ZHCU648B March   2019  – February 2021

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
    1. 1.1 终端设备
      1. 1.1.1 电表
      2. 1.1.2 电能质量监测仪，电能质量分析仪
    2. 1.2 主要系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 重点产品
      1. 2.2.1  ADS131M04
      2. 2.2.2  MSP432P4111
      3. 2.2.3  TPS3840
      4. 2.2.4  TPS25921L
      5. 2.2.5  THVD1500
      6. 2.2.6  ISO7731B
      7. 2.2.7  TRS3232E
      8. 2.2.8  TPS709
      9. 2.2.9  TVS1800
      10. 2.2.10 ISO7720
    3. 2.3 设计注意事项
      1. 2.3.1 设计硬件实现
        1. 2.3.1.1 限流器电路
        2. 2.3.1.2 28
        3. 2.3.1.3 TPS3840 SVS
        4. 2.3.1.4 模拟输入
          1. 2.3.1.4.1 电压测量模拟前端
          2. 2.3.1.4.2 电流测量模拟前端
      2. 2.3.2 如何实现计量测试软件
        1. 2.3.2.1 设置
          1. 2.3.2.1.1 时钟
          2. 2.3.2.1.2 端口映射
          3. 2.3.2.1.3 用于 GUI 通信的 UART 设置
          4. 2.3.2.1.4 实时时钟 (RTC)
          5. 2.3.2.1.5 LCD 控制器
          6. 2.3.2.1.6 直接存储器存取 (DMA)
          7. 2.3.2.1.7 ADC 设置
        2. 2.3.2.2 前台进程
          1. 2.3.2.2.1 公式
        3. 2.3.2.3 后台进程
          1. 2.3.2.3.1 per_sample_dsp()
            1. 2.3.2.3.1.1 电压和电流信号
            2. 2.3.2.3.1.2 频率测量和周期跟踪
          2. 2.3.2.3.2 LED 脉冲生成
          3. 2.3.2.3.3 相位补偿
  9. 3硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 所需的硬件和软件
      1. 3.1.1 注意事项和警告
      2. 3.1.2 硬件
        1. 3.1.2.1 与测试设置的连接
          1. 3.1.2.1.1 双电压连接
          2. 3.1.2.1.2 单电压连接
        2. 3.1.2.2 电源选项和跳线设置
      3. 3.1.3 软件
    2. 3.2 测试和结果
      1. 3.2.1 测试设置
        1. 3.2.1.1 SVS 和电子保险丝功能测试
        2. 3.2.1.2 电表计量精度测试
        3. 3.2.1.3 查看计量读数和校准
          1. 3.2.1.3.1 从 LCD 中查看结果
          2. 3.2.1.3.2 从 PC 校准和查看结果
            1. 3.2.1.3.2.1 查看结果
            2. 3.2.1.3.2.2 校准
              1. 3.2.1.3.2.2.1 增益校准
                1. 3.2.1.3.2.2.1.1 电压和电流增益校准
                2. 3.2.1.3.2.2.1.2 有源功率增益校准
              2. 3.2.1.3.2.2.2 偏移校准
              3. 3.2.1.3.2.2.3 相位校准
      2. 3.2.2 测试结果
        1. 3.2.2.1 SVS 和电子保险丝功能测试结果
        2. 3.2.2.2 电表计量精度结果
  10. 4设计文件
    1. 4.1 原理图
    2. 4.2 物料清单
    3. 4.3 PCB 布局建议
      1. 4.3.1 布局图
    4. 4.4 Altium 工程
    5. 4.5 Gerber 文件
    6. 4.6 装配图
  11. 5相关文档
    1. 5.1 商标
  12. 6作者简介
  13. 7修订历史记录

3.2.1.2 电表计量精度测试

为了测试电表配置中的计量精度，使用源发生器在 节 3.1.2.1 中提到的正确位置向系统提供电压和电流。在此设计中，双电压配置的每个相位均使用了 120V 标称电压（火线和零线之间）、10A 校准电流和 60Hz 标称频率。对于单电压配置，两个线电压之间的电压为 240V，并使用了 10A 校准电流和 60Hz 标称频率。

当向系统施加电压和电流时，系统以 6400 个脉冲/kWh 的速率输出累积有功电能脉冲和累积无功电能脉冲。此脉冲输出馈入参考表（在此参考设计的测试设备中，该脉冲输出集成在用于电源发生器的同一设备中），而参考表根据提供给系统的实际电能和由此系统的有功与无功电能输出脉冲确定的电能测量值，确定电能百分比误差。对于双电压配置，在执行电能增益校准和相位补偿后，执行累积有功电能误差测试、累积无功电能误差测试、单个相位有功电能测试和频率变化测试，如节 3.2.1.3.2.2所述。除了电能误差测试外，还针对双电压配置测量 RMS 电压百分比误差和 RMS 电流百分比误差。对于单电压配置，还执行累积有功电能误差测试和电压变化测试。对于单电压和双电压测试，请注意未执行功率偏移校准。

对于累积有功电能误差、累积无功电能误差测试和单个相有功电能测试，电流在 50mA 到 100A 之间变化。对于累积有功电能和单个相位误差测试，在馈送到参考设计的电压和电流波形之间施加 0°、60° 和 -60° 的相移。根据有功电能输出脉冲的误差，针对 0°、60° 和 –60° 相移创建了一个有功电能百分比误差与电流间的关系图。对于累积无功电能误差测试，遵循了类似的过程（但未使用 30°、60°、–30° 和 –60° 相移），并且绘制了累积无功电能误差，而非累积有功电能误差。在累积有功和无功电能测试中，对每个相位的电能读数之和进行精度测试。相比之下，对于单个相位有功电能测试，测试了单个相位电能读数（A 相和 B 相）。在测试一个相位的单个电能精度时，通过为另一相位的电流提供 0A 输入来禁用该相位，这样，累积有功电能读数在理想情况下应等于单个相位电压，这允许使用累积电能脉冲输出来测试单个相位的精度。

除了通过改变电流来测试有功电能外，还通过将 RMS 电压从 240V 变为 15V 并测量有功电能百分比误差来测试有功电能。这种电压变化测试专门针对累积双电压有功电能测试、累积单电压有功电能测试和单个相位有功电能测试专门进行的。

执行的另一组电能测试是频率变化测试。对于此测试，频率在 60Hz 标称频率基础上以 ±2Hz 的步长变化。此测试在 0°、60° 和 −60° 相移下以 0.5A 和 10A 电流进行。记录了在这些条件下产生的有功电能误差。

为了测试 RMS 精度，我们使用了 GUI 中的 RMS 读数，因为用于电能精度测试的脉冲输出不能用于 RMS 电压和电流的精度测试。对于电压测试，每个相位施加 10A 电流，同时每个相位上的电压在 9–270V 之间变化。由于电路板上存在 275V 压敏电阻，因此电压变化不超过 270V，可移除此压敏电阻以在 275V 以上电压下进行测试。施加每个电压后，在读数稳定后，记录了 GUI 中每个相位产生的 RMS 电压读数。从 GUI 获得测得的 RMS 电压读数后，需要从参考表获得实际的 RMS 电压读数，这是必要步骤，因为源发生器可能无法生成所需的电压值，尤其是在小电压下。使用由参考表测得的 RMS 电压和 GUI 中的 RMS 电压值，即可计算出 RMS 电压百分比误差。使用类似过程计算 RMS 电流百分比误差，对每个相位使用了 120V 电压以及介于 50mA 到 100A 之间的电流。

除了在正常 8ksps 采样率下测试有功电能误差外，还测试了 ADC 采样率为 32ksps 时的有功电能误差。为了支持这种高采样率，对计量软件进行了修改，以计算更少的计量参数并仅针对单相计算这些参数。这项 32ksps 测试表明，即使使用更高的采样率，ADS131M04 也能实现高精度，这对于需要谐波分析或负载分解的应用非常有用。