电能计量芯片ATT7022C在配变监测终端中的应用

　　1　ATT7022C概述

　　ATT7022C是一款高精度防窃电三相电能计量芯片,片内集成了7路16位的ADC,其中3路用于三相电压采样, 3路用于三相电流采样,还有一路可用于零线电流或其他防窃电参数的采样,适用于三相三线和三相四线应用。它可以测量各相及合相的包括基波、谐波和全波的有功功率、无功功率、视在功率、有功电能和无功电能,还可测量电压、电流的有效值、频率、功率因数等诸多参数;同时ATT7022C提供了一个长度为240字节的原始采样数据缓存区,读取这些数据并对它们进行适当的运算便可进行谐波的测量。ATT7022C支持软件校表,并且提供相应的校表脉冲输出,校正后的有功测量精度可达0.5s,无功精度可达2级。另外,它具有SPI接口,可以方便的与外部MCU进行数据传输。

　　2　硬件电路设计

　　基于ATT7022C的配变监测终端系统框图如图1所示,主要包括参数测量、人机接口、通信模块、数据存储和无功补偿控制等部分。主控制器采用基于ARM7TDMI-S内核的高性能芯片LPC2368,它的处理器时钟可高达72MHz, 128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行,因而可以快速执行复杂的算法(如FFT),使系统的实时性有了保证。与ATT7022C相关的电路主要有模拟信号输入电路、与系统主控芯片LPC2368的接口电路和使芯片正常工作的其他电路,如电源、晶振等。芯片正常工作所需的电源电压、晶振频率等参数可以由芯片的电气特性查得,在电路设计时只要满足这些条件即可,因此,以下主要讨论前2个电路的设计。

　　2.1　模拟信号输入电路

　　ATT7022C的V1P/V1N、V3P/V3N、V5P/V5N对应A、B、C三相电流输入,V2P/V2N、V4P/V4N、V6P/V6N对应三相电压输入,它们都是完全差动输入方式,正常工作最大输入Vpp为±1.5V。A相模拟信号输入如图2所示(B、C相类似),其中REFO为芯片输出的参考电压,它为各输入信号提供2.4V左右的偏置电压。电压互感器二次额定输出为0.5V,电流互感器二次额定输出为5mA,这样在输入额定电压、额定电流时,其电压、电流差动输入电压的有效值分别为0.5V、0.1V左右,可以满足芯片的要求。

　　2.2　ATT7022C与LPC2368接口电路

　　ATT7022C正常工作的电源电压应为5V±5%,而LPC2368正常工作的电源电压为3.3~3.6V,所以设计时要考虑两者接口的电平匹配问题。LPC2368输出逻辑高的最小值为2.9V,逻辑低的最大值为0.4V;输入逻辑高的最小值为2.0V,逻辑低的最大值为0.8V;而ATT7022C输入逻辑高的最小值为2.5V,逻辑低的最大值为0.8V;输出逻辑高的最小值为2.5V,逻辑低的最大值为0.8;因此,ATT7022C的RESET、SCLK、CS和DIN线可以直接与LPC2368对应的管脚相连。而DOUT和SIG输出高电平时在2.5V~5.0V之间,虽然LPC2368电气特性显示其管脚最高可以承受5V的输入电压,但综合考虑,系统使用电阻分压的方式将它们的电压降低1/5后再接到LPC2368的MISO管脚上。