关键的计量模块设计分析

随着电器的增多，负载功率不断增大，导致许多插座在过流、过压等情况下，不能实现自动保护，甚至引起火灾。因此，能够通过检测负载功率的大小来保护电器并轻松测量和判断电器能耗参数、实现节能环保的智能插座，其市场需求越来越大，尤其是目前已经率先受到海外市场的青睐。

CSE7780采用芯海科技成熟的3路Σ-△技术，可分别用于相线电流采样、零线电流采样以及电压采样。基于CSE7780设计的智能插座能够通过检测负载功率的大小来实现对用电器使用功耗的监测。

智能插座系统设计

本设计由计量模块、显示模块和控制模块三部分组成，本文将对关键的计量模块设计进行重点讲述。

1、计量功能设计

本系统采用的是CSE7780，该芯片能够提供有功功率、有功能量、电流有效值、电压有效值、线频率、过零中断等功能，提供全数字增益、相位、偏置电流校准，有功能量脉冲从PF管脚输出。此外，CSE7780提供一个SPI串行接口，可以与外部MCU进行通信，而且内部具有电源监控电路，可以保障芯片的正常作。

如图2所示，本系统计量包括电流、电压采样两部分。

（1）电流信号采样

电流采样电路中，电流流经锰铜分流器时会在计量芯片的电流采样通道上产生一个压降，不同的电流信号在分流器上形成的压降不同，计量芯片通过采集在分流器上形成的电压信号，从而实现了对电流信号的采集。

（2）电压信采样

电压采样通常是采集的是零线上的信号，由于电压信号较大，本系统设计直接通过电阻网络降压的方式实现对电压信号的采样。

2、显示模块设计

本系统设计方案的显示部分采用的液晶驱动控制芯片为HT1621，该液晶驱动能够4*32的液晶段码，完全能够满足显示驱动的要求，可显示电量、电压有效值、电流有效值、有功功率等信息。

3、电源模块

从产品的空间因素方面考虑，本系统设计的电源采用了非隔离电源，该电源电路能够提供大约60mA的电流。

智能插座软件设计

1、电参数的计算

以设计一块额定电压220V（Un）、10 （60） A电流规格、常数1600imp/KWh插座为例，由于电流输入通道允许输入最大信号为±700mV的峰峰值（有效值为495mVrms），10（60）A的表考虑到通道A发热的情况，可选择200~250μΩ的锰铜，若以250μΩ的锰铜来采样，在Imax=60A时，通道A的采样信号为60A*250μΩ=15mV.由于电流通道A的允许最大输入信号为495mV，因此电流通道的增益选择可配置成16，通道B采用2500：1的互感器；负载电阻10Ω，电流通道B增益设置为1.电压通道允许最大输入信号为±700mV的峰峰值，考虑到电压会有130%Un过压，可将电压采样信号通过网络电阻将220V交流电压信号降至220mV左右，电压通道增益选择为1.

通过上述的论述，我们需将电流通道A的增益设置为16，电压通道的增益设置为1，因此SYSCON寄存器应设置为0080H.
审核编辑：彭菁