбросить статусные биты через регистр RSTIRQSTATA (адрес 0x22E и адрес 0x32E). Регистр RSTIRQSTATA содержит те же самые биты статуса прерываний, что и регистр IRQSTATA, но при доступе к регистру RSTIRQSTATA выполняется команда чтение-со-сбросом, и тем самым статусные биты очищаются. После завершения чтения из регистра, все статусные биты сбрасываются в и вывод IRQ возвращается в состояние Логической 1.

ПРЕРЫВАНИЯ КАНАЛА ТОКА ВСрабатывают для событий, связанных с каналом тока В. Как и основная группа прерываний, прерывания канала тока B управляются группой из трех регистров: включающим/отключающим регистром IRQENB (адрес 0x22F и адрес 0x32F), статусным регистром IRQSTATB (адрес 0x230 и адрес 0x330) и регистром статуса сброса RSTIRQSTATB (адрес 0x231 и адрес 0x331). Биты этих регистров описываются в Таблице 23.

Когда происходит событие, связанное с прерыванием, соответствующий бит регистра IRQSTATB устанавливается в 1. Прерывания канала тока В не имеют специального отдельного вывода. С этой целью можно использовать альтернативный вариант настройки Вывода 1 (ZX), Вывода 21 (ZX_I), или Вывода 20 (REVP) (см. раздел Альтернативные Функции Выводов). Если вывод настроен на прерывание по событию в Канале Тока В и бит включения прерывания, расположенный в регистре IRQENB, установлен в 1, на Выводе 1, Выводе 21 или Выводе 20 устанавливается низкий уровень, если на Канале Тока В происходит событие, связанное с прерыванием. Статусный бит в регистре IRQSTATB устанавливается при возникновении прерывания, вне зависимости от того, включен внешний вывод прерывания или нет.Все прерывания фиксируются и чтобы их сбросить, необходимо сбросить биты регистра RSTIRQSTATB (адрес 0x231 и адрес 0x331). Регистр RSTIRQSTATB содержит те же самые биты статуса прерываний, что и регистр IRQSTATB, но при доступе к регистру RSTIRQSTATB, выполняется операция чтение-со-сбросом и таким образом статусные биты сбрасываются. После завершения чтения из регистра все статусные биты сброшены в ноль и соответствующий вывод возвращается (если включен) в состояние Логической 1.

Основные прерывания (Канал Напряжения и Канал Тока А)

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ИНТЕРФЕЙСЫ В ADE7953 Для доступа ко встроенным регистрам, и, следновательно, к результатам измерений и функциям в ADE7953 подерживаются 3 интерфейса (подробное описание всех регистров приводится в разделе Регистры ADE7953):

• 4-контактный интерфейс SPI• 2-контактный двунаправленный интерфейс I2C• 2-контактный UART

Все три интерфейса используют общие выводы микросхемы, поэтому в любых случаях одновременно может использоваться только один интерфейс.

АВТООПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕРФЕЙСАВ ADE7953 имеется возможность автоматически определить, какой из трех интерфейсов используется. Эта функция позволяет быстро устанавливать связь с минимально короткой процедурой инициализации. Автоопределение работает посредством отслеживания состояния четырех выводов для коммуникаций и автоматического выбора интерфейса, который соответствует настройке (см. Таблицу 9).

• Вывод CS (Вывод 28) определяет, используется ли SPI.Если на этом выводе низкий уровень - в качествеинтерфейса коммуникации используется SPI.

• Вывод SCLK (Вывод 25) показывает, что длякоммуникаций используются I2C или UART. Если навыводе высокий уровень, - используется I2C; еслинизкий - UART.

Хотя Вывод 25 (SCLK) и Вывод 28 (CS) неважны при коммуникациях через I2C или UART, эти выводы нужно сконфигурировать так, как показано в Таблице 9, чтобы обеспечить работу системы автоопределения.

ФИКСАЦИЯ ВЫБРАННОГО ИНТЕРФЕЙСАПосле выбора интерфейса, выбор нужно зафиксировать, чтобы предотвратить возможность случайного перехода к работе по другому интерфейсу. ADE7953 может быть настроен так, что выбор интерфейса автоматически фиксируется после первой успешной передачи. По умолчанию эта функция отключена и может быть активирована сбросом бита COMM_LOCK (бит 15) в регистре CONFIG (адрес 0x102). Чтобы успешно выбрать и зафиксировать интерфейс, вскоре после загрузки должна быть выполнена операция записи в регистр, которая сбрасывает бит COMM_LOCK и, тем самым, фиксирует выбор интерфейса. После того как выбран и зафиксирован конкретный интерфейс (т.е, SPI, I2C, или UART), интерфейс коммуникации нельзя изменить без сброса ADE7953. Обратите внимание, что при использовании SPI, чтобы зафиксировать выбор интерфейса, на выводе CS должен поддерживаться низкий уровень в течение минимум 1.2 мкс после последнего SCLK. Эта задержка требуется только во время установки бита COMM_LOCK (см. раздел Временные характеристики SPI ).

Таблица 9. Автоопределение интерфейсаИнтерфейс Вывод 28 (CS) Вывод 25 (SCLK) Вывод 27 (MOSI/SCL/Rx) Вывод 26 (MISO/SDA/Tx) SPI 0 Не имеет значения MOSI MISOI2C 1 1 SCL SDAUART 1 0 Rx Tx

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ИНТЕРЕФЕЙС SPI Последовательный периферийный интерфейс (SPI) использует все четыре вывода для комуникаций: CS, SCLK, MOSI, и MISO. Обмен данными в режиме SPI осуществляется в режиме ведомого (slave), и, следовательно, на вывод SCLK нужно подавать синхронизирующие импульсы (MOSI - входные данные , MISO - выходные данные). Эти импульсы синхронизируют все операции обмена, при этом максимальная частота может достигать 5 МГц. См. раздел Временные Характеристики SPI для более подробной информации На вывод MOSI в ADE7953 поступают входные данные по срезу SCLK и затем считываются ADE7953 по фронту. MISO - вывод выходных данных ; данные выставляются на вывод по срезу SCLK и дальше должны быть считаны внешним микроконтроллером по фронту.Пакет данных, пересылаемых по SPI, состоит из 2-х стартовых байтов, содержащих адрес регистра, с которого должны считаться или в который должны быть записаны данные. Этот адрес пересылается от старшего бита к младшему. Третий байт при обмене определяет тип операции - чтение или запись.

Старший бит этого байта должен быть установлен в 1 для операции чтения и в 0 - для записи. После завершения передачи третьего байта содержимое регистра данных либо пересылается из ADE7953 по выводу MISO (чтение), либо записывается в ADE7953 по выводу MOSI из внешнего микроконтролеера (запись). Все данные пересылаются или получаются в порядке от старшего бита к младшему. Длина передаваемых данных зависит от разрядности регистра. Регистры могут быть 8, 16, 24 ии 32 - разрядными. На схемах 68 и 69 показана последовательность передачи данных по SPI при чтении и записи, соответственно. Как видно из схем, вывод CS (выбор кристалла) нужно сбросить в низкий уровень, чтобы начать обмен, и установить в высокий уровень после завершения обмена. Если подать высокий уроень на CS до завершения передачи данных, передача прекратится. Таким способом вывод CS ыполняет функцию сброса при передаче по SPI . Вывод CS позволяет связаться с несколькими устройствами посредством одного и того же порта SPI микроконтроллера.

1 0

15 14

SCLK

MOSI

MISO

1 0

31 30 1 0

00 0 0 0 0адрес регистра

CS

0932

0-06

2значение регистра

Схема 68. Операция чтения по SPI

SCLK

MOSI

31 30 1 0

CS

0932

0-06

3

0 0

15 14 1 0

00 0 0 0 0

Схема 69. Операция записи по SPI

значение регистраадрес регистра

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ИНТЕРФЕЙС I2C ADE7953 поддерживает лицензионный интерфейс I2C. I2C работает в режиме ведомого и использует два вывода: SDA и SCL. Вывод SDA двунаправленный для входных/выходных данных, SCL - вывод для последовательных импульсов. Оба вывода также используются и интерфейсами SPI и UART. Интерфейс I2C работает на максимальной частоте 400 кГц. Два вывода, используемых для передачи данных —SDA и SCL —конфигурируются в формате соединения в монтажное И, который позволяет арбитраж в системе мультимастер. Обмен по интерфейсу I2C инициируется ведущим устройством, которое генерирует условия для начала обмена: ведущее устройство передает один байт, содержащий адрес ведомого устройства и тип операции (чтение или запись). Адрес ADE7953 - 0111000X. Бит 7 в байте адреса определяет тип операции: 0 - запись, 1 - чтение. Далее обмен продолжается по алгоритмам, приведенным в следующих разделах, до тех пор пока ведущее устройство не сгенерирует условие остановки и шина снова становится свободной.

Операция записи по I2C

Запись в ADE7953 начинается, когда ведущее устройство генерирует начальное условие, состоящее из адреса ведомого устройства и бита чтения/записи. После передачи начального условия пересылается 16-битный адрес регистра назначения. После получения каждого байта ADE7953 отправляет подтверждения ведущему устройству (ACK). Как только завершается передача 16-битного адреса, ведущее устройство посылает данные в регистр, от старшего бйта к младшему. Длина передаваемых данных может достигать 8, 16, 24 или 32 бит. После получения каждого байта данных ADE7953 генерирует подтверждение получения (ACK). После передачи последнего байта данных, ведущее устройство генерирует условие останова и шина освобождается. Операция записи по интерфейсу I2C приводится в схеме 70.

0932

0-05

9

ПОДТВЕРЖДЕНИЕACK, ГЕНЕРИРУЕМОЕ

ADE7953

STA

RT

STO

P

S

ACK

ACK

ACK

ACK

ACK

ACK

ACK

P0

15

АДРЕС SLAVE УСТРОЙСТВА

СТАРШИЕ 8 БИТ АДРЕСА РЕГИСТРА

БАЙТ 3 (СТАРШИЙ) РЕГИСТРА БАЙТ 2 РЕГИСТРА БАЙТ 1 РЕГИСТРА

БАЙТ 0 (МЛАДШИЙ) РЕГИСТРА

8 7 0 23 16 15 8 7 0 07

1 1 1 0 0 0 0

Чте

ние/

Запи

сь

Схема 70. Запись по I 2C

МЛАДШИЕ 8 БИТ АДРЕСА РЕГИСТРА

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Операция чтения по I2C

Операция чтения по I2C осуществляется в два этапа. На первом этапе устанавливается указатель на на адрес регистра, из которого считываются данные. На втором этапе данные непосредственно считываются.Как показано на Рис. 71, первый этап запускается после того, как ведущее устройство генерирует стартовое условие: адрес ведомого и бит чтения/записи. Так как на этом шаге устанавливается указатель на адрес, младший бит стартового байта требуется установить в 0 (запись). За стартовым байтом пересылается 16-битный адрес регистра назначения. После передачи каждого байта ADE7953 генерирует подтверждение (ACK) для ведущего устройства.

Второй этап операции чтения начинается, когда мастер генерирует новое стартовое условие. Это стартовое условие содержит адрес тот же адрес ведомого устройства, но младший бит теперь установлен в 1 - выполняется операция чтения. После получения этого байта ADE7953 посылает подтверждение (ACK). Затем ADE7953 посылает содержимое регистра ведущему устройству, которое подтверждает получение каждого байта. Все байты пересылаются в порядке от старшего к младшему. Содержимое регистров может быть 8, 16, 24 или 32 - разрядным. После получения последнего байта данных регистра мастер генерирует условие останова вместо подтверждения, чтобы оповестить о завершении обмена данными. Операция чтения по I2C показана на схеме 71.

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ACK, ГЕНЕРИРУЕМОЕ

ADE7953


MASTER УСТРОЙСТВОМ

STA

RT

S

ACK

ACK

ACK

0

15

АДРЕС SLAVEУСТРОЙСТВА

СТАРШИЙ БАЙТ АДРЕСА РЕГИСТРА

8 7 0

1 1 1 0 0 0 0

STA

RT

STO

P

S

ACK

ACK

ACK

ACK

P0

23 16 15 8 7 0 07

1 1 1 0 0 0 1

0932

0-06

0

REA

D/W

RIT

E

Чте

ние/

Запи

сь

Рис. 71. Чтение по интерфейсу I 2C

МЛАДШИЙ БАЙТ АДРЕСА РЕГИСТРА


ADE7953

АДРЕС SLAVEУСТРОЙСТВА

БАЙТ 0 (МЛАДШИЙ) РЕГИСТРА

БАЙТ 3 (СТАРШИЙ) РЕГИСТРА БАЙТ 2 РЕГИСТРА БАЙТ 1 РЕГИСТРА

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ИНТЕРФЕЙС UART ADE7953 поддерживает простой универсальный асинхронный интерфейс приема/передачи данных (UART), которые позволяет получить доступ ко всем функциям ADE7953 через только два однонаправленных вывода. UART позволяет получить отдельный интерфейс передачи с помощью всего лишь двух недорогих оптоизоляторов. Интерфейс UART работает с фиксированной скоростью передачи данных 4800 бод и, следовательно, подходит для тех случаев, когда скорость передачи данных достаточно низкая. По интерфейсу UART данные пересылаются из ADE7953 через вывод Tx (Вывод 26), и принимаются в ADE7953 от внешнего микроконтроллера через вывод Rx (Вывод 27). При обмене по UART-интерфейсу ADE7953 выступает в качестве ведомого устройства. Обмен данными всегда инициируется пересылкой от ведущего устройства (микроконтроллера) кадра данных к ведомому устройству (ADE7953). Формат пересылаемых данных показан на Рис. 72. Как видно из схемы, каждый кадр данных состоит из 10 бит. Каждый бит пересылается на скорости 4800 бод, т.о. на передачу кадра затрачивается 2.08 мс ((1/4800) × 10). После выбора интерфейса UART посредством битов CS и SCLK и до передачи первого кадра данных необходимо внести задержку в 6 мс. Также между пересылкой кадров должны быть задержки минимум в 0.2 мс. Все кадры пересылаются в формате от младшего к старшему (LSB). Обмен данными по интерфейсу UART инициируется, когда ведущее устройство посылает пакет из трех кадров данных (см. Таблицу 10).

Таблица 10. Кадры в пакете UARTКадр НазначениеF1 Чтение/записьF2 Старший Байт (MSB) Адреса РегистраF3

F1 определяет тип операции - чтение или запись, а следующие два кадра (F2 и F3) задают регистр, к которому осуществляется доступ. Каждый кадр состоит из восьми битов данных (схема 72). Для операции чтения кадр F1 должен быть равен 0x35, для записи - 0xCA. Все остальные значения считаются некорректными и при них обмен данными с ADE7953 не считается успешным. Байты адреса пересыаются от старшего к младшему (MSB), следовательно, F2 содержит старшую часть адреса, а F3 - младшую. Биты каждого кадра адреса пересылаются от младшего к старшему (LSB).При обмене по интерфейсу UART в ADE7953 вводятся два таймаута, t1 и t2, для синхронизации обмена и для предотвращения остановки обмена. Первый таймаут, t1, - это задержка между фреймами, максимум 4 мс; второй таймаут, t2, - задержка между пакетами, минимум 6 мс. Эти два тайм-аута выступают в качестве сброса для функции UART. Более подробная информация о таймаутах приводится в разделах Операция Чтения Через UART и Операция Записи Через UART.Проверку успешной связи с UART можно осуществить выполнив последовательность операций записи/чтения/подтверждения в микроконтроллере.Успешные операции обмена данными также фиксируются в регистрах LAST_ADD, LAST_RWDATA, и LAST_OP в соответствии с разделом П роверка Связи.

SCLK

CS

STA

RT

STA

RT

STO

P

D0

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7Rx

t1

t2

t1 = ЗАДЕРЖКА МЕЖДУ КАДРАМИ: 0.2мс (МИН.), 4мс

(MAX) t2 = ЗАДЕРЖКА МЕЖДУ ПАКЕТАМИ: 6мс (МАКС.)

0932

0-14

1

Рис 72. Кадр UART

Младший Байт (LSB) Адреса Регистра

Кадр

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Операция Чтения Через UART

Чтение из ADE7953 через интерфейс UART инициируется отправкой ведущим устройство пакета из трех фреймов. Если первый фрейм равен 0x35, выполняется операция чтения. Второй и третий фреймы содержат адрес регистра, из которого считываются данные. Когда ADE7953 получает дозволенный пакет, он декодирует команду (см. Рис. 73). Задержка между фреймами - 2.08 мс . Максимально допустимая задержка между фреймами (t1) в 4 мс обеспечивает 50% буферизацию фреймов без ненужного замедления связи. Когда пакет декодирован, ADE7953 выставляет данные из требуемого регистра на вывод Tx (см. F4 и F5 на Рис. 73). Это происходит примерно через 0.1 мс после того, как весь фрейм получен. Эти данные могут быть длиной 1, 2, 3 или 4 байта, в зависимости от регистра, из которого производится считывание. Данные пересылаются в формате LSB. После отправки последнего фрейма регистра, необходима задержка между пакетами (t2) в 6 мс прежде чем можно принимать какие-либо входные данные через вывод Rx. Эта задержка между пакетами обеспечивает невозможность наложения.

Операция Записи Через UART

Запись в ADE7953 через UART инициируется отправкой ведущим устройство пакета из трех фреймов. Если первый фрейм равен 0xCA, выполняется операция записи. Второй и третий фреймы содержат адрес регистра, в который записываются данные. Когда ADE7953 получает дозволенный пакет, он декодирует команду следующим образом:

• Если количество фреймов, полученных посленачального пакета соответствует размеру регистра,заданного фреймами F2 и F3, пакет допустимый иданные записываются в регистр

• Если количество фреймов не равно количеству байтовв указанном регистре, команда не дозволена иникакие дальнейшие действия не выполняются

После получения последнего фрейма данных через вывод Rx, требуется задержка t2 прежде чем какие-либо поступающие на вывод Rx данные будут обработаны как пакет. Эта операция изображена на Рис. 74.

F1Rx

Tx

F2 F3

t1

F1 F2

MSBАДРЕСАРЕГИСТРА

t1t1

F4 F5

t1

t2

t1

0932

0-14

2

Рис. 73. Чтение через UART

F1

ЧТЕНИЕ/ЗАПИСЬ

Rx

Tx

F2


F3

t1

F1 F2


t1t1

F4 F5

t1

t2

t1

0932

0-14

3

Рис. 74. Запись через UART


LSBАДРЕСАРЕГИСТРА


LSBАДРЕСАРЕГИСТРА

MSBДАННЫХ

LSBДАННЫХ

MSBДАННЫХ

LSBДАННЫХ



ADE7953

Rev. 0 | of 68

ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПЕРЕДАЧИВ ADE7953 имеются три механизма, позволяющих повысить надежность передачи и помехозащищенность и предотвратить случайные изменения значений внутренних регистров: защита от записи, проверка результатов передачи и вычисление контрольных сумм.

ЗАЩИТА ОТ ЗАПИСИADE7953 предоставляет простой метод защиты внутренних регистров от случайных операций записи. Эта функция позволяет предотвратить изменение заданных настроек счетчика шумами или EMC. Функция защиты от записи по умолчанию отключена, чтобы можно было настраивать счетчик. Функция может быть активирована записью в 8-битный регистр W RITE_PROTECT ( адрес 0x040). Используются только три младших бита регистра. Бит 0 отвечает за защиту 8-битных регистров, Бит 1 - 16-битных регистров , Бит 2 - 24- и 32-разрядных регистров. Все биты по умолчанию установлены в 0, чтобы отключить защиту от записи. Установка битов в 1 включает защиту от записи соответствующих регистров. Когда защита включена, любые попытки записи через SPI, I2C или UART игнорируются. С брос битов W RITE_ PROTECT в 0 снова активирует возможность полного доступа к регистрам.

ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПЕРЕДАЧИВ ADE7953 имеется группа из трех регистров, которые позоляют проверить результаты передачи через SPI, I2C или UART. Регистры LAST_OP (адрес 0x0FD), LAST_ADD (адрес 0x1FE) и LAST_RWDATA содержат, сооветственно, тип операции, адрес регистра и данные последней успешной операции. В регистре LAST_RWDATA содержатся четыре отдельных адреса, в зависимости от размера данных и, следовательно, разрядности регистра, участвующего в последней операции ( см. Таблицу 11). В регистр включены несколько адресов чтобы избежать слишком длинных обменов данными.

Таблица 11. Адреса регистров LAST_RWDATAАдрес Регистра Длина Данных при Чтении/ЗаписиAдрес 0x0FF 8 битAдрес 0x1FF 16 битAдрес 0x2FF 24 бита Aдрес 0x3FF 32 бита

После каждой успешной операции обмена с ADE7953, адрес регистра, участвовавшего в последней операции сохраняется в 16-битном регистре LAST_ADD (адрес 0x1FE). Этот регистр доступен только для чтения и сохраняет свое значение до следующей успешной операции чтения или записи. В регистре LAST_OP (адрес 0x0FD) сохраняется тип выполненной операции - чтение или запись. Если последней была операция записи, в регистр LAST_OP записывается значение 0xCA, если операция чтения - значение 0x35. Регистр LAST_RWDATA содержит сами данные, которые были записаны или прочитаны. Неудачные операции записи/чтения не вызывают изменение значений в этих регистрах.

ADE7953

Rev. 0 | of 68

РЕГИСТР КОНТРОЛЬНОЙ СУММЫВ ADE7953 имеется 32-битный регистр контрольной суммы, CRC (адрес 0x37F), который оповещает пользователя о любых важных изменениях регистров настройки, управления и калибровки. Регистр позволяет обеспечить такую работу, при которой все требуемые установки счетчика не изменяются при нормальной работе счетчика. В Таблице 12 указаны регистры, включаемые в контрольную сумму.Также в контрольную сумму включаются дополнительные внутренние шесть зарезервированных регистров. ADE7953 осуществляет циклический контроль по избыточности(CRC) в соответствии со стандартом IEEE 802.3. Содержимое регистров вводится один за другим в регистр сдвига с линейной обратной связью (LFSR) на основе генератора, от младшего бита к старшему. 32-битный результат затем записывается в регистр CRC . Функция вычисления CRC по умолчанию отключена и может быть включена установкой бита CRC_ENABLE (бит 8) регистра CONFIG (адрес 0x102). Т.к CRC отключена по умолчанию, в регистре CRC по умолчанию содержится число 0xFFFFFFFF. Функцию CRC можно использовать, чтобы убедиться, что значения регистров, включаемых в вычисление контрольной суммы , не были случайно изменены.

Для этого, после того как счетчик был настроен требуемым образом, необходимо периодически считывать значение регистра CRC (адрес 0x37F). Если значения двух последовательных считываний отличаются, можно предположить, что значение одного из регистров изменилось, т.е. изменилась конфигурация ADE7953. Рекомендуемая реакция на это - аппаратный или программный сброс, который сбрасывает все регистры ADE7953, включая зарезервированные, в их значения по умолчанию. Затем ADE7953 нужно перенастроить в соответствии с выполняемыми задачами.Прерывание, связанное с функцией вычисления контрольной суммы может обеспечить внешнее предупреждение на выводе IRQ, если значение регистра CRC изменится после начальной конфигурации. Это прерывание отключено по умолчанию и может быть активировано установкой бита CRC (бит 21) в регистре IRQENA (адрес 0x22C и адрес 0x32C). Когда прерывание включено, если значение регистра CRC меняется по сравнению со зачением, которое было в регистре на момент установки бита CRC, то генерируется внешнее прерывание.

Таблица 12. Регистры, включаемые в CRCРегистры Настройки и Управления Регистры Калибровки

Название Регистра Адрес Название Регистра АдресLCYCMODE 0x004 AIGAIN 0x280 and 0x380 PGA_V 0x007 VGAIN 0x281 and 0x381 PGA_IA 0x008 AWGAIN 0x282 and 0x382 PGA_IB 0x009 AVARGAIN 0x283 and 0x383 CONFIG 0x102 AVAGAIN 0x284 and 0x384 CF1DEN 0x103 AIOS 0x285 and 0x385 CF2DEN 0x104 AIRMSOS 0x286 and 0x386 CFMODE 0x107 VOS 0x287 and 0x387 PHCALA 0x108 VRMSOS 0x288 and 0x388 PHCALB 0x109 AWATTOS 0x289 and 0x389 ALT_OUTPUT 0x110 AVAROS 0x28A and 0x38A ACCMODE 0x201 and 0x301 AVAOS 0x28B and 0x38B IRQENA 0x22C and 0x32C BIGAIN 0x28C and 0x38C IRQENB 0x22F and 0x32F BWGAIN 0x28E and 0x38E

BVARGAIN 0x28F and 0x38FBVAGAIN 0x290 and 0x390BIOS 0x291 and 0x391BIRMSOS 0x292 and 0x392BWATTOS 0x295 and 0x395BVAROS 0x296 and 0x396BVAOS 0x297 and 0x397

ADE7953

Rev. 0 | of 68

РЕГИСТРЫ ADE7953В ADE7953 имеются 8, 16, 24 и 32 разрядные регистры. Все регистры со знаком содержат данные, представленные в дополнительном коде, за исключением регистров PHCALA и PHCALB, в которых данные хранятся по модулю. 24- и 32-регистры содержат одну и ту же информацию; при работе с 24-разрядными регистрами выше скорость связи; работа с 32-разрядными регистрами упрощает программирование при кодировании с длинным форматом. При доступе к 32-разрядным регистрам, только младшие 24 бита содержат действительные данные ( старшие 8 - дополнительные знаковые разряды) . Запись в 24-разрядный регистр изменяет значение в соответсвующем 32-битном регистре, и наоборот. Следовательно, каждый 24-/32-битный регистр можно рассматривать как как одно и то же место в памяти, доступное по двум разным путям. Таблица 13. 8-битные регистрыАдрес Название регистра Ч/З По умолчанию Тип Описание0x000 SAGCYC Ч/З 0x00 Беззнаковый

0x001 DISNOLOAD Ч/З 0x000x004 LCYCMODE Ч/З 0x400x007 PGA_V Ч/З 0x00 0x008 PGA_IA Ч/З 0x000x009 PGA_IB Ч/З 0x000x040 WRITE_PROTECT Ч/З 0x000x0FD LAST_OP Ч 0x00

0x0FF LAST_RWDATA Ч 0x00

0x702 Version Ч N/A 0x800 EX_REF Ч/З 0x00

Период падения напряженияОтключение обнаружения отсутствия нагрузки Настройка режима накопления циклов линии Настройка усиления канала напряжения (Биты[2:0])Настройка усиления канала тока А (Биты[2:0]) Настройка усиления канала тока В (Биты[2:0]) Биты защиты от записи ( Биты[2:0]) Содержит тип последней успешной операции передачи ( 0x35 = чтение; 0xCA = запись) Содержит данные о последнем успешном соединении 8-битного регистраСодержит номер версии кремния Выбор источника опорного напряжения: 0 - внутренний; 1 - внешний

Таблица 14. 16-битные регистрыAдрес Название регистра Ч/З По умолчанию Тип Описание0x100 ZXTOUT Ч/З 0xFFFF Беззнаковый 0x101 LINECYC Ч/З 0x0000 Беззнаковый

0x102 CONFIG Ч/З 0x8004 Беззнаковый 0x103 CF1DEN Ч/З 0x003F Беззнаковый 0x104 CF2DEN Ч/З 0x003F Беззнаковый 0x107 CFMODE Ч/З 0x0300 Беззнаковый 0x108 PHCALA Ч/З 0x0000 Знаковый

0x109 PHCALB Ч/З 0x0000 Знаковый

0x10A PFA Ч 0x0000 Знаковый 0x10B PFB Ч 0x0000 Знаковый 0x10C ANGLE_A Ч 0x0000 Знаковый

0x10D ANGLE_B Ч 0x0000 Знаковый

0x10E Period Ч 0x0000 Беззнаковый 0x110 ALT_OUTPUT Ч/З 0x0000 Беззнаковый 0x1FE LAST_ADD Ч 0x0000 Беззнаковый

0x1FF LAST_RWDATA Ч 0x0000 Беззнаковый

Ожидание пересечения нуля Метод накопления энергии числа полупериодов для линейного цикла Регистр конфигурацииЗнаменатель делителя частоты для CF1 Знаменатель делителя частоты для CF2Выбор выхода СF Регистр калибровки фазы (Канал тока А). Этотрегистр имеет формат величины со знаком. Регистр калибровки фазы (Канал тока В). Этотрегистр имеет формат величины со знаком. Коэффициент мощности (Канал тока A) Коэффициент мощности (Канал тока В) Угол между входом напряжения и входом канала тока A Угол между входом напряжения и входом канала тока В Регистр периодаАльтернативные функции вывода Содержит адрес последнего успешного соединения Содержит данные из последнего успешного соединения с 16-разрядным регистром

Беззнаковый

БеззнаковыйБеззнаковый



Беззнаковый


ADE7953

Rev. 0 | of 68

Таблица 15. 24-/32-битные регистры Aдрес

Название регистра Ч/З По умолчанию Tип Описание24-бита 32-бита 0x200 0x300 SAGLVL Ч/З 0x000000 Беззнаковый 0x201 0x301 ACCMODE Ч/З 0x000000 Беззнаковый 0x203 0x303 AP_NOLOAD Ч/З 0x00E419 Беззнаковый 0x204 0x304 VAR_NOLOAD Ч/З 0x00E419 Беззнаковый 0x205 0x305 VA_NOLOAD Ч/З 0x000000 Беззнаковый 0x210 0x310 AVA Ч 0x000000 Знаковый 0x211 0x311 BVA Ч 0x000000 Знаковый 0x212 0x312 AWATT Ч 0x000000 Знаковый 0x213 0x313 BWATT Ч 0x000000 Знаковый 0x214 0x314 AVAR Ч 0x000000 Знаковый 0x215 0x315 BVAR Ч 0x000000 Знаковый 0x216 0x316 IA Ч 0x000000 Знаковый 0x217 0x317 IB Ч 0x000000 Знаковый 0x218 0x318 V Ч 0x000000 Знаковый 0x21A 0x31A IRMSA Ч 0x000000 Беззнаковый 0x21B 0x31B IRMSB Ч 0x000000 Беззнаковый 0x21C 0x31C VRMS Ч 0x000000 Беззнаковый 0x21E 0x31E AENERGYA Ч 0x000000 Знаковый 0x21F 0x31F AENERGYB Ч 0x000000 Знаковый 0x220 0x320 RENERGYA Ч 0x000000 Знаковый 0x221 0x321 RENERGYB Ч 0x000000 Знаковый 0x222 0x322 APENERGYA Ч 0x000000 Знаковый 0x223 0x323 APENERGYB Ч 0x000000 Знаковый 0x224 0x324 OVLVL Ч/З 0xFFFFFF Беззнаковый 0x225 0x325 OILVL Ч/З 0xFFFFFF Беззнаковый 0x226 0x326 VPEAK Ч 0x000000 Беззнаковый 0x227 0x327 RSTVPEAK Ч 0x000000 Беззнаковый 0x228 0x328 IAPEAK Ч 0x000000 Беззнаковый 0x229 0x329 RSTIAPEAK Ч 0x000000 Беззнаковый 0x22A 0x32A IBPEAK Ч 0x000000 Беззнаковый 0x22B 0x32B RSTIBPEAK Ч 0x000000 Беззнаковый 0x22C 0x32C IRQENA Ч/З 0x100000 Беззнаковый 0x22D 0x32D IRQSTATA Ч 0x000000 Беззнаковый 0x22E 0x32E RSTIRQSTATA Ч 0x000000 Беззнаковый 0x22F 0x32F IRQENB Ч/З 0x000000 Беззнаковый 0x230 0x330 IRQSTATB Ч 0x000000 Беззнаковый 0x231 0x331 RSTIRQSTATB Ч 0x000000 Беззнаковый N/A 0x37F CRC Ч 0xFFFFFFFF Беззнаковый 0x280 0x380 AIGAIN Ч/З 0x400000 Беззнаковый 0x281 0x381 VGAIN Ч/З 0x400000 Беззнаковый 0x282 0x382 AWGAIN Ч/З 0x400000 Беззнаковый 0x283 0x383 AVARGAIN Ч/З 0x400000 Беззнаковый 0x284 0x384 AVAGAIN Ч/З 0x400000 Беззнаковый 0x285 0x385 AIOS Ч/З 0x000000 Знаковый 0x286 0x386 AIRMSOS Ч/З 0x000000 Знаковый 0x287 0x387 VOS Ч/З 0x000000 Знаковый 0x288 0x388 VRMSOS Ч/З 0x000000 Знаковый 0x289 0x389 AWATTOS Ч/З 0x000000 Знаковый 0x28A 0x38A AVAROS Ч/З 0x000000 Знаковый 0x28B 0x38B AVAOS Ч/З 0x000000 Знаковый

Уровень провала напряжения Режим накопленияУровень активной мощности без нагрузкиУровень реактивной мощности без нагрузкиУровень полной мощности без нагрузкиМгновенная кажущаяся мощность (Канал тока A) Мгновенная кажущаяся мощность (Канал тока В) Мгновенная активная мощность (Канал тока Мгновенная активная мощность (Канал тока В) Мгновенная реактивная мощность (Канал тока A) Мгновенная реактивная мощность (Канал тока В) Мгновенный ток (Канал тока A) Мгновенный ток (Канал тока В) Мгновенное напряжение (канал напряжения) Регистр IRMS (Канал тока A) Регистр IRMS (Канал тока В) Регистр VRMS Активная энергия (Канал тока A) Активная энергия (Канал тока В) Реактивная энергия (Канал тока A) Реактивная энергия (Канал тока В) Полная энергия (Канал тока A) Полная энергия (Канал тока В) Уровень перенапряженияУровень перегрузки по токуМаксимум канала напряжения Чтение максимума напряжения со сбросомМаксимум канала тока AЧтение максимума канала тока А со сбросом Максимум канала тока ВЧтение максимума канала тока В со сбросом

Включение прерываний (Канал тока A) Статус прерываний (Канал тока A) Сброс статуса прерываний (Канал тока A) Включение прерываний (Канал тока В) Статус прерываний (Канал тока В) Сброс статуса прерываний (Канал тока В) Контрольная СуммаУсиление канала тока (Канал тока A) Усиление канала напряженияУсиление по активной мощности (Канал тока A) Усиление по реактивной мощности (Канал тока A) Усиление по кажущейся мощности (Канал тока А) Смещение канала тока (Канал тока A) Смещение IRMS (Канал тока A) Смещение канала напряжения

Смещение VRMS Коррекция смещения активной мощности( Канал тока A) Коррекция смещения реактивной мощности( Канал тока A) Коррекция смещения полной мощности( Канал тока A)

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Aдрес Название регистра Ч/З По умолчанию Tип Описание 24-бита 32-бита

0x28C 0x38C BIGAIN Ч/З 0x400000 Беззнаковый 0x28E 0x38E BWGAIN Ч/З 0x400000 Беззнаковый 0x28F 0x38F BVARGAIN Ч/З 0x400000 Беззнаковый 0x290 0x390 BVAGAIN Ч/З 0x400000 Беззнаковый 0x291 0x391 BIOS Ч/З 0x000000 Знаковый0x292 0x392 BIRMSOS Ч/З 0x000000 Знаковый 0x295 0x395 BWATTOS Ч/З 0x000000 Знаковый 0x296 0x396 BVAROS Ч/З 0x000000 Знаковый 0x297 0x397 BVAOS Ч/З 0x000000 Знаковый 0x2FF 0x3FF LAST_RWDATA Ч 0x000000 Беззнаковый

Усиление канала тока (Канал тока В) Усиление по активной мощности (Канал тока В) Усиление по реактивной мощности (Канал тока В) Усиление по кажущейся мощности (Канал тока В)Смещение канала тока (Канал тока В) Смещение I RMS (Канал тока В) Коррекция смещения активной мощности( Канал тока В)Коррекция смещения реактивной мощности( Канал тока В)Коррекция смещения полной мощности( Канал тока В) Содержит данные с последнего успешного соединения с 24-/32-битным регистром

ОПИСАНИЕ РЕГИСТРОВ ADE7953 Таблица

16. Регистр D ISNOLOAD (Aдрес 0x001)Биты Название битов По умолч. Описание0 DIS_APNLOAD 0 1 = отключить обнаружение отсутствия активной мощности по каналам тока А и В1 DIS_VARNLOAD 0 1 = отключить обнаружение отсутствия реактивной мощности по каналам тока А и В2 DIS_VANLOAD 0 1 = отключить обнаружение отсутствия полной мощности по каналам тока А и В

Table 17. Регистр LCYCMODE (Aдрес 0x004) Биты Название бита По умол. Описание 0 ALWATT 0 0 = запретить режим накопления циклов линии активной энергии на канале тока А

1 = разрешить режим накопления циклов линии активной энергии на канале тока А1 BLWATT 0 0 = запретить режим накопления циклов линии активной энергии на канале тока В

1 = разрешить режим накопления циклов линии активной энергии на канале тока В 2 ALVAR 0 0 = запретить режим накопления циклов линии реактивной энергии на канале тока А

1 = разрешить режим накопления циклов линии реактивной энергии на канале тока А3 BLVAR 0 0 = запретить режим накопления циклов линии реактивной энергии на канале тока В

1 = разрешить режим накопления циклов линии реактивной энергии на канале тока В4 ALVA 0 0 = запретить режим накопления циклов линии кажущейся энергии на канале тока А

1 = разрешить режим накопления циклов линии кажущейся энергии на канале тока А5 BLVA 0 0 = запретить режим накопления циклов линии кажущейся энергии на канале тока В

1 = разрешить режим накопления циклов линии кажущейся энергии на канале тока В 6 RSTREAD 1 0 = запретить чтение со сбросом для всех регистров

1 = разрешить чтение со сбросом для всех регистров

Taблица18. Регистр CONFIG (Aдрес 0x102) Биты Наименование бита По умол. Описание0 INTENA 0 1 = интегратор включен (Канал тока A) 1 INTENB 0 1 = интегратор включен (Канал тока В) 2 HPFEN 1 1 = HPF включен (все каналы) 3 PFMODE 0 0 = коэффициент мощности на основе мгноввенной мощности

1 = коэфициент мощности на основе энергии режима накопления циклов 4 REVP_CF 0 0 = REVP обновление на CF1

1 = REVP обновление на CF2

5 REVP_PULSE 0 0 = REVP высокий , когда обратная полярность верна, низкий, когда обратная полярность не верна 1 = REVP выдает импульс 1 Гц когда обратная полярность верна и низкий когда обратная полярность не верна

6 ZXLPF 0 0 = ZX LPF разрешен1 = ZX LPF запрещен

7 SWRST 0 Установка этого бита позволяет перезагрузку программного обеспечения

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Биты Наименование бита По умол. Описание 8 CRC_ENABLE 0 0 = CRC запрещен

1 = CRC разрешен[10:9] PWR_LPF_SEL 00 Параметры фильтра низких частот

Установка Фильтрация00 ~250 мс01 ~500 мс10 ~1 сек11 ~2 сек

11 ZX_I 0 0 = ZX_I базируется на канале тока A 1 = ZX_I базируется на канале тока B

[13:12] ZX_EDGE 00 Выбор границы прерывания по пересечение нулевого уровня Установка Выбор границы 00 01 10 11

Прерывание выдается на как положительное, так и на отрицательное направление пересечения нуля

Прерывание выдается на отрицательное направление пересечения нуля

Прерывание выдается на положительное направление пересечения нуля

14 Зарезервирован 0 Зарезервирован 15 COMM_LOCK 1 0 = функция блокировки связи включена

1 = функция блокировки связи выключена

Taблица 19. Регистр CFMODE (Address 0x107) Биты Наименование бита По умол. Описание[3:0] CF1SEL 0000 Конфигурация выходного сигнала на выводе CF1

Установка Конфигурация выходного сигнала CF1 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001

CF1 пропорционален активной мощности (Канал тока A) CF1пропорционален реактивной мощности (Канал тока A)CF1 пропорционален полной мощности (Канал тока A)CF1 пропорционален IRMS (Канал тока A) CF1 пропорционален активной мощности (Канал тока В) CF1 пропорционален реактивной мощности (Канал тока В)CF1 пропорционален полной мощности (Канал тока В)CF1 пропорционален IRMS (Канал тока В) CF1 пропорционален IRMS (Канал тока A) + IRMS (Канал тока B) CF1 пропорционален активной мощности (Канал тока А) + активная мощность (Канал тока B)

[7:4] CF2SEL 0000 Конфигурация выходного сигнала на выводе CF2 Установка Конфигурация выходного сигнала CF2 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001

CF2 пропорционален активной мощности (Канал тока A) CF2 пропорционален реактивной мощности (Канал тока A) CF2 пропорционален полной мощности (Канал тока A) CF2 пропорционален IRMS (Канал тока A) CF2 пропорционален активной мощности (Канал тока В) CF2 пропорционален реактивной мощности (Канал тока В) CF2 пропорционален полной мощности (Канал тока В) CF2 пропорционален IRMS (Канал тока В)CF2 пропорционален IRMS (Канал тока A) + IRMS (Канал тока B) CF2 пропорционален активной мощности (Канал тока А) + активная мощность (Канал тока B)

8 CF1DIS 1 0 = CF1 вывод разрешен 1 = CF1 вывод запрещен

9 CF2DIS 1 0 = CF2 вывод разрешен 1 = CF2 вывод запрещен

Прерывание выдается на как положительное, так и на отрицательное направление пересечения нуля

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Таблица 20. Регистр ALT_OUTPUT (Address 0x110) Биты Название битов По умолч. Описание[3:0] ZX_ALT 0000 Настройка выврда ZX (Вывод 1)

Значение Функции вывода ZX (Pin 1)0000 0001

Выход функции обнаружения ZX (по умолчанию) Выход функции обнаружения падения напряежения

001000110100

ЗарезервированоЗарезервированоЗарезервировано

0101 0110 0111 1000 1001 10101011 11001101 111x

Обнаружение активной мощности без нагрузки (Канал тока A) выводится на вывод 1 Обнаружение активной мощности без нагрузки (Канал тока В) выводится на вывод 1 Обнаружение реактивной мощности без нагрузки (Канал тока A) выводится на вывод 1

Обнаружение реактивной мощности без нагрузки (Канал тока В) выводится на вывод 1 Сигнал выборки без фиксации сигнала выводится на контакт 1IRQ сигнал выводится на вывод 1 ZX_I обнаружение выводится на вывод 1 REVP обнаружение выводится на вывод 1 Зарезервирован (значение установлено по умолчанию) Зарезервирован (значение установлено по умолчанию)

[7:4] ZXI_ALT 0000 Конфигурация вывода ZX_I (Вывод 21) Установка ZX_I Конфигурация вывода 0000 0001

ZX_I обнаружение выводится на вывод 21 (по умолчанию) Обнаружение падения напряжения выводится на вывод 21

001000110100

Зарезервирован ЗарезервированЗарезервирован

0101 0110 0111 1000 1001 10101011 11001101 111x

Обнаружение холостого хода активной мощности (Канал тока A) выводится на вывод 21 Обнаружение холостого хода активной мощности (Канал тока В) выводится на вывод 21 Обнаружение холостого хода реактивной мощности (Канал тока A) выводится на вывод 21

Обнаружение холостого хода реактивной мощности (Канал токаВ) выводится на вывод 21

Сигнал выборки без фиксации формы сигнала выводится на контакт 21 IRQ сигнал выводится на вывод 21 ZX обнаружение выводится на вывод 21 REVP обнаружение выводится на вывод 21 Зарезервирован (значение установлено по умолчанию)Зарезервирован (значение установлено по умолчанию)

[11:8] REVP_ALT 0000 Конфигурация вывода REVP (Вывод 20)

Установка Конфигурация вывода REVP00000001

Обнаружение REVP выводится на вывод 21 (по умолчанию) Обнаружение падения напряжения выводится на вывод 20

001000110100

Зарезервирован ЗарезервированЗарезервирован

0101 0110 0111 1000 1001 10101011 1100 1101 111x

Обнаружение холостого хода активной мощности (Канал тока A) выводится на вывод 20 Обнаружение холостого хода активной мощности (Канал тока В) выводится на вывод 20

Обнаружение холостого хода реактивной мощности (Канал тока A) выводится на вывод 20

Обнаружение холостого хода реактивной мощности (Канал тока В) выводится на вывод 20

Сигнал выборки без фиксации формы сигнала выводится на контакт 20 IRQ сигнал выводится на вывод 20 ZX обнаружение выводится на вывод 20 ZX_I обнаружение выводится на вывод 20 Зарезервирован (значение установлено по умолчанию)Зарезервирован (значение установлено по умолчанию)

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Tаблица 21. Регистрн ACCMODE (Aдрес 0x201 и Aдрес 0x301) Биты Название битов По умол. Описание [1:0] AWATTACC 00 Режим накопления активной энергии канала тока A

Установка Режим накопления активной энергии (Канал тока A) 0001 10 11

Нормальный режимРежим накопления только положительных величинAбсолютный режим накопления Зарезервирован

[3:2] BWATTACC 00 Режим накопления активной энергии канала тока ВУстановка Режим накопления активной энергии (Канал тока В) 0001 10 11

Нормальный режимРежим накопления только положительных величинAбсолютный режим накопления Зарезервирован

[5:4] AVARACC 00 Режим накопления реактивной энергии канала тока A Установка Режим накопления реактивной энергии (Канал тока A) 0001 10 11

Нормальный режимЗащита от несанкционированного вмешательства режима накопления

Aбсолютный режим накопления Зарезервирован

[7:6] BVARACC 00 Режим накопления реактивной энергии канала тока В Установка Режим накопления реактивной энергии (Канал тока B) 0001 10 11

Нормальный режимЗащита от несанкционированного вмешательства режима накопления Aбсолютный режим накопления Зарезервирован

8 AVAACC 0 0 = Канал тока A накопление полной энергии находится в нормальном режиме 1 = Канал тока A Накопление полной энергии на основе IRMSA

9 BVAACC 0 0 = Канал тока A накопление полной энергии находится в нормальном режиме 1 = анал тока A Накопление полной энергии на основе IRMSB

10 APSIGN_A 0 0 =активная мощность на канале А положительна 1 =активная мощность на канале А отрицательна

11 APSIGN_B 0 0 = активная мощность на т канале В положительна 1 = активная мощность на канале В отрицательна

12 VARSIGN_A 0 0 = реактивная мощность на канале А положительна 1 = реактивная мощность на канале А отрицательна

13 VARSIGN_B 0 0 = реактивная мощность на канале В положительна 1 = реактивная мощность на канале В отрицательна

[15:14] Зарезервирован 00 Зарезервирован 16 ACTNLOAD_A 0 0 = Канал тока A Активная энергия вне состояния холостого хода

1 = Канал тока A Активная энергия в состоянии холостого хода17 VANLOAD_A 0 0 = Канал тока A Полная энергия вне состояния холостого хода

1 =Канал тока A Полная энергия в состоянии холостого хода18 VARNLOAD_A 0 0 = Канал тока A Реактивная энергия вне состояния холостого хода

1 = Канал тока A Реактивная энергия в состоянии холостого хода19 ACTNLOAD_B 0 0 = Канал тока В Активная энергия вне состояния холостого хода

1 = Канал тока В Активная энергия в состоянии холостого хода20 VANLOAD_B 0 0 = Канал тока В Полная энергия вне состояния холостого хода

1 = Канал тока В Полная энергия в состоянии холостого хода 21 VARNLOAD_B 0 0 = Канал тока В Реактивная энергия вне состояния холостого хода

1 = Канал тока В Реактивная энергия в состоянии холостого хода

ADE7953

Rev. 0 | of 68

Разрешения прерываний и регистры сотояния прерываний Канал тока A и регистры канала напряжения

Taблица 22. IRQENA Регистр (Aдрес 0x22C и Адрес 0x32C), IRQSTATA Регистр (Aдрес 0x22D и Aдрес 0x32D), и RSTIRQSTATA Регистр (Aдрес 0x22E и Aдрес 0x32E) Биты Название битов Описание0 AEHFA 1 VAREHFA 2 VAEHFA 3 AEOFA 4 VAREOFA 5 VAEOFA 6 AP_NOLOADA 7 VAR_NOLOADA 8 VA_NOLOADA 9 APSIGN_A 10 VARSIGN_A 11 ZXTO_IA

12 ZXIA 13 OIA 14 ZXTO

15 ZXV 16 OV 17 WSMP 18 CYCEND 19 Sag 20 Reset 21 CRC

Активная энергия наполовину заполнена (Канал тока A) Реактивная энергия наполовину заполнена (Канал тока A) Полная энергия наполовину заполнена (Канал тока A) Активная энергия переполнена или потеря значимости (Канал тока A) Реактивная энергия переполнена или потеря значимости (Канал тока A) Полная энергия переполнена или потеря значимости (Канал тока A) Обнаружение холостого хода активной мощности на канале тока AОбнаружение холостого хода реактивной мощности на канале тока A Обнаружение холостого хода полной мощности на канале тока AИзменение знака активной энергии (Канал тока A) Изменение знака реактивной энергии (Канал тока A) Указывает, что переход через нуль отсутствует на канале тока А для периода времени, указанного в регистре ZXTOUT Прохождение через нуль канала тока A Максимальное значение канала тока превысило порог перегрузки по току, установленный в регистре OILVL

Указывает, что прохождение через нуль отсутствует на канале напряжения для периода времени, указанного в регистре ZXTOUTПрохождение через нуль канала напряжения Пик напряжения превысил порог перенапряжения, установленный в регистре OVLVLОбнаружение новой формы сигнала Конец периода накопления цикла линииПроизошло событие падения напряжения Конец программного или аппаратного сброса Контрольная сумма изменилась

Регистры канала тока B

Taблица 23. IRQENB Регистр (Aдрес 0x22F и Aдрес 0x32F), IRQSTATB Регистр (Aдрес 0x230 и Aдрес 0x330), и

RSTIRQSTATB Регистр (Aдрес 0x231 и Aдрес 0x331) Биты Название битов Описание0 AEHFB 1 VAREHFB 2 VAEHFB 3 AEOFB 4 VAREOFB 5 VAEOFB 6 AP_NOLOADB 7 VAR_NOLOADB 8 VA_NOLOADB 9 APSIGN_B 10 VARSIGN_B 11 ZXTO_IB

12 ZXIB 13 OIB

Активная энергия наполовину заполнена (Канал тока B) Реактивная энергия наполовину заполнена (Канал тока B)Полная энергия наполовину заполнена (Канал тока B)Active energy has overflowed or underflowed (Current Channel B) Reactive energy has overflowed or underflowed (Current Channel B) Apparent energy has overflowed or underflowed (Current Channel B) Aктивная энергия переполнена или потеря значимости на канале тока B Обнаружение отсутствии нагрузки реактивной энергии на канале тока B Обнаружение отсутствии нагрузки полной энергии на канале тока B Изменение знака активной энергии (Канал тока В) Изменение знака реактивной энергии (Канал тока В) Указывает, что прохождение через нуль отсутствует на канале тока B для периода времени, указанного в регистре ZXTOUT Канал тока B прохождение через нуль Максимальное значение канала тока В превысило порог перегрузки по току, установленный в регистре OILVL

ADE7953

Rev. 0 | of 68

УСТАНОВОЧНЫЕ РАЗМЕРЫ

1209

09-A

10.50BSC

ВИД СНИЗУВИД СВЕРХУ

28

814

15

21

22

7

Незащищеннаяплощадка

ИНДИКАТОРВЫВОДА 1

3.403.30 SQ3.20

0.500.400.30

Плоскостьопоной поверхности

0.800.750.70 0.05 MAКС.

0.02 НОМ.

0.203 Опорный уровень

КОПЛАНАРНОСТЬ0.08

ИНДИКАТОР ВЫВОДА 1

0.300.250.20

ДЛЯ ПРАВИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ СМ. РАЗДЕЛ ОБОЗНАЧЕНИЕ И ФУНКЦИИ ВЫВОДОВ

СОВМЕСТИМ СО СТАНДАРТАМИ JEDEC MO-220-WHHD-3.

5.105.00 SQ4.90

Рис 75. Корпус [LFCSP_WQ] 5 мм × 5 мм, Очень Тонкий Квадратный(CP-28-6) с 28 выводами

Размеры указываются в мм

ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ЗАКАЗАМодель1 Интервал Температур Описание Корпуса Тип КорпусаADE7953ACPZ от −40°C до +85°C CP-28-6 ADE7953ACPZ-RL от −40°C до +85°C CP-28-6 EVAL-ADE7953EBZ

28-Lead LFCSP_WQ 28-Lead LFCSP_WQ, 13” Tape and Reel Ознакомительная плата

1 Z = Соответствует RoHS

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ПРИМЕЧАНИЯ

ADE7953

Rev. 0 | of 68

ПРИМЕЧАНИЯ

I2C refers to a communications protocol originally developed by Philips Semiconductors (now NXP Semiconductors).

©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners.

D09320-0-2/11(0)

ADE7953 (Rev. 0)

Documents

Transcript of ADE7953 (Rev. 0)