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
2.4.2.1.3 电流检测模式测试

为了测试电流检测模式，对火线和零线通道的触发电流以及 ADS131M04 器件的平均电流消耗进行了测试。这些测试是使用 节 2.3.2.3.1.7 中提到的寄存器设置执行的。

在执行触发电流测试之前，使用 ADS131M04 偏移寄存器来减去分流器和 CT 电流通道上的平均 ADC 偏移。这是必要的，因为分流器和 CT 电流通道具有不同的 PGA 增益设置（对于 CT，、PGA 增益= 1；对于分流器，PGA 增益= 32）。在这些不同的增益下，通道 ADC 偏移存在差异，因此执行了偏移校准，以在两个电流通道之间提供更好的匹配，为了仅使用一个阈值在两个通道之间获得一致结果，这样做是必需的。根据测试设置，将 ADS131M04 置于电流检测模式。将器件置于电流检测模式后，分流器通道上的输入电流从 50mA 变为 10A（而 CT 通道上没有电流），以观察 ADS131M04 在何种电流下会向 MSP432 MCU 发出篡改指示。测试结果中记录了第一个电流。在 CT 通道上也进行了类似测试，以确定其在电流检测模式下的触发电流。

本设计进行了两组电流检测模式下的电流消耗测试。在这两项测试中，ADS131M04 和电路板的其余部分由两个独立电源供电，两个电源共用相同的地线。ADS131M04 由 N6705 功率分析仪以 3.3V 电压供电，该分析仪记录了 ADS131M04 的平均电流消耗。电路板的其余部分由常规电源以 3.3V 电压供电。

在第一项测试中，在电流检测模式下测量 ADS131M04 在不同启用通道组合下的电流消耗。电流检测模式下使用的通道数量会影响器件的电流消耗。此外，对于为两个通道启用电流检测模式的情况，已启用通道的配对也可能会影响电流消耗。通道 0 和 1 之间以及通道 2 和 3 之间存在共享电路，如果启用了这些通道对中的任意一个通道，则这些电路将开启。因此，当启用通道 0 和 1 或启用通道 2 和 3 时，预计双通道情况下的电流消耗最低。在此设计中，通道 1 和 2 用于电流测量，因此这两个通道可能在电流检测模式下被启用；然而，如果设计修改为使用通道 0 和 1 测量电流、通道 2 测量电压，则预计电流消耗会更低，因为通道 3 和 4 的共享电路可以在电流检测模式下关闭。

对于第二次电流消耗测试，当电流检测模式分别每 10 秒 (tCD_mode_period = 10) 和每 64 秒 (tCD_mode_period = 64) 进入一次时，测量平均电流消耗。此测试中，在分流器（通道 1）和 CT（通道 2）中启用了电流检测模式。在此测试中，ADS131M04 在待机模式和电流检测模式之间切换。由于待机模式和电流检测模式下的电流消耗存在显著不同，因此必须使用 N6705 功率分析仪上的两种不同电流范围，分别测量待机模式和电流检测模式下的电流消耗。图 2-27 显示待机模式的示例读数，其中测量出的平均电流为 1.429µA。器件处于电流检测模式的持续时间通过测量电流消耗的正脉冲宽度来估算。图 2-28 显示电流检测模式的读数示例，其中测量出的平均电流为 648.762µA，电流检测持续时间为 95.23ms。利用这个预估的电流检测持续时间、该期间内的平均电流以及待机模式的平均电流消耗，可以估算整个周期的总平均电流消耗值。该平均电流消耗测试在三个独立电路板上进行，然后将结果平均，得到此设计中显示的总平均电流消耗测试结果。此测试的预估电流检测持续时间和待机模式平均电流，也用于估算第一次电流检测测试中不同启用通道组合的平均电流消耗。

TIDA-010036 待机模式电流消耗读数示例图 2-27 待机模式电流消耗读数示例
TIDA-010036 电流检测模式电流消耗读数示例图 2-28 电流检测模式电流消耗读数示例