MAXQ3180入门：寄存器配置

简介

MAXQ3180是一款复杂的三相电能计量IC，可在很多计量环境中应用。为了适应各种复杂的计量环境，MAXQ3180共有68个配置寄存器可供修改。正确理解如何使用所有寄存器是一项艰巨任务，但幸运的是在大多数情况下并不需要配置全部68个寄存器。实际上在通常环境下仅需配置10个寄存器即可实现MAXQ3180的基本功能。

本篇应用笔记介绍了必须进行初始化设置的MAXQ3180寄存器，以及在使用特定功能时需要初始化的寄存器，有些寄存器在大多数应用中都可以不设置。

基本初始化过程

MAXQ3180上电后即开始测量电压、电流、功率，计量电能。所以，只有正确配置MAXQ3180，使其与传感器相匹配才能得出正确、有意义的读数。

MAXQ3180执行两步测量：第一步，读取物理参数(如：电压、电流、功率等)，在内部用一种“电表单位”表示；第二步，将用“电表单位”表示的参数转换成现实世界中的计量单位，如伏特，安培和瓦。

读取物理参数(计量单位)

MAXQ3180第一步先执行所要求的测量，并在内部用适合测量电路的“电表单位”精确表示，随后的校准过程将确保伏特、安培、瓦、千瓦时等计量单位可以用内部“电表单位”精确表示。一旦电流、电压、功率、电能可以用内部“电表单位”精确表示，器件必须将其转换成有实际意义的单位。

我们以电压校准举例，但其过程也适用于电流、功率和电能。假设一个600:1的电阻分压网络作为输入电路，这意味着600V直流电压作用在电阻分压器输入端，其分压输出约为1V，MAXQ3180的电流和电压输入可分为224级，所以对于600V直流输入，输出编码每改变一个最低有效位(LSB)，对应输入电压变化600 × 2-24伏，即35.8?V。换言之，如果输入120VRMS正弦波，则原始RMS电压寄存器读数为120/(600 × 2-24)，或3,355,443 (0x33 3333)。

由于输入级用于放大和滤波的无源器件参数以及输入ADC自身参数的离散性，ADC读数有可能和期望值不同，所以，需要输入一个修正系数，该修正系数位于x.V_GAIN (x代表某一相：A、B或C)寄存器。本例中，如果原始RMS寄存器读数为3,000,000 (0x2D C6C0)，说明需要的增益为3,355,443/3,000,000 = 1.12。

增益调整寄存器值设为0x4000 (16,384)时增益为1，如需额外增益，则需要增大该值。本例中增益寄存器需设为16,384 × (3,355,443/3,000,000) = 18,325 (0x4795)。

由此完成了第一步，使电压读数能够精确反映以“电表单位”表示的电压测量真实结果。第二步，将一个LSB等于35.8?V的系统转换成一个LSB等于1mV的系统。

计算转换系数

目前遇到的问题是MAXQ3180只提供整数乘法操作，而实现这一转换需要除以一个非整数，即1,000/35.8。解决方案是选取一个系数，使目标单位乘以一个2的整数次幂。在本例中，一个LSB将不再是1mV，而是1mV/216，即15.3nV。所以进行测量时，丢掉低16位，剩下的就是以毫伏表示的电压。

而转换系数就是原始LSB值(35.8?V)除以目标LSB值(15.3nV)，即2,344 (0x0928)，将该值写入VOLT_CC寄存器。

这样，每次读取V.A虚拟寄存器时，MAXQ3180会将A.VRMS寄存器值乘以2,344，然后报告结果。该结果就是以1mV/65,536为单位的RMS电压值。主机软件丢掉低16位，直接就可以得到以毫伏为单位的RMS电压值。

对于多数应用来说，只需先校准(得到正确的VRMS和IRMS)，然后计算转换系数(分别对应于电压、电流、功率和电能)。

其它可选初始化过程

按上述步骤初始化，就可得到电压、电流、电能、功率的精确读数。但MAXQ3180还可提供许多其它功能。

中断

MAXQ3180有一套复杂的中断子系统来通知上位机出现异常，可以触发中断的条件包括：

           某一相有功或无功电能流向改变。

          某一相检测到无过零事件时间超过某一阈值。

          某一相检测到欠压、过压或过流故障。

          某一相的某一电能寄存器溢出(通常表示需要进行累加操作)。

校验和配置发生改变。

MAXQ3180电源即将失效。

关于中断子系统的更多信息，请参考MAXQ3180的参考设计。

脉冲配置

计量脉冲通常用于递增机械计数器或电能累加寄存器。MAXQ3180能够支持这两种计量脉冲，每一种都有一个配置寄存器用于选择脉冲参数，一个阈值寄存器用于设置电表常数，一个脉冲宽度寄存器用于设置脉冲宽度。关于计量脉冲子系统的更多信息，请参考MAXQ3180的参考设计。

提高精度

使用理想电流和电压传感器，MAXQ3180可以在很宽的输入范围内实现极高精度。但实际上电流传感器很少有理想的，在测量范围的两端会有非线性；通常传感器的相位响应还会随电流变化而改变。需要通过配置MAXQ3180寄存器对其进行补偿以提高精度。

MAXQ3180有两个精确校准机制来补偿传感器的非线性。第一个精确校准机制是在低电流时单独设置增益，在高、低电流下分别设置失调。这样就可以实现高、低电流下增益和失调最多四个点的校准。

第二个精确校准机制是微调电压-电流的相位失调。在这一机制下，通过设置两个阈值将电流范围分成三段。低于两个阈值为第一段，两个阈值之间为第二段，高于两个阈值为第三段。A、B、C每一相的每一段相位失调都可以单独设置。

关于使用精确校准寄存器提高MAXQ3180精度的更多信息请参考MAXQ3180参考设计。

总结

MAXQ3180是一个灵活的电表模拟前端(AFE)，具有灵活配置，支持多种电能计量应用。仅需配置少数几个寄存器(主要是校准和增益寄存器)，系统即可实现高精度的电能计量功能。