ATT7026A用户手册

高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A ATT7026A 用户手册 Date: 2005-03-28 Rev: 1.04 http://www.Actions.com.cn Page 1 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 目 录 第一部分 芯片介绍 1.1 芯片特性 4 1.2 功能简介 5 1.3 内部框图 5 1.4 引脚定义 6 1.5 应用示意图 8 第二部分 系统功能 2.1 电源监控电路 9 2.2 系统复位 9 2.3 模数转换 10 2.4 有功功率测量 11 2.5 有功能量测量 11 2.6 无功功率测量 11 2.7 无功能量测量 12 2.8 视在功率测量 12 2.9 电压有效值测量 13 2.10 电流有效值测量 13 2.11 电压线频率测量 13 2.12 功率因数测量 14 2.13 电压电流相角测量 14 2.14 电压相序检测 14 2.15 电流相序检测 14 2.16 起动潜动设置 14 2.17 功率方向判断 15 2.18 失压检测 15 2.19 硬件端口检测 15 2.20 三相三线与三相四线应用 15 2.21 能量脉冲输出 16 2.22 参数输出寄存器定义 17 2.23 参数输出寄存器说明 20 第三部分 校 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 方法 3.1 硬件校表 24 3.2 软件校表 25 3.3 校表寄存器定义 26 3.4 校表寄存器说明 28 3.5 校表步骤及参数计算 33 第四部分 SPI 通讯接口 4.1 SPI 通讯接口介绍 35 4.2 SPI 读操作 36 http://www.Actions.com.cn Page 2 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 4.3 SPI 写操作 37 4.4 SPI 写特殊命令操作 38 第五部分 电气特性 5.1 电气参数 40 5.2 芯片封装 41 http://www.Actions.com.cn Page 3 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 第一部分 芯片介绍 1.1 芯片特性 • 高精度 在输入动态工作范围(1000:1)内 非线性测量误差小于 0.1% • 有功测量满足 1 级 0.5S 支持 IEC 687/1036 GB/T 17215-1998 • 无功测量满足 2 级 3 级 支持 IEC 1268 GB/T17882-1999 • 适用于三相三线和三相四线模式 • 提供有功 无功 视在功率参数 • 提供功率因数 相角 线频率参数 • 提供电压和电流有效值参数,有效值精度优于 0.5% • 提供电压和电流相序检测功能 • 提供失压判断功能 • 提供反向功率指示 • 三相电流矢量和之有效值输出 • 三相电压矢量和之有效值输出 • 提供有功 无功校表脉冲输出 • 提供驱动计度器的有功/无功脉冲输出 • 合相能量绝对值相加与代数相加可选 • 电表常数可调 • 起动电流可调 • 可准确测量到含 21 次谐波的有功 无功和视在功率 • 支持增益和相位补偿 小电流非线性补偿 • 具有 SPI 接口 方便与外部 MCU 通讯 • 支持电阻网络或者软件调试电表 • ATT7026A 采用 QFP44 封装 • 单+5V 供电 http://www.Actions.com.cn Page 4 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 1.2 功能简介 ATT7026A 是一颗高精度三相电能专用计量芯片 适用于三相三线和三相四线应用 ATT7026A 集成了六路二阶 sigma-delta ADC 参考电压电路以及所有功率 能量 有效 值 功率因数以及频率测量的数字信号处理等电路 ATT7026A 能够测量各相以及合相的有功功率 无功功率 视在功率 有功能量以及无 功能量 同时还能测量各相电流 电压有效值 功率因数 相角 频率等参数 充分满足三 相复费率多功能电能表的需求 详细数据定义请参考 2.23 参数输出部分 ATT7026A 支持电阻网络校表以及软件校表两种校表方式 电阻网络校表适用于电压通 道采用电阻网络取样的系统应用 通过简单的调节电阻网络就可以将系统误差校正在 1 级表 的要求以内 而软件校表是通过相关的校表寄存器对增益 相位进行补偿 可以将系统误差 校正在 0.5 级表的要求以内 有功 无功频率校验输出 CF1 CF2 提供瞬时有功 无功功率 信息 可以直接接到标准表 进行误差校正 详细校表方法请参考第三部分校表方法 ATT7026A 提供一个 SPI 接口 方便与外部 MCU 之间进行计量参数以及校表参数的传递 SPI 具体规格参见后面的详细说明 所有计量参数都可以通过 SPI 接口读出 ATT7026A 内部的电压监测电路可以保证加电和断电时正常工作 1.3 内部框图 电流 ADC 电压 ADC 功率测量 有效值测量 功率因数 相位测量 数字信号处理 DSP 模拟信号 采样 SPI 通讯接口 频率测量 电能-频率 转换器 V1P V1N V2N V2P V3P V4P V5P V6P V3N V4N V5N V6N CF1 CF2 VCC DOUT SCLK DIN CS 参考电压 REFOUT REFCAP 时钟控制电路 OSCO OSCI Revp 电源管理 SEL RESET VDD AVCC GND AGND SIG ATT7026A 框图 F4 F3 F2 F1 校表脉冲 生成器 S0S1 SCF http://www.Actions.com.cn Page 5 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 1.4 引脚定义 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 RESET SIG V5P V3N VDD DIN V5N REFOUT REFCAP V3P V1P V1N SEL GND V4P AGND AVCC S0V4N V6P V6N S1 VCC SCF TEST V2P V2N AVCC AGND VDD CF2 F4 CF1 F1 F2 F3 CS SCLK DOUT REVP GND VCC OSCI OSCO ATT7026A 引脚 标识 特性 功能描述 1 RESET 输入 ATT7026A 复位管脚 低电平有效 内部有 47K 上拉 电阻 2 SIG 输出 ATT7026A 上电复位或者异常原因重新启动时 SIG 将变为低电平 当外部 MCU 通过 SPI 写入较表数据 后 SIG 将立即变为高电平 3,4 V1P/V1N 输入 A 相电流信道正 负模拟输入引脚 完全差动输入 方式 正常工作最大输入 Vpp 为 1.5V 两个引脚 内部都有 ESD 保护电路,最大承受电压为 6V 5 REFCAP 输出 基准 2.4V 可以外接 该引脚应使用 10 F 电容并 联 0.1uF 电容进行去耦 6,7 V3P/V3N 输入 B 相电流信道正 负模拟输入引脚 完全差动输入 方式 正常工作最大输入 Vpp 为 1.5V 两个引脚 内部都有 ESD 保护电路,最大承受电压为 6V 8 AGND 电源 模拟电路(即 ADC 和基准源)的接地参考点 9,10 V5P/V5N 输入 C 相电流信道正 负模拟输入引脚 完全差动输入 方式 正常工作最大输入 Vpp 为 1.5V 两个引脚 内部都有 ESD 保护电路,最大承受电压为 6V 11 REFOUT 输出 基准电压输出 用作外部信号的直流偏置 12 AVCC 电源 该引脚提供 ATT7026A 模拟电路的电源 正常工作电 源电压应保持在 5V 5% 为使电源的纹波和噪声减 小至最低程度 该引脚应使用10 F电容并联0.1uF http://www.Actions.com.cn Page 6 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 电容进行去耦 13,14 V2P/V2N 输入 A 相电压信道的正 负模拟输入引脚 完全差动输 入方式 正常工作最大输入 Vpp 为 1.5V 两个引 脚内部都有 ESD 保护电路,最大承受电压为 6V 15 AGND 电源 模拟电路(即 ADC 和基准源)的接地参考点 16,17 V4P/V4N 输入 B 相电压信道的正 负模拟输入引脚 完全差动输 入方式 正常工作最大输入 Vpp 为 1.5V 两个引 脚内部都有 ESD 保护电路,最大承受电压为 6V 18 AVCC 电源 该引脚提供 ATT7026A 模拟电路的电源 正常工作电 源电压应保持在 5V 5% 为使电源的纹波和噪声减 小至最低程度 该引脚应使用10 F电容并联0.1uF 电容进行去耦 19,20 V6P/V6N 输入 C 相电压信道的正 负模拟输入引脚 完全差动输 入方式 正常工作最大输入 Vpp 为 1.5V 两个引 脚内部都有 ESD 保护电路,最大承受电压为 6V 21,22 S0/S1 输入 这两个逻辑输入用来选择输出频率的系数 内部 300K 上拉电阻 23 GND 电源 数字地引脚 24 TEST 输入 测试管脚 正常应用接地 内有 47K 下拉电阻 25 SCF 输入 逻辑输入用来选择输出频率的系数 与 S0/S1 配合 使用 内部 300K 上拉电阻 26 SEL 输入 三相三线低电平 三相四线高电平选择 内部 300K 上拉电阻 27 CF1 输出 有功电能脉冲输出 其频率反映合相平均有功功率 的大小 常用于仪表有功功率的校验 也可以用作 有功电能计量 28 CF2 输出 无功电能脉冲输出 其频率反映合相平均无功功率 的大小 常用于仪表无功功率的校验 也可以用作 无功电能计量 29,30 F1/F2 输出 低频有功电能脉冲输出,其输出反映三相平均有功 功率的大小 可直接驱动机电式计度器 31,32 F3/F4 输出 低频无功电能脉冲输出,其输出反映三相平均无功 功率的大小 可直接驱动机电式计度器 33 VDD 电源 内核电源 输 出 3.0V 外接 10 F 电容并联 0.1uF 电容进行去耦 34 VCC 电源 数字电源引脚 正常工作电源电压应保持在 5V 5% 该引脚应使用 10 F 电容并联 0.1uF 电容进行 去耦 35 CS 输入 SPI 片选信号 低电平有效 内部上拉 200K 电阻 36 SCLK 输入 SPI 串行时钟输入 施密特 注意 上升沿放数据 下降沿取数据 37 DIN 输入 SPI 串行数据输入 施密特 内部下拉 200K 电阻 http://www.Actions.com.cn Page 7 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 38 DOUT 输出 SPI 串行数据输出 CS 为高时高阻输出 39 VDD 电源 内核电源 输 出 3.0V 外接 10 F 电容并联 0.1uF 电容进行去耦 40 REVP 输出 当检测到任意一相的有功功率为负时 输出高电平 当检测到各相有功功率都为正时 该引脚的输出又 将复位到低电平 41 VCC 电源 数字电源引脚 正常工作电源电压应保持在 5V 5% 该引脚应使用 10 F 电容并联 0.1uF 电容进行 去耦 42 OSCI 输入 系统晶振的输入端 或是外灌系统时钟输入 晶振频率为 24.576MHz 43 OSCO 输出 晶振的输出端 44 GND 电源 数字地引脚 1.5 应用示意图 ATT7026A 高精度三相 有功无功电能 专用计量芯片 单片机 通讯模块 LCD显示模块 EEPROM SIG SPI接口 F3 F4 OSCO OSCI RESET /RST IA UA 24.576MHz F2 F1 图1-5-1 ATT7026A典型应用图 1.2K 1.2K 1.2K 1.2K 10K 10K 10K 10K R C1 C2 C3 C4 V1P V1N V2P V2N Refout 11 3 4 13 14 IB UB IC UC 与A相接线相同 与A相接线相同 CF1 CF2 http://www.Actions.com.cn Page 8 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 第二部分 系统功能 2.1 电源监控电路 AVCC 5V 4V 0V 内部复位 复位 运行 复位 时间 图2-1-1 片内电源监控特性 ATT7026A 片内包含一个电源监控电路 连续对模拟电源 AVcc 进行监控 电源电压低于 4V %时 芯片将被复 位 这有利于电路上电和掉电时芯片的正确启动和正常工作 电源监控电路被安排在延时和滤波环节中 这在最大程度上防 止了由电源噪声引发的错误 如图 2-1 所示 为保证芯片正常 工作应对电源去耦 使 AV c 的波动不超过 5Vc 5% 5当 2.2 系统复位 ATT7026A 提供两种复位方式 硬件复位和软件复位 硬件复位通过外部引脚 RESET 完成 RESET 引脚内部有 47K 电阻上拉 所以正常工 作时为高电平 当 RESET 出现大于 20us 的低电平时 ATT7026A 进入复位状态 当 RESET 变为高电平时 ATT7026A 将从复位状态进入正常工作状态 软件复位通过 SPI 口完成 当往 SPI 口写入 0xD3 命令后 系统进行一次复位 复位之 后 ATT7026A 从初始状态开始运行 ATT7026A 在复位状态下 SIG 为高电平 当 ATT7026A 从复位到工作状态之后 大约经 过 500us 左右 SIG 将从高电平变为低电平 此时芯片开始进入正常工作状态 方可写入校 表数据 一旦写入校表数据之后 SIG 又会立刻变为高电平 Reset输入脚 SPI操作 ATT7022内部复位RST SIG信号 SFlag.7 SPI 无写操作 0xD3 SPI 无写操作 SPI写校表数据 t1>=20us t2<20us t3<500us t6<500us t5<5us t7<5us t4<100us 图2-2-1 ATT7026A系统复位 http://www.Actions.com.cn Page 9 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 2.3 模数转换 ATT7026A 片内集成了 6 路 16 位的 ADC 采用双端差分信号输入 输入最大的正弦信号 有效值是 1v 建议将电压通道 Un 对应到 ADC 的输入选在 0.5v 左右 而电流通道 Ib 时的 ADC 输入选在 0.1v 左右 参考电压 Refcap 与 Refout 典型值是 2.4v ATT7026A 内部 ADC 系统框图 SIGMA-DELTA MODULATOR SIGMA-DELTA MODULATOR SIGMA-DELTA MODULATOR SIGMA-DELTA MODULATOR SIGMA-DELTA MODULATOR SIGMA-DELTA MODULATOR DECIMATION FILTER FIR FILTER DECIMATION FILTER DECIMATION FILTER DECIMATION FILTER DECIMATION FILTER DECIMATION FILTER FIR FILTER FIR FILTER FIR FILTER FIR FILTER FIR FILTER 寄存器输出 参考电压 V1P V1N V2P V2N V3P V3N V4P V4N V5P V5N V6P V6N PGA1 PGA2 PGA3 PGA4 PGA5 PGA6 图2-3-1 ADC内部电路框图 ADC 前端典型接线图 电流 输入 电压 输入 V1P V1N V2P V2N 1.5(6)A/5mA 220V/0.5V 20 1.2K 1.2K 1.2K 1.2K 10K 10K 10K 10K 10nF 10nF 10nF 10nF REFOUT 图2-3-2 典型接线图 http://www.Actions.com.cn Page 10 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 2.4 有功功率测量 各相的有功功率是通过对去直流分量后的电流 电压信号进行乘法 加法 数字滤波等 一系列数字信号处理后得到的 电流 电压采样数据中包含高达 21 次的谐波信息 所以依 据公式 P= ∑ = • N n nInU N 0 )()(1 计算得到的有功功率也至少包含 21 次谐波信息 有功功率的测量原 理图如下图所示 合相有功功率 Pt=Pa+Pb+Pc 高通滤波器 高通滤波器 相位校正 功率增益校正 能量计算 电流采样值 电压采样值 功率计算 Epa Pa 图2-4-1 有功功率测量 合相有功功率:Pt=Pa+Pb+Pc 2.5 有功能量测量 有功能量通过瞬时有功功率对时间的积分得到 单相有功能量的计算公式为 ∫= dttpEp )( 合相有功能量可以根据设置按照代数或者绝对值的模式进行累加 代数加模式 Ept=Epa+Epb+Epc 而绝对值加模式 Ept=|Epa|+|Epb|+|Epc| 如图所示 图2-5-1 有功能量测量 Epa Epb Epc Ept=Epa+Epb+Epc 或者 Ept=|Epa|+|Epb|+|Epc| 能量累加模式 代数加或者绝对值加 脉冲生成器 Ept CF1 能量计算 能量计算 能量计算 Pa Pb Pc 2.6 无功功率测量 根据真无功功率(正弦式无功功率)定义公式 无功功率Q ∑∞ = = 1 )sin( n nn IU ϕ 无功功率计量 算法与有功类似 只是电压信号采用移相 90 度之后的 测量带宽主要受到数字移相滤波器 的带宽限制 ATT7026A 无功功率的测量带宽也可高达 21 次谐波 高通滤波器 高通滤波器 相位校正 功率增益校正 能量计算 电流采样值 电压采样值 功率计算 Eqa Qa 90移相滤波器 图2-6-1 无功功率测量 合相无功功率:Qt=Qa+Qb+Qc ATT7026A 采用的数字 90˚移相滤波器具有优越的频率响应特性 如图所示 它是幅频 特性为 1 频带范围内的所有频率成分进行-90°相移的线性滤波器 所以即使对于相当高次 谐波无功功率的测量 也能获得很高的测量准确度 http://www.Actions.com.cn Page 11 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 图2-6-2 90移相滤波器频率特性 特别提示 对无功功率进行检定时 必须确保用于检测的标准表的无功功率算法与 ATT7026A 的无功功率算法相同 否则会由于无功功率的算法原理不同而产生一定的误差 特别是在检定谐波下的无功功率时误差更大 2.7 无功能量测量 无功能量通过瞬时无功功率对时间的积分得到 单相无功能量的计算公式为 ∫= dttqEq )( 合相无功能量可以根据设置按照代数或者绝对值的模式进行累加 代数加模式 Eqt=Eqa+Eqb+Eqc 而绝对值加模式 Eqt=|Eqa|+|Eqb|+|Eqc| 如图所示 图2-7-1 无功能量测量 Eqa Eqb Eqc Eqt=Eqa+Eqb+Eqc 或者 Eqt=|Eqa|+|Eqb|+|Eqc| 能量累加模式 代数加或者绝对值加 脉冲生成器 Eqt CF2 能量计算 能量计算 能量计算 Qa Qb Qc 2.8 视在功率测量 视在功率有两类计算公式 PQS 视在功率公式一 22 QPS += RMS 视在功率公式二 S=Urms*Irms 由于 ATT7026A 可以直接提供电流和电压的有效值 RMS 视在功率公式二可以在外部 MCU 很方便地实现 所以 ATT7026A 仅提供采用 PQS 视在功率公式一实现的视在功率值 如下图所示 http://www.Actions.com.cn Page 12 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 图2-8-1 视在功率测量 Pa Qa 开平方 Sa 功率计算 对于合相视在功率 ATT7026A 按照公式一 根据合相有功功率和合相无功功率计算得 到 如下图所示 图2-8-2 合相视在功率测量 Pt Qt 开平方 St功率计算 2.9 电压有效值测量 通过对电压采样值进行平方 开方以及数字滤波等一系列运算得到 电压通道输入 1000mv 到 10mv 的信号时电压有效值的误差小于 0.5% 图2-9-1 电压有效值测量 电压采样值 数字滤波器 开平方 URmsa 高通滤波器 2.10 电流有效值测量 通过对电流采样值进行平方 开方以及数字滤波等一系列运算得到 电流通道输入 1000mv 到 2mv 的信号时电流有效值的误差小于 0.5% 图2-10-1 电流有效值测量 电流采样值 数字滤波器 开平方 IRmsa 高通滤波器 2.11 电压线频率测量 ATT7026A 可以直接输出电压频率参数 ATT7026A 可以自动选择 A/B/C 三相中的任意 一相电压为电压频率测量的基准 可测量的电压线频率范围为 10Hz 500Hz http://www.Actions.com.cn Page 13 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 2.12 功率因数测量 功率因数计算公式 Pf=sign(Q) )( )( Sabs Pabs× 功率因数的符号由无功功率的符号来确定 2.13 电压电流相角测量 根据电工原理 功率因数 Pf=cos(Pg) 其中 Pg 为电压与电流的相角 在 ATT7026A 中 定 义 电 压 与 电 流 的 相 角 为 Pg= sign(Q)*acos(|Pf|) 根据这一方法 ATT7026A 同时可以提供由合相功率因数折 算 为 合 相 相 角 参 数 也 就 是 Pgt= sign(Q)*acos(|Pft|) ATT7026A 相角 Pg 只能表示为 90° 符 号与功率因数一致 如果要用 0° 360°表示 在不同的象限相角 需要做如下转换即可 当有功功率为正时 无功功率为正 实 际相角就是是 Pg 当有功功率为正时 无功功率为负 实 际相角是 360°+Pg 当有功功率为负时 实际角度是 180°-Pg P Q P+ Q+ Pg>=0 a = Pg P- Q+ Pg>=0 a = 180-Pg P- Q- Pg<0 a = 180-Pg P+ Q- Pg<0 a = 360+Pg 图2-13-1 电压电流相角计算 2.14 电压相序检测 ATT7026A 可以对电压的相序进行检测 三相四线与三相三线模式的电压相序检测依据 不完全一样 三相四线模式下电压相序检测按照 A/B/C 三相电压的过零点顺序进行判断 电压相序 正确的依据是当 A 相电压过零之后 B 相电压过零 然后才是 C 相电压过零 否则电压错 序 另外只要当 A/B/C 三相电压中任何一相没有电压输入时 ATT7026A 也认为是电压错序 三相三线模式下电压相序检测按照 A 相电压与 C 相电压的夹角进行判断 当 A 相电压 与 C 相电压的夹角在 300 度左右时 才认为电压相序正常 否则判断电压出现错序 电压相序的标志存放于状态标志寄存器 SFlag 中 SFlag 的 Bit3 为 1 表示 A/B/C 电压出 现错序 SFlag 的 Bit3 为 0 表示 A/B/C 电压相序正确 2.15 电流相序检测 ATT7026A 可以对电流的相序进行检测 电流相序检测按照 A/B/C 三相电流的过零点顺 序进行判断 电流相序正确的依据是当 A 相电流过零之后 B 相电流过零 然后才是 C 相 电流过零 否则电流错序 另外只要当 A/B/C 三相电流中任何一相电流丢失 ATT7026A 也 认为是电流错序 电流相序的标志存放于状态标志寄存器 SFlag 中 SFlag 的 Bit4 为 1 表示 A/B/C 电流出 现错序 SFlag 的 Bit4 为 0 表示 A/B/C 电流相序正确 特别提示 电流相序检测功能需要通过相序检测使能控制寄存器 EnDtIorder 将其开启 否则不能对电流相序进行检测 建议客户在需要对电流相序进行检测时才将这个功能开启 在不检测电流相序时请尽量将其关闭 2.16 起动潜动设置 ATT7026A 通过判断电流是否小于起动阈值实现能量计量的起动和潜动的 当 http://www.Actions.com.cn Page 14 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A ATT7026A 检测到某相电流大于起动阈值时 该相能量就开始计量 也就是可以起动 而测 到某相电流小于起动阈值时 该相能量停止计量 也就是处于潜动状态 ATT7026A 起动电流阈值寄存器 Istartup 在上电复位后默认为 0x000280 表示在额定电 流 Ib 输入时采样信号为 100mv 左右的输入时 ATT7026A 可以在 0.1%实现起动 低于 0.08% 时实现潜动 2.17 功率方向判断 ATT7026A 实时提供功率的方向指示 方便实现四象限功率计量 负功率指示 REVP 当检测到三相中任意一相的有功功率为负 则 REVP 输出高电平 直到下次检测到所有相的有功功率都为正时 REVP 才恢复为低电平 功率方向指示寄存器 PFlag 用于指示 A/B/C/合相的有功以及无功功率的方向 Bit0-3 分别表示 A B C 合相的有功功率的方向 0 表示为正 1 表示为负 Bit4-7 分别表示 A B C 合相的无功功率的方向 0 表示为正 1 表示为负 2.18 失压检测 ATT7026A 可以根据设定的阈值电压对 A/B/C 三相电压是否失压进行判断 阈值电压可以通过失压阈值设置寄存器 FailVoltage 进行设定 ATT7026A 上电复位后失 压阈值设置会根据当前选择的工作模式(三相三线/三相四线)默认设置为不同的参数 在不对 电压有效值进行校正时三相四线模式的失压阈值在电压通道输入 50mv 左右 而三相三线模 式的失压阈值在电压通道输入 300mv 左右 如果对电压有效值进行了校正 则必须重新设 定失压阈值设置寄存器 FailVoltage 设置方法参考失压阈值设定部分 失压状态可以通过状态标志寄存器 Sflag 进行表示 状态标志寄存器 SFlag 的 Bit0/1/2=1 时分别表示 A/B/C 三相电压低于设定的阈值电压 当 A/B/C 三相电压高于设定的阈值电压时 Bit0/1/2=0 2.19 硬件端口检测 ATT7026A 可以自动检测硬件端口 当硬件端口改变时系统将自动复位重新起动 ATT7026A 外部端口输入主要有 S0/S1/SCF SEL 2.20 三相三线与三相四线应用 ATT7026A 三相四线模式下采用三元件测量方法 合相功率计算公式为 P4=U CCBBAA IUIUI •••••• ++ Q4=U °∠+°∠+°∠ •••••• 909090 CCBBAA IUIUI S4= 2424 QP + 而 ATT7026A 在三相三线模式下采用两元件测量方法 合相功率计算公式为 P3=U CCBAAB IUI •••• + Q3=U °∠+°∠ •••• 9090 CCBAAB IUI S3= 2323 QP + 在三相三线模式下 ATT7026A 的 B 相通道不参加功率计量的 只有 A 相和 C 相通道参 与三相三线的测量 但是 ATT7026A 可以将 B 通道的参数单独放出 只要在 B 通道的电压 http://www.Actions.com.cn Page 15 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 与电流通道上加入相应信号 在三相三线模式下仍可读取 Pb/Qb/Sb/URmsb/IRmsb/Pfb/Pgb 参数 但是 B 通道的电压与电流通道上所加的任何信号都不会对三相三线的正常测量产生 不良影响 2.21 能量脉冲输出 ATT7026A 提供两类脉冲输出 高频脉冲输出 CF1/2 以及低频脉冲输出 F1/2/3/4 下面是电能脉冲信号生成的过程框图 有功功率测量 无功功率测量 能量脉冲生成器 CF1分频器 F1F2分频器 CF2分频器 F3F4分频器 电压 U 电流 I 无功功率 Q 有功功率 P 能量脉冲生成器 Fout_P Fout_Q CF1 F1 F2 F3 F4 CF2 图2-21-1 能量脉冲输出 电压 电流信号经变换后在功率测量信号处理电路中相乘得到瞬时功率 对时间积分后 成为电能信号 根据设置将 A/B/C 三相电能做绝对值相加或代数值相加运算 并将结果变 换为频率信号 然后按照用户设定的分频系数进行分频 得到可用于校表的电能脉冲输出信 号 在此基础上 再次分频可得到用于驱动步进电机的低频脉冲信号 下图是高频输出常数为 64 时的分频示意图 电能脉冲输出的脉宽为 90 毫秒 当脉冲周 期小于 180 毫秒时 电能脉冲以占空比为 1 1 的等宽脉冲输出 CF1 Fout t2=90ms t1 t2=64 * t1HFreq=64 图2-21-2 CF脉冲输出时序 下面是低频输出常数为 16 时的分频示意图 驱动步进电机的输出脉冲宽度为 275 毫秒 当脉冲周期小于 550 毫秒时 脉冲以占空比为 1 1 的等宽脉冲输出 http://www.Actions.com.cn Page 16 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A CF1 F1 F2 t4 t5=8 * t4 t6=16 * t4 t2=275ms t1=90ms t3=275ms LFreq=16 图2-21-3 F1F2脉冲输出时序 2.22 参数输出寄存器定义 计量参数输出寄存器列表 地址 名称 复位值 功能描述 0x00 RESERVED ------ Reserved. 0x01 r_Pa ------ A 相有功功率 0x02 r_Pb ------ B 相有功功率 0x03 r_Pc ------ C 相有功功率 0x04 r_Pt ------ 合相有功功率 0x05 r_Qa ------ A 相无功功率 0x06 r_Qb ------ B 相无功功率 0x07 r_Qc ------ C 相无功功率 0x08 r_Qt ------ 合相无功功率 0x09 r_Sa ------ A 相视在功率 0x0A r_Sb ------ B 相视在功率 0x0B r_Sc ------ C 相视在功率 0x0C r_St ------ 合相视在功率 0x0D r_URmsa 0x000000 A 相电压有效值 0x0E r_URmsb 0x000000 B 相电压有效值 0x0F r_URmsc 0x000000 C 相电压有效值 0x10 r_IRmsa ------ A 相电流有效值 0x11 r_IRmsb ------ B 相电流有效值 0x12 r_IRmsc ------ C 相电流有效值 0x13 r_IRmst ------ ABC 相电流矢量和的有效值 计算公式 Irms= ∫ ++T dticibiaT 0 2)(1 0x14 r_Pfa ------ A 相功率因数 0x15 r_Pfb ------ B 相功率因数 0x16 r_Pfc ------ C 相功率因数 0x17 r_Pft ------ 合相功率因数 http://www.Actions.com.cn Page 17 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 0x18 r_Pga ------ A 相电流与电压相角 0x19 r_Pgb ------ B 相电流与电压相角 0x1A r_Pgc ------ C 相电流与电压相角 0x1B r_Pgt ------ 合相相角 与合相功率因数相对应 0x1C r_Freq 0x000000 线频率 0x1D RESERVED ------ Reserved. 0x1E r_Epa 0x000000 A 相有功电能 0x1F r_Epb 0x000000 B 相有功电能 0x20 r_Epc 0x000000 C 相有功电能 0x21 r_Eqt 0x000000 合相有功电能 0x22 r_Eqa 0x000000 A 相无功电能 0x23 r_Eqb 0x000000 B 相无功电能 0x24 r_Eqc 0x000000 C 相无功电能 0x25 r_Eqt 0x000000 合相无功电能 0x26 RESERVED ------ Reserved. 0x27 RESERVED ------ Reserved. 0x28 r_RSPIData ------ 上一次 SPI 读出的数据 0x29 RESERVED ------ Reserved. 0x2A RESERVED ------ Reserved. 0x2B r_URmst 0x000000 ABC 电压矢量和的有效值 计算公式 Urms= ∫ ++T dtucubuaT 0 2)(1 0x2C r_SFlag 存放断相 相序 SIG 等标志状态 0x2D r_WSPIData1 ------ 上一次 SPI 写入的数据 0x2E r_WSPIData2 ------ 同 0x2D 也是上一次 SPI 写入的数据 0x2F RESERVED ------ Reserved. 0x30 r_EFlag 0x010000 电能寄存器的工作状态 0x31 r_Epa2 0x000000 A 相有功电能 同 Epa 但是读后清零 0x32 r_Epb2 0x000000 B 相有功电能 同 Epb 但是读后清零 0x33 r_Epc2 0x000000 C 相有功电能 同 Epc 但是读后清零 0x34 r_Ept2 0x000000 合相有功电能 同 Ept 但是读后清零 0x35 r_Eqa2 0x000000 A 相无功电能 同 Eqa 但是读后清零 0x36 r_Eqb2 0x000000 B 相无功电能 同 Eqb 但是读后清零 0x37 r_Eqc2 0x000000 C 相无功电能 同 Eqc 但是读后清零 0x38 r_Eqt2 0x000000 合相无功电能 同 Eqt 但是读后清零 0x39 RESERVED ------ Reserved. 0x3A RESERVED ------ Reserved. 0x3B RESERVED ------ Reserved. 0x3C RESERVED ------ Reserved. 0x3D r_PFlag ------ 有功和无功功率方向 正向为 0 负向为 1 0x043D03 校表数据校验寄存器 三相四线模式下 0x3E r_ChkSum1 0x16BD03 校表数据校验寄存器 三相三线模式下 http://www.Actions.com.cn Page 18 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 0x3F RESERVED ------ Reserved. http://www.Actions.com.cn Page 19 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 2.23 参数输出寄存器说明 2.23.1 功率寄存器(地址 0x01 0x0C) 寄存器列表 (更新时间 1/3 秒左右 第一次上电要 650ms 才能有正确值) Addr 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0A 0x0B 0x0C Reg Pa Pb Pc Pt Qa Qb Qc Qt Sa Sb Sc St ATT7026A 功率寄存器采用补码形式给出 最高位是符号位 所以根据 ATT7026A 功率 寄存器给出的有功和无功功率的方向 可以直接得到当前所处的象限 视在功率总是大于或 者等于 0 所以视在功率的符号位始终为 0 功率寄存器格式定义 A/B/C 分相功率参数 X X 24 位数据 补码形式 如果大于 2^23 则 XX=X-2^24 否则 XX=X 实际的 A/B/C 分相功率参数为 XXX=XX*2^15/2^23 A/B/C 合相功率参数 T T 24 位数据 补码形式 如果大于 2^23 则 TT=T-2^24 否则 TT=T 实际的 A/B/C 合相功率参数为 TTT=TT*2^17/2^23 单位 功率单位是瓦 (w),与脉冲常数有关系 按照上述公式算得的功率值是基于 3200imp/kwh,如果设置脉冲常数为 EC 则实际功率值等于计算值再乘于 3200/EC 的系 数 2.23.2 有效值寄存器(地址 0x0D 0x13 0x2B) 寄存器列表 (更新时间 1/3 秒左右 第一次上电要 650ms 才能有正确值) Addr 0x0D 0x0E 0x0F 0x10 0x11 0x12 Reg URmsa URmsb URmsc IRmsa IRmsb IRmsc Addr 0x13 0x2B Reg IRmst URmst 有效值寄存器采用补码形式给出 最高位为符号位 有效值总是大于等于 0 所以最高 符号位始终等于 0 Vrms 24 位数据 补码形式 实际电压有效值为 Urms=Vrms*2^10/2^23 单位为 伏特(V)或者安培(A) 2.23.3 功率因数寄存器(地址 0x14 0x17) 寄存器列表 (更新时间 1/3 秒左右 第一次上电要 650ms 才能有正确值) Addr 0x14 0x15 0x16 0x17 http://www.Actions.com.cn Page 20 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A Reg Pfa Pfb Pfc Pft 功率因数寄存器采用补码形式给出 最高位为符号位 功率因数的符号位由无功功率的 符号位决定 参考 2.13 功率因数测量部分说明 PF 24 位数据 补码形式 如果大于 2^23 则 PFF=PF-2^24 否则 PFF=PF 实际功率因数为 pf=PFF/2^23 2.23.4 电压与电流相角寄存器(地址 0x18 0x1B) 寄存器列表 (更新时间 1/3 秒左右 第一次上电要 650ms 才能有正确值) Addr 0x18 0x19 0x1A 0x1B Reg Pga Pgb Pgc Pgt 相角寄存器采用补码形式给出 最高位为符号位 表示-90º +90º之间的角度 24 位数据 补码形式 如果大于 2^23 则 = -2^24 否则 = 实际相角为 Pg=( /2^23)*2*180/pi 度 或者 Pg=( /2^23)*2 弧度 2.23.5 线频率寄存器(地址 0x1C) 电压线频率寄存器采用 24 位补码形式给出 最高位为符号位 符号位总是为 0 Freq 24 位数据 补码形式 实际频率为 f=Freq*2^10/2^23 单位 赫兹(Hz) 2.23.6 能量寄存器(地址 0x1E 0x25 0x31 0x38) 寄存器列表 Addr 0x1E 0x1F 0x20 0x21 0x22 0x23 0x24 0x25 Reg Epa Epb Epc Ept Eqa Eqb Eqc Eqt Addr 0x31 0x32 0x33 0x34 0x35 0x36 0x37 0x38 Reg Epa2 Epb2 Epc2 Ept2 Eqa2 Eqb2 Eqc2 Eqt2 ATT7026A 提供两类能量寄存器 一类是累加型能量寄存器 另一类是清零型能量寄存 器 清零型能量寄存器标有 2 的符号 读取累加型能量寄存器对清零型能量寄存器不产生任 何影响 但是读取清零型能量寄存器之后 在下一次能量更新时会将累加型能量寄存器也进 行清零 累加型能量寄存器可以从 0x000000 到 0xFFFFFF 继续累加 又回到 0x000000 开 始累加 在 0xFFFFFF 溢出到 0x000000 时 会产生溢出标志 参考 2.27.9 电能寄存器工作 状态寄存器部分说明 能量寄存器 24 位寄存器 无符号数 该参数与设定的脉冲常数有关 http://www.Actions.com.cn Page 21 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A 如我们设定脉冲常数为 3200imp/kwh 则这些能量寄存器的单位为 1/3200kwh 2.23.7 标志状态寄存器(地址 0x2C) SFlag 位定义 Bit23 Bit22 Bit21 Bit20 Bit19 Bit18 Bit17 Bit16 Def --- --- --- --- --- --- --- --- Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit09 Bit08 Def --- --- --- --- Cstart Bstart Astart --- Bit07 Bit06 Bit05 Bit04 Bit03 Bit02 Bit01 Bit00 Def SIG --- --- Iorder Uorder PC PB PA 该寄存器用于指示 ATT7026A 内部状态 定义参考上表 Bit00 =1 表示 A 相失压 Bit01 =1 表示 B 相失压 Bit02 =1 表示 C 相失压 Bit03 =1 表示电压相序错 Bit04 =1 表示电流相序错 Bit07 上电复位后 SIG 自动变低 同时将 SFlag.7 置高 然后当 SPI 写入数据之后 SIG 自动变高的同时 SFlag.7 自动变低 这样 SFlag 的 Bit07 SIG 标志位与硬件 SIG 信号是完 全同步的 Bit09 =1 表示 A 相处在潜动状态 Bit10 =1 表示 B 相处在潜动状态 Bit11 =1 表示 C 相处在潜动状态 2.23.8 电能寄存器工作状态寄存器(地址 0x30) 该寄存器读后自动进行清零操作 Bit0 2 第 A/B/C 相正向有功电能溢出 Bit3 三相正向有功电能溢出 Bit4 6 第 A/B/C 相正向无功电能溢出 Bit7 三相正向无功电能溢出 Bit8 10 第 A/B/C 相反向有功电能溢出 Bit11 三相反向有功电能溢出 Bit12 14 第 A/B/C 相反向无功电能溢出 Bit15 三相反向无功电能溢出 Bit16: 系统上电时校表数据请求 每次系统上电后 Bit16 将会被置位 而后自动清零 2.23.9 有功和无功功率方向寄存器(地址 0x3D) 功率方向指示寄存器 PFlag 用于指示 A/B/C/合相的有功以及无功功率的方向 http://www.Actions.com.cn Page 22 of 41 Rev 1.04 高精度三相有功无功电能 专用计量芯片 ATT7026A Bit0-3 分别表示 A B C 合相的有功功率的方向 0 表示为正 1 表示为负 Bit4-7 分别表示 A B C 合相的无功功率的方向 0 表示为正 1 表示为负 2.23.10 校表数据校验和寄存器(地址 0x3E) ATT7026A 专门提供寄存器 ChkSum1 用于存放 ATT7026A 内部所有校表数据的校验 和 外部 MCU 可以检测这两个寄存器的值来监控 ATT7026A 的校表数据是否错乱 注意 校验和是从地址 0x01 到 0x3F 的所有校表数据之和 外部 MCU 写入校表数据后 1/3 秒的时间内 ATT7026A 才能完成对校验和计算和更新 2.23.11 SPI 读校验寄存器(地址 0x28) 这个寄存器保存有前次 SPI 读出的数据 可用于 SPI 读出数据时的校验 2.23.12 SPI 写校验寄存器(地址 0x2D 0x2E) 这两个寄存器同时保存有前次 SPI 写入的数据 可用于 SPI 写入数据的校验 注意 WSPIData1 与 WSPIDat