说明
此参考设计使用隔离式高性能多通道模数转换器 (ADC) 实现 0.2S 级三相电能测量，此转换器在 4kHz 下对分流电流传感器进行采样，以测量交流电源各相的电流和电压。此参考设计在宽输入电流范围 (0.05A – 100A) 内具有高精度，还支持实现独立谐波分析等电能质量功能所需的更高采样频率。使用 TI Arm® Cortex®-M0+ 主机微控制器计算计量参数时，可支持高达 16ksps 的更高 ADC 采样率。
资源
| TIDA-010244 | 设计文件夹 |
| MSPM0-SDK | 工具文件夹 |
| MSPM0G3507、AMC131M03 | 产品文件夹 |
| LMK1C1104、ISOUSB111 | 产品文件夹 |
| TMAG5273、MSP423E401Y | 产品文件夹 |
| RES60A、CDC6C、CC2340R5 | 产品文件夹 |
特性
- 电表三相计量，符合 1000:1 输入范围的 0.2S 级有功电能精度要求
- 支持具有分流的三相四线 (3P4W) 或三相三线 (3P3W) 系统
- 有功和无功电能和功率、均方根 (RMS) 电流和电压、功率因数以及线路频率计算
- 带板载 XDS110 调试探针的隔离式 USB Type-C® 隔离值为 5kVRMS，在 100mA 至 100A 输入范围和 100V 至 270V 间进行了测试
- 能够使用线性 3D 霍尔效应传感器检测磁篡改
- 能量计量软件，脉冲输出连接到参考测试系统，并在 Microsoft® Windows® PC GUI 上显示结果
1 系统说明
TIDA-010244 是采用四个 4 通道独立隔离式 AMC131M03 ADC 和具有成本效益的 MSPM0G3507 微控制器 (MCU) 的 0.2S 级高精确度三相并联电表参考设计。此参考设计还可用于在电动汽车充电器和交流壁挂式充电箱等常用产品中进行电能计量。三个隔离式 ADC 中的每一个（每相一个）均感测相应相位 A、B 或 C 上的市电电压和电流，非隔离式 ADC 则用于通过分流器监测中性线的电流。
TIDA-010244 固件专门支持三相电能测量和一条中性线的多种计量参数计算。可以从校准 GUI 或通过连接到参考测试系统的 ACT 和 REACT 脉冲输出查看这些参数：
- 总的和每相的有功 (kWh)、无功 (kvarh) 和视在电能 (kVAh)，具有脉冲生成输出
- 总的和每相的有功 (kW)、无功 (kvar) 和视在功率 (kVA)
- 每相电压和电流的均方根 (RMS)
- 功率因数
- 线路频率
1.1 主要系统规格
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 相位数 | 3（通过分流器测量每个相电流），通过电阻分压器测量电压 |
| 精度等级 | 0.2S 级 |
| 动态范围 | 1:10000（针对 1:2000 或 50mA – 100A 测试精度） |
| 电流传感器 | 分流器 |
| 测试电流范围 | 0.05–100A |
| 测试电压范围 | 100V–270V |
| AMC131M03 CLKIN 频率 | 8,192,000Hz |
| AMC131M03 Δ-Σ 调制时钟频率 | 4,096,000Hz (= CLKIN / 2) |
| SPI 时钟 | 19,968,000Hz |
| 过采样率 (OSR) | 1024 |
| 数字滤波器输出采样率 | 4,000 个样本/秒 |
| 相位补偿实现 | 软件 |
| 相位补偿分辨率 | 0.0176°（50Hz 时）或 0.0210°（60Hz 时） |
| 选用的 CPU 时钟频率 | 79.87MHz |
| 系统标称频率 | 50Hz 或 60Hz |
| 测量的参数 | • 有功功率、无功功率、视在功率和电能 • 均方根 (RMS) 电流和电压 • 功率因数 • 线路频率 |
| 被测参数的更新速率 | 约等于 1 秒 |
| 通信选项 | PC GUI（通过 5kVRMS 隔离式 USB Type-C® 或低功耗蓝牙®连接） |
| 使用的 LED | 2 个 LED：有功电能和无功电能 |
| 电路板电源 | 通过 LDO 为 3.3V 提供 5V，或直接为 DVCC 导轨和 GND 提供 3V3 |
1.3 电表
公用事业提供商和客户越来越需要电表具备更多功能，由于电表的精度要求和预期处理量都在快速增加，因此仅靠单个计量片上系统 (SoC) 解决这些问题是越来越难。
一种常用解决方案是使用带有主机微控制器 (MCU) 的独立 ADC，以同时克服电表 SoC 的处理和精度限制。采用这种双芯片方法，系统设计人员可以混搭最适合 ADC 和 MCU 的器件，并优化系统成本或性能。使用具有集成电源和数据隔离功能的出色、精确、独立式 ADC（例如 AMC131M03）具有以下优势：
- 能够满足最严格的精度要求
- 能够满足应用特定产品或计量 SoC 有时无法达到的最低采样率要求（不影响精度）
- 能够灵活选择主机 MCU，因为器件仅需只满足应用要求。这些要求包括：
- 处理能力（以 MIPS 为单位）
- 最小 RAM 和闪存区域
- 通信模块（例如串行外设接口 (SPI)、通用异步接收器-发射器 (UART) 和 I2C）、DMA 和 CRC 模块，以及其他一些外设，例如用于提供仪表数据完整性和安全性的安全功能
为了正确测量能耗，电压和电流传感器将市电电压和电流转换为 ADC 可以感测的电压范围。使用多相配电系统时，必须将电流传感器相间隔离，以便传感器可以正确检测从两条、三条或四条不同线路汲取的电流（在测量中性线时），而不会损坏 ADC。此设计使用 2 个、3 个或 4 个具有成本效益的分流传感器，这些传感器不受磁干扰影响，并支持为具有可选中性线测量功能的三相星形配置实施电表。
