ZHCU663A April   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. 1.2 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 TPS7A78
      3. 2.2.3 MSP432P4111
      4. 2.2.4 TPS3840
      5. 2.2.5 THVD1500
      6. 2.2.6 ISO7731B
      7. 2.2.7 TRS3232E
      8. 2.2.8 TPS709
      9. 2.2.9 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 TPS7A78 电容压降式电源
        2. 2.3.1.2 TPS3840 SVS
        3. 2.3.1.3 模拟输入
          1. 2.3.1.3.1 电压测量模拟前端
          2. 2.3.1.3.2 电流测量模拟前端
      2. 2.3.2 电流检测模式
        1. 2.3.2.1 ADS131M04 电流检测程序
        2. 2.3.2.2 使用 MCU 触发电流检测模式
          1. 2.3.2.2.1 使用计时器定期触发电流检测模式
          2. 2.3.2.2.2 MCU 进入和退出电流检测模式的流程
        3. 2.3.2.3 如何实现计量测试软件
          1. 2.3.2.3.1 设置
            1. 2.3.2.3.1.1 时钟
            2. 2.3.2.3.1.2 端口映射
            3. 2.3.2.3.1.3 用于 GUI 通信的 UART 设置
            4. 2.3.2.3.1.4 实时时钟 (RTC)
            5. 2.3.2.3.1.5 LCD 控制器
            6. 2.3.2.3.1.6 直接存储器存取 (DMA)
            7. 2.3.2.3.1.7 ADC 设置
          2. 2.3.2.3.2 前台进程
            1. 2.3.2.3.2.1 公式
          3. 2.3.2.3.3 后台进程
            1. 2.3.2.3.3.1 per_sample_dsp()
              1. 2.3.2.3.3.1.1 电压和电流信号
              2. 2.3.2.3.3.1.2 频率测量和周期跟踪
            2. 2.3.2.3.3.2 LED 脉冲生成
            3. 2.3.2.3.3.3 相位补偿
    4. 2.4 硬件、软件、测试要求和测试结果
      1. 2.4.1 所需的硬件和软件
        1. 2.4.1.1 注意事项和警告
        2. 2.4.1.2 硬件
          1. 2.4.1.2.1 与测试设置的连接
          2. 2.4.1.2.2 电源选项和跳线设置
        3. 2.4.1.3 软件
      2. 2.4.2 测试和结果
        1. 2.4.2.1 测试设置
          1. 2.4.2.1.1 SVS 和电容压降功能测试
          2. 2.4.2.1.2 电表计量精度测试
          3. 2.4.2.1.3 电流检测模式测试
          4. 2.4.2.1.4 查看计量读数和校准
            1. 2.4.2.1.4.1 从 LCD 中查看结果
            2. 2.4.2.1.4.2 从 PC 校准和查看结果
              1. 2.4.2.1.4.2.1 查看结果
              2. 2.4.2.1.4.2.2 校准
                1. 2.4.2.1.4.2.2.1 增益校准
                  1. 4.2.1.4.2.2.1.1 电压和电流增益校准
                  2. 4.2.1.4.2.2.1.2 有源功率增益校准
                2. 2.4.2.1.4.2.2.2 偏移校准
                3. 2.4.2.1.4.2.2.3 相位校准
        2. 2.4.2.2 测试结果
          1. 2.4.2.2.1 SVS 和 TPS7A78 功能测试结果
          2. 2.4.2.2.2 电表计量精度结果
          3. 2.4.2.2.3 电流检测模式结果
  9. 3设计文件
    1. 3.1 原理图
    2. 3.2 物料清单
    3. 3.3 PCB 布局建议
      1. 3.3.1 布局图
    4. 3.4 Altium 工程
    5. 3.5 Gerber 文件
    6. 3.6 装配图
  10. 4相关文档
    1. 4.1 商标
  11. 5作者简介
  12. 6修订历史记录
2.4.2.1.2 电表计量精度测试

为了测试计量精度，使用源发生器在 节 2.4.1.2.1 中提到的正确位置向系统提供电压和电流。此外，测试中使用了 230V 的标称电压、10A 的校准电流和 50Hz 的标称频率。在所有测试过程中，通过将 J3 连接器上的 LDO_OUT 与 DVCC 引脚用跳线短接，直接采用基于 TPS7A78 的电源为电路板供电。此外，在大部分测试中，系统和并联的参考电位都以中性线为基准。

当向系统施加电压和电流时，系统以 6400 个脉冲/kWh 的速率输出有功电能脉冲和无功电能脉冲。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。在该参考设计中，如 节 2.4.2.1.4.2.2 所述，在执行能量增益校准、相位校准和能量偏移校准后，进行有功电能误差测试、无功电能误差测试、电压变化测试和频率变化测试。

无功电能测试采用 200µΩ 分流器进行电流测量。有功电能测试使用板载的分流器和 CT 通道进行电流测量。由于默认用于有功电能脉冲输出的通道是分流器通道，因此修改软件设置，将 CT 通道设为脉冲输出的默认通道，以测试使用 CT 通道时的有功电能误差。在分流器通道上进行的有功电能测试中，同时测试了 200µΩ 分流器和 100µΩ 分流器两种规格。

在分流器通道上进行的有功电能误差和无功电能误差测试中，当使用分流器测量电流时，测试电流范围从 50mA 到 90mA。而在进行 CT 有功电能测试时，测试电流范围则为 50mA 至 100A。对于有功电能误差测试，输入到参考设计的电压与电流波形之间分别施加了 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。对于无功电能误差测试，遵循类似过程，但使用 30°、60°、–30° 和 –60° 的相移，并绘制无功电能误差，而非有功电能误差。

在进行计量测试时，还执行了两组均使用 200µΩ 分流器的电压测试。在第一项测试中，在不同电流和功率因数条件下，使 230v 额定电压产生 ±10% 的波动。随后记录每个测试点对应的有功电能误差结果。在第二项测试中，记录了在单位功率因数条件下，电压在更宽范围内波动时的有功电能误差变化曲线。具体而言，电压测试范围从 75 至 270V。也可以进行超过 270V 的测试，但需要设计中移除 275V 变阻器并将其替换为额定电压更高的变阻器。

另一组进行的测试是频率变化测试，该测试使用 200µΩ 分流器完成。对于此测试，频率范围为 50Hz 标称频率 ±2Hz。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。