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高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A ATT7030A 用户手册 Date 2005-03-28 Rev 1.04 http//www.A Page 1 of 15 Rev 1.04 高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A 目 录 第一部分 芯片介绍 1.1 芯片特性3 1.2 功能简介4 1.3 内部框图4 1.4 引脚定义5 1.5 应用示意图7 第二部分 系统功能 2.1 电源监控电路8 2.2 模数转换8 2.3 有功功率测量9 2.4 有功能量测量9 2.5 功率方向判断9 2.6 失压检测10 2.7 硬件端口检测10 2.8 三相三线与三相四线应用10 2.9 能量脉冲输出10 第三部分 校表方法 3.1 校表原理12 3.2 设计实例13 3.3 参考设计电路图13 第四部分 电气特性 4.1 电气参数14 4.2 芯片封装15 http//www.A Page 2 of 15 Rev 1.04 高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A 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10001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 687/1036GB/T 17215-1998 提供有功电能测量功能 任意一相功率为反向时提供反向功率指示 REVP 合相功率为负时提供负相指示可用于止逆场合 NEGP 具有断相指示功能 PA/PB/PC 提供有功校表脉冲输出 CF1 可直接驱动计度器的脉冲输出 F1/F2 合相能量绝对值相加与代数相加可选 SUM 电表常数可调 起动电流 0.1 可准确测量到含 21 次谐波的有功功率 小电流非线性自动补偿 支持电阻网络调校电表 适用于三相三线和三相四线模式 采用 QFP44 封装 单5V 供电 http//www.A Page 3 of 15 Rev 1.04 高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A 1.2 功能简介 ATT7030A 是一颗高精度三相有功电能专用计量芯片适用于三相三线和三相四线应用 ATT7030A 集成了六路二阶 sigma-delta ADC参考电压电路以及数字功率测量的数字信 号处理等电路 ATT7030A 能够测量有功功率并提供断相指示功率反向指示合相功率负相指示提 供可直接用于校表的脉冲输出以及可直接用于驱动计度器输出的低频脉冲输出 ATT7030A 支持电阻网络校表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 有功电能校验脉冲输出 CF1 提供瞬时有功功率信息可以直接接到标准表进行误差校 正校表方法请参考第三部分校表方法 ATT7030A 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 信号处理电路 模拟信号 采样 断相检测 电能-频率 转换器 V1P V1N V2N V2P V3P V4P V5P V6P V3N V4N V5N V6N CF1 VCC PB PA PC 参考电压 REFOUT REFCAP 时钟控制电路 OSCOOSCI Revp 电源管理 SELRESET VDD AVCC GNDAGND SIG ATT7030A 框图 F2 F1 校表脉冲 生成器 S0S1 SCFSUM NEG http//www.A Page 4 of 15 Rev 1.04 高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A 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 4443424140393837363534 1213141516171819202122 RESET SIG V5P V3N V D D P C V5N REFOUT REFCAP V3P V1P V1N SEL GND V 4 P A G N D A V C C S 0 V 4 N V 6 P V 6 N S 1 V C C SCF TEST V 2 P V 2 N A V C C AGND VDD NC CF1 F1 F2 P A P B S U M R E V P G N D V C C O S C I O S C O NEGP NC ATT7030A 引脚 标识 特性 功能描述 1 RESET 输入 ATT7030A 复位管脚低电平有效内部有 47K 上拉 电阻 2 SIG 输出 ATT7030A 正常工作时SIG 为低电平 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 10F 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 ATT7030A 模拟电路的电源正常工作电 源电压应保持在 5V5为使电源的纹波和噪声减 小至最低程度 该引脚应使用 10F 电容并联 0.1uF 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 http//www.A Page 5 of 15 Rev 1.04 高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A 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 ATT7030A 模拟电路的电源正常工作电 源电压应保持在 5V5为使电源的纹波和噪声减 小至最低程度 该引脚应使用 10F 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 NC --- 不连接 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 NEGP NEGP当合相有功功率为负时输出高电平当合相 有功功率为正时该引脚的输出低电平 32 NC --- 不连接 33 VDD 电源 内核电源 输 出 3.0V外接 10F 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 5V5 该引脚应使用 10F 电容并联 0.1uF 电容进行去耦 35 PA 输出 A 相断电指示A 相电压丢失时输出高电平 36 PB 输出 B 相断电指示B 相电压丢失时输出高电平 37 PC 输出 C 相断电指示C 相电压丢失时输出高电平 38 SUM 输入 合相能量累计模式选择内部 300K 下拉电阻 低电平三相四线是绝对值加三相三线是代数加 高电平三相四线是代数加三相三线是绝对值加 39 VDD 电源 内核电源 输 出 3.0V外接 10F 电容并联 0.1uF 电容进行去耦 http//www.A Page 6 of 15 Rev 1.04 高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A 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 5V5 该引脚应使用 10F 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 ATT7030A 高精度 三相有功电能 专用计量芯片 F1 PC OSCOOSCI IA UA 24.576MHz REVP CF1 图1-5-2 ATT7030A典型应用 1.2K 1.2K 1.2K 1.2K 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 N 1M 1.2K NEGP F2 PA PB SCF S1S0SELSUM 计 度 器 http//www.A Page 7 of 15 Rev 1.04 高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A 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 ATT7030A 片内包含一个电源监控电路连续对模拟电源 AVcc进行监控当电源电压低于 4V5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 AVcc 的波动不超过 5V5 2.2 模数转换 ATT7030A 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 ATT7030A 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 参考电压图2-2-1 ADC内部结构图 ADC 前端典型接线图 http//www.A Page 8 of 15 Rev 1.04 高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A 电流 输入 电压 输入 V1P V1N V2P V2N 1.56A/5mA 220V/0.5V 20 1.2K 1.2K 1.2K 1.2K 10K 10K 10K 10K 10nF 10nF 10nF 10nF REFOUT 图2-2-2 典型接线图 2.3 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 PtPaPbPc 高通滤波器 高通滤波器相位校正 功率增益校正 电流采样值 电压采样值 功率计算 Pa 图2-3-1 有功功率测量 合相有功功率PtPaPbPc 2.4 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 EptEpaEpbEpc而绝对值加模式 Ept|Epa||Epb||Epc|如图所示 图2-4-1 有功能量测量 Epa Epb Epc EptEpaEpbEpc 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 CF1 能量计算 能量计算 能量计算 Pa Pb Pc 2.5 功率方向判断 ATT7030A 实时提供有功功率的方向指示 功率反向指示 REVP当检测到三相中任意一相的有功功率反向则 REVP 输出高电平 http//www.A Page 9 of 15 Rev 1.04 高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A 直到下次检测到所有相的有功功率都正向时REVP 才恢复为低电平 功率负向指示 NEGP当合相有功功率为正时输出低电平而当合相有功功率为负时 NEGP 则输出高电平注意 NEGP 只在代数加模式下有效如果选择绝对值加则 NEGP 始 终输出低电平 2.6 失压检测 ATT7030A 可以根据失压阈值对 A/B/C 三相电压是否失压进行判断 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 失压状态可以通过失压指示 PA/PB/PC 进行表示 失压指示 PA/PB/PC 输出高电平时分别表示 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输出低电平 2.7 硬件端口检测 ATT7030A 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 ATT7030A 外部端口输入主要有 S0/S1/SCFSEL 和 SUM 2.8 三相三线与三相四线应用 ATT7030A 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 P4U CCBBAAIUIUI 而 ATT7030A 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 P3U CCBAABIUI 在三相三线模式下 ATT7030A 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 2.9 能量脉冲输出 ATT7030A 提供两类脉冲输出高频脉冲输出 CF1 以及低频脉冲输出 F1/F2 下面是电能脉冲信号生成的过程框图 有功功率测量能量脉冲生成器CF1分频器F1F2分频器 电压 U 电流 I 有功功率 P Fout_P CF1 F1 F2 图2-9-1 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 11 的等宽脉冲输出 http//www.A Page 10 of 15 Rev 1.04 高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A CF1 Fout t290ms t1 t264 * t1 HFreq64 图2-9-2 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 11 的等宽脉冲输出 CF1 F1 F2 t4 t58 * t4 t616 * t4 t2275ms t190ms t3275ms LFreq16 图2-9-3 F1F2脉冲输出时序 http//www.A Page 11 of 15 Rev 1.04 高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A 第三部分 校表方法 3.1 校表原理 ATT7030A 支持电阻网络校表通过简单地调节电压取样的电阻大小可以对仪表进行校 正校正之后有功精度可高达 1s/0.5s 起动与潜动 在电流通道输入 Ib 电流时 ATT7030A 的取样电压为 0.1v电流默认在 0.1Ib ATT7030A 可以正常起动低于 0.08Ib ATT7030A 处于潜动状态 单相高频输出 CF 频率公式 电压通道输入 Vu 电流通道输入 Vi ATT7030A 的 ADC 增益系数 G 恒定为 0.648 单相高频输出频率为 CF1600*Vu*Vi*G 2/HFreq 单相低频输出频率为 LFCF/Lfreq HFreq 由 SCF/S1/S0 决定参照下表 表 3-1 SCF S1 S0 Hfreq LFreq 0 0 0 256 16 0 0 1 128 16 0 1 0 128 8 0 1 1 128 4 1 0 0 64 16 1 0 1 64 8 1 1 0 64 4 1 1 1 保留 在 Vu0.5v Vi0.1v 时单相高频输出 CF 频率与 SCFS1S0 的关系 表 3-2 SCF S1 S0 HFreq LFreq CFHz 0 0 0 256 16 0.1312 0 0 1 128 16 0.2624 0 1 0 128 8 0.2624 0 1 1 128 4 0.2624 1 0 0 64 16 0.5249 1 0 1 64 8 0.5249 1 1 0 64 4 0.5249 1 1 1 保留 设计思路 根据额定电压值 Un单位伏特和额定电流值 Ib单位安培以及所选择的校表 常数 EC单位imp/kWh按照公式计算 CF 的输出频率根据 CF 输出频率在表 3-2 选择适 当的 HFreq 参数 CF 计算公式CFEC*Un*Ib/3600000 http//www.A Page 12 of 15 Rev 1.04 高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A 根据选定的计度器变比为 N即变比为 N1按照公式计算出 LFreq LFreq 计算公式LFreqEC*2/N 依据 HFreq 和 LFreq参考表格 3-2 选择适当的 SCFS1S0 的状态 3.2 设计实例 例如设计一款额定电压 220V额定电流 5A校表常数 1600imp/kWh计度器变比 为 4001 的三相电能表 根据上面公式算得 CFEC*Un*Ib/36000001600*220*5/36000000.4889Hz 电流电压额定输入时对应的 ADC 通道输入电压分别选在 0.1V 以及 0.5V 左右根 据算得的 CF 频率查表 3-2 寻找到一个最为接近的频率是 0.5249Hz 所以选择 HFreq64 根据计度器变比为 4001 的要求推算 LFreqEC*2/N1600*2/4008 根据 HFreq64 以及 LFreq8 的参数查表 3-2 选择 SCF/S1/S0101 可以满足要求 3.3 参考设计电路图 http//www.A Page 13 of 15 Rev 1.04 高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A 第四部分 电气特性 4.1 电气参数 参数 最小 典型 最 大 单 位 测试条件及注释 电源电压 VCC 4.75 5 5.25 V 电源电压 VDD 3.0 V 基准电源 2.3 2.4 2.6 V 基准电源 TC 30 ppm 输入电压范围 1.5 V 差模输入 Vpp VOHF1,F2 4.5 V IOH10mA VOLF1,F2 0.5 V IOL10mA VOHCF1,REVP,NEGP 4.5 V IOH5mA VOLCF1,REVP,NEGP 0.5 V IOL5mA 逻辑高输入电压 2.5 Vmin 逻辑低输入电压 0.8 Vmax 逻辑高输出电压 2.5 Vmin Ioh2mA 逻辑低输出电压 0.8 Vmax Iol2mA 参考电压输出阻抗 最小负载电阻 最大负载电容 2 130 100 K pF 电源电流 28 mA VDD3.0VVCC5V ADC 位数 16 bit ADC 采样速率 3.2 kHz ADC 动态范围 88 DB ADC 总谐波失真 -95 DB ADC 通道干扰 -92 DB 晶体 24.576 MHz 温度范围 -40 85 http//www.A Page 14 of 15 Rev 1.04 高精度三相有功电能 专用计量芯片 ATT7030A 4.2 芯片封装 封装形式44Pin QFP Quad Flat Package 10X10 NOTE1.Controlling dimension ---millimeter. 2.Each lead centerline is located within 0.12mm0.005inch of its true position T.P.at maximum material condition NEC CODEP44GB-80-3B4-4 EIAJ CODE WeightReference Value0.54g ITEM 0.017 -0.016 0.008 -0.009 0.008 -0.009 0.017 -0.016 F G 0.08 -0.07 I0.006 J 0.008 -0.009 0.009 -0.008 0.080.003 -0.07-0.004 N 0.005 -0.004 Q 77 -3-3 S R33 3.0 MAX0.019 MAX P2.70.10.106 0.10.10.0040.004 M0.170.007 D13.60.40.535 0.0140.003 0.031 T.P. A0.53513.60.4 0.039 B10.00.20.394 C10.00.20.394 0.004 0.039 L0.80.2 0.10 0.071 0.031 1.80.2 H K MILLIMETERSINCHES 0.8 T.P. 1.0 1.0 0.35 0.15 http//www.A Page 15 of 15 Rev 1.04
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