基于CS5460A芯片的电网电流表设计

　　O 引言

　　传统的电网电流表一般都采用指针式表头，且都存在着测量范围小，稳定性差，精度低，表头指针指示不便于读数且误差大等缺点，已经不适应社会发展的需要。而随着智能化测控技术的迅速发展.以单片机为核心的数字电表的优势已十分明显。为此，本文采用单片机作为仪表的主控制器，并用Cirrus Logic公司的电能计量芯片负责采集数据，给出了一款性价比高、抗干扰能力强、测量精度很的电网电流表的设计方法。

　　1 系统工作原理

　　在工业生产和日常生活中，准确、实时的测量电网电流是必不可少的。本文采用开关稳压电源将220 V交流市电整流稳压为模拟、数字两路+5 V电源，来为整个电表电路供电。然后通过电流互感器检测电流信号，再将其转换为电压信号，并送入单相功率/电能集成芯片CS5460A内，同时在片内完成信号的采样、计算和误差校正。整个过程可在MCU控制下进行。该仪表系统的工作原理及结构框图如图1所示。

　　本系统中的开关稳压电源具有功耗小、稳压范围宽、体积小、重量轻、安全可靠等优点。由于系统检测电路部分要用到CS5460A，因此，为了避免模数间的干扰，该开关稳压电源部分需要有两路+5 V输出。

　　2 基于CS5460A的电流检测电路

　　系统中的电流检测电路是该电流表设计的核心部分.其主要功能是在AT89C52的控制下由CS5460A检测电流信号并输出瞬时值给单片机，本电路选用X5045来存放标准校正值。以供单片机随时校准电流值。检测电路中的主要器件有电流互感器、CS5460A、AT89C52、X5045等。

　　2.1 CS5460A功能概述

　　CS5460A是一个包含有两个△∑模一数转换器(ADC)、高速电能计算功能和一个串行接口的高集成△∑模一数转换器。它可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、IRMS和VRMS，可用于研制开发单相二线或三线电表。CS5460A可以使用低成本的分流器或电流互感器来测量电流，而使用分压电阻或电压互感器测量电压。CS5460A具有与微控制器通讯的双向串口。芯片的脉冲输出频率与有功能量成正比。此外，CS5460A还具有方便的片上AC/DC系统校准功能。“自引导”的特点使CS5460A能独自工作，可在系统上电后自动初始化。在自引导模式，CS5460A可从一个外部：EEPROM中读取校准数据和启动指令。使用该模式时，CS5460A在工作时不需要外加微控制器，因此，当电表用于大批量住宅电能测量时，可降低电表的成本。

　　CS5460A可以提供瞬时电压/电流，功率数据采样以及有功能量、IRMS、VRMS的周期计算结果。为适应低价测量应用，CS5460A也能在给定引脚上输出脉冲串，其输出的脉冲数与有功能量寄存器的数值成正比。同时，CS5460A还专为功率测量进行了优化，非常适合与分流器或电流互感器相连来测量电流：或与分压电阻或电压互感器相连来测量电压。为适应不同电平的输入电压，其电流通道集成有一个增益可编程的放大器(PGA)，从而使输入电平满量程可选择为±250 mVRMS或±50 mV RMS。电压通道的PGA可适应±250mV的输入电压范围。对于VA+和VA-两端接单+5V电源的情况.两个通道的差模输入引脚间所加的共模信号电压为-0.25 V到+5 V。另外，设计时可以在某一个信道或两个信道实现双端差模输入，此时，输入信号的共模电压加在AGND上。