CS5460A及其在电子式电能表中的应用

1 引 言

CS5460A是美国CRYSTAL公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片，现主要应用在单相电子式电能表和三相电子式电能表中。该芯片的性能优于其它计量芯片，主要表现在

引脚为低电平时，所有内部寄存器都被设置为缺省值。

20脚INT：中断输出。当INT变低时，表明一个允许的事件已发生。可以通过向CS5460A写入适当命令来使INT清除(逻辑1)。

21脚EOUT：电能脉冲输出。EOUT电量输出引脚，输出一个脉冲宽固定、频率(可编程)和电能成比例的脉冲串。

22脚EDIR：能量方向指示输出。如果测量到的电能是负值，电能方向指示器发出指示。

23脚SDI：串行数据输入。SDI是串行数据接口的输入引脚。数据的输入速率由SCLK决定。

3　操作原理

CS5460A可以在单一+5V电源下运行。电流通道输入范围为30mVRMS或150 mVRMS，电压通道输入范围为150 mVRMS。当在VA+/-引脚用单电源+5V供电时，CS5460A可以承受范围为-0.25V到VA+的共模信号。总功耗<500mW;电能计量精度：在1000∶1动态范围以上每秒读取0.1%;电流测量精度：读数的0.1%;瞬时功率测量精度：读数的0.1%。供电引脚最大输入电流为±

;50mA;(VA+)-(VA-)≤+6.0V。

任意时刻，软件或硬件复位都可以使系统初始化。软件复位是通过向配置寄存器的RS位写入逻辑1来实现的，复位后该位自动恢复为逻辑0。硬件复位是通过强制拉低RESET引脚50ns以上来实现。

寄存器读写命令如下：

其中，W/R为0读寄存器，为1写寄存器，RA(0～4)寄存器地址说明如下：00000：配置寄存器，00001：电流偏移校准，00010：电流增益校准，00011：电压偏移校准，00010：电压增益校准，00101：转换次数，00110：能量，00111：最新电流，01000：最新电压，01001：最新功率，01111：状态寄存器，10000：交流电流偏移寄存器，10001：交流电压偏移寄存器。

CS5460的串行接口部分集成了一个带有发送/接收缓冲器的状态机，状态机在SCLK上升沿解释8位命令字。根据对命令的解码，状态机将执行相应的操作，或者，为把寻址的内部寄存器的数据传送到发送缓冲区，写操作在数据传输前要等24个SCLK周期。通过寄存器读/写命令，数据可被写入或从CS5460A中读出，图2、图3为读、写时序。数据的读、写通过向串口SDI引脚写入相应的8位命令字(高位在前)来启动。需要注意的是：一些命令字在执行时受周期计数寄存器和配置寄存器内容的影响，需要先对周期计数器和配置寄存器内容进行正确设置。寄存器写指令后必须跟24位数据，先写命令字启动写操作，然后随着24个连续的串行时钟脉冲，CS5460A将从串行输入引脚SDI接收串行数据，一旦收到数据，状态机便将数据写入配置寄存器并返回到命令模式。寄存器读指令可以终止在8位的边界上。通过SDI引脚写入命令后，可从SDO引脚读出数据。

4 应 用

因为CS5460A可以用来测量瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电能以及电压和电流的有效值，测量结果将以24位有符号或无符号形式存储在内部寄存器中，所以可以用CS5460A设计单相多功能电能表。另外，CS5460还提供了电能计量脉冲输出端口EOUT和功率方向端口EDIR，可以方便地与步进电机计数器连接构成简单的电能表。当晶振频率为4.096MHz，分频比为1，且两个转换器的直流输入皆为最大值时，输出脉冲的频率与脉冲速度寄存器的频率相同。

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图4所示为一个典型的电度表电路，它的基本电流有效值Ib=20A，相线电压有效值V=220V(50Hz)，计量常数K=5

00imp/kWh，最大电流有效值为Imax=100A，最大电压有效值为Vmax=300V，差分电压输入和差分电流输入最大值为150mV，电阻R1调整差分电流输入值。

如果用CS5460A设计电子式三相多功能电能表，可以在A、B、C每一相用一片CS5460A，每片输入参数值都要符合CS5460A技术要求，通过MCU对三相的能量等各参数进行处理，用MCU发出脉冲，同时可以计量每一相的用电情况。利用3片CS5460A设计的电子式三相多功能电能表，有功精度可达0.5级，无功精度可达1.0级，此表现已投入生产使用。

5　结束语

CS5460A性能优于其它单相计量芯片。目前，供电部门对电网的用电考核参数越来越多，如：有功、无功、瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率等。而CS5460A提供了许多计量参数，设计在电能表中，其功能基本满足供电部门需求，市场前景极为广阔。