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

2.3.1.1 TPS7A78 电容压降式电源

此设计使用 TPS7A78 器件创建电容压降式电源，在无需使用磁性元件的情况下，其最大输出电流比传统基于 LDO 的电容压降电源更大。图 2-3 展示了本设计中用于实现电容压降式电源的电路。TPS7A78 120mA 智能交流/直流线性电压稳压器 数据表详细介绍了如何根据不同系统需求选择 图 2-3 中所示元件的最优参数。

TIDA-010036 TPS7A78 电容压降式电源电路图 2-3 TPS7A78 电容压降式电源电路

在 图 2-3 中，电容器 C6 是高压电容器，它确定了使用此电容压降电源可能实现的最大输出电流。电阻 R4 是一个电阻器，用于限制 TPS7A78 器件的浪涌电流。该电阻器可与瞬态电压抑制器 (TVS) 或金属氧化物压敏电阻 (MOV) 一起用于保护器件免受浪涌电流的影响。如果选择以零线为基准的设计，则 图 2-3 中的“V+Mains”会通过电阻器 R29 连接到火线（如 图 2-4 所示），GND 通过电阻器 R37 连接到零线（也在 图 2-4 中显示）。如果选择将设计和分流器以火线为基准，则 图 2-3 中的 GND 通过电阻器 R29 连接到火线（如 图 2-4 所示），“V+Mains”通过电阻器 R37 连接到零线（也如 图 2-4 中所示）。在此设计中，请注意可以将 R29 和 R37 替换为铁氧体磁珠以抑制 EMI，而不是使用设计中当前使用的 0Ω 电阻。

TPS7A78 器件使用内部有源钳位来代替传统电容压降式电源中通常使用的外部齐纳二极管。此外，该器件使用一个 4:1 开关电容级，将钳位电压除以 4，将电流乘以 4。因此，您无需使用磁性元件即可获得比传统电容压降电源更大的输出电流。TPS7A78 的更大输出电流使得可以在使用与传统电容压降电源相同电容器尺寸的情况下获得更高输出电流，或减小电容器尺寸以获得相同的最大输出电流，或同时实现这两种效果。基于 TPS7A78 的电容压降电源具备更高的输出电流能力，使电源的最大输出电流设计为足够大于系统的最大电流消耗，从而确保即使电容器的 值随时间略有下降，电源仍能为电表供电。本设计中使用的是 470nF 电容器，允许为高达 50mA 的负载供电。

TPS7A78 器件还集成了电源故障指示功能，可用于发出潜在断电警告，使 MCU 能执行最后的操作。电源故障指示是在开关电容级的输入端完成的，可实现电源故障的提前检测。电源故障阈值通过 TPS7A78 的 SCIN 引脚、PFD 引脚与接地端之间的电阻分压器设定。在本设计中，该电源故障指示用于在系统切换到由备用电源供电之前，将 ADS131M04 器件置于电流检测模式。此设计支持连接备用电源（如电池），方法是将备用电源的负极终端连接到 图 2-3 中 J1 的引脚 2，正极连接到 J1 的引脚 1。如果本设计中使用备用电源，则必须实现 TPS7A78 输出与备用电池的二极管“或”连接，可通过二极管 D1 和 D9 实现，如 图 2-3 所示。请注意，使用二极管对两个电源进行“或”连接会导致压降；但是，为了减轻输出电压降低的影响，可以将本设计中使用的 3.3V TPS7A7833 型号替换为电压更高的 TPS7A7836 3.6V 型号，以抵消二极管的压降电压。在此设计中，假设 TPS7A78 输出电压高于备用电源的电压，以便在交流市电可用时，使用 TPS7A78 为该设计供电。如果备用电源的电压高于 TPS7A78 器件，那么即使有交流市电电源，该设计也由备用电源供电。

除了电源故障指示之外，TPS7A78 器件还具有电源正常指示，当 LDO 输出电压大于所需 LDO 输出电压的 90% 时，该指示将置为有效。该电源正常指示用于在断电后电源恢复时通知系统，从而提醒 MCU 让 ADS131M04 退出电流检测模式。TPS7A78 还在开关电容的输出级集成了一个 LDO，以调节 VOUT 并衰减纹波。

与传统的电容压降式电源相比，得益于 TPS7A78 和 TPS7A78 集成式有源钳位、集成式 LDO、集成式电源故障指示和集成式电源正常状态指示，可使用更小的电容器，从而减小该电容压降式电源的 PCB 尺寸。