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1 - 多功能三相电能计量芯片 ? 概述 GC7758A是一款高精度三相电能计量芯片,具有检测三相电力线每相负荷信息的多 相多功能电能测量芯片.芯片内带有两路脉冲输出和一个串行接口.GC7758集成了二阶 ∑-模数转换器,数字积分器,精密基准电压源,温度传感器.可用于测量有功功率、 复功率、视在功率、有效值,以及以数字方式校正系统误差(增益、相位和失调等)所必 须的信号处理电路. GC7758A 适用于计量各种三相配置条件下的有功, 无功和视在电能, 如WYE 和DELTA 系统,包括三线和四线制.GC7758 为各相提供系统校准功能,包括有效值偏移校准、相 位校准、功率校准.APCF 逻辑输出提供有功功率信息,VARCF 逻辑输出提供瞬时无功功 率或视在功率信息. GC7758A 具有波形采样寄存器,它可以对模数转换器的输出进行访问.该器件集成 了一个用于短时低电平和高电平变化的检测电路,变化的阈值电压和持续时间(即半周 期数)由用户编程决定.三相中的任一相的线电压过零检测与电压过零点是同步的,过 零检测的结果可用于测量三个电压输入中任意一个的周期. 也可用于内部芯片的线循环 (Line Cycle)电能累加模式.该模式使电能累加与半周期的整数倍同步,以此实现更 快更准确的校准. 输出数据可通过 GC7758A 的SPI 串行接口读取. 中断请求输出 (IRQ) 为开漏输出,低电平有效.在GC7758A 中出现一个或多个中断事件时,IRQ 输出变为低 电平.通过状态寄存器显示中断事件的性质. ? 特点 1.1 丰富的内部结构 两路脉冲输出(包括一个有功功率输出和一个可选输出) 多个信号处理电路(有功功率、复功率、视在功率、有效值的测量以及以数字方式 校正系统误差所必须的信号处理电路) 集成了二阶∑-数模转换器,数字积分器,精密基准电压源,温度传感器 可编程电流通道放大器 GC7758A www.sungine.com.cn 2018-06-12 GC7758A-V22 -

2 - 兼具终端功能的 SPI 串行接口 2.4V 内部基准电源,其典型温漂为 30ppm 5V 单电源,典型功率值为 70mW 芯片内积分器,提供对带 di/dt 输出电流传感器的直接接口 波形采样寄存器,可对模数转换器的输出进行访问 1.2 高精度的测量结果 支持IEC 60687,IEC 61036,IEC 61268,IEC 62053-21, IEC 62053-22, IEC 62053-23 标准 在1000/1 的动态范围内,小于 0.1%的有功能量测量误差 1.3 人性化的功能设置 可以对有功/无功/视在电能进行计量,采样数据有电压 RMS,电流 RMS 以及波形 补偿校准功能可以实现对功率、相位以及峰值的数字补偿 兼容三相三线或者三相四线 线电压 SAG 和过电压检测阈值可编程 ? GC7758A 封装引脚示意图 图1.GC7758A SSOP24 封装外形图 GC7758A www.sungine.com.cn 2018-06-12 GC7758A-V22 -

3 - ? 管脚说明 管脚号 管脚名称 说明1APCF 有功功率校正频率逻辑输出引脚:该引脚的输出主要用于校准和操作的目的,满刻度输出 频率可以写入 APCFNUM 和APEFDEN 寄存器进行调整.

2 DGND 数字电路参考地引脚:例如乘法器、滤波器、数―频转换器的地端.由于高 GC7758A 的回 路电流很小,该引脚可以直接跟整个系统的模拟地端(AGND)相连,但是 DOUT 端的大总 线电容产生的数字噪声电流可能会影响其性能.

3 DVDD 数字电源引脚:为芯片数字部分提供电压源,电压须维持在5V±5%.可用一个10μF的电 容和一个100nF的瓷片电容并联后进行去耦合.

4 AVDD 模拟电源引脚:为芯片模拟部分提供电压源.电压须维持在 5V±5%.该引脚应该采用正 确的去耦方法,尽量减小电源波动和噪声.该引脚用一个 10μF 的电容和一个 100nF 的瓷 片电容并联后,再连接到 AGAND 引脚来去耦合. 5,6 7,8 9,10 IAP,IAN IBP,IBN ICP,ICN 引脚(5)~(10)是电流通道模拟输入引脚:这些输入都是全差动电压输入,最大的差 动输入信号为±0.5V,±0.25V,±0.125V.根据内部放大器的增益选择,来设定输入电 压的最大值,增益选择放大器的增益由PGA 寄存器来设定.所有的输入引脚均能承受±6V 的过电压而不会造成永久损坏,并具有静电释放保护电路.

11 AGND 模拟电路部分的参考地端引脚:该引脚为内部的ADCS、温度敏感元件、参考电压端等部分 的参考地端.应该连接到系统的标准模拟地或者干扰最小的接地参考点.干扰最小的接地 参考点应该跟所有的模拟线路相连.为了减小芯片的地端噪声,模拟地端应该和数字地端 一点接地.也可以把整个器件都安放在模拟接地面上.

12 REF IN/OUT 片上基准电压引脚:典型值为2.5V±8%.外部参考端也可以与该脚相连.无论是否连接外 部参考电压端,该引脚都应该用一个1μF的瓷片电容跟AGND端连接以去偶合.

13 VN 电压通道的模拟输入引脚:这些输入是单端电压输入,最大信号电压为±0.5V, (相对于 VN端) .可以通过设置内部可编程放大器PGA选择输入信号的最大值为±0.5V,±0.25V 或者±0.125V.所有的输入引脚均能承受±6V 的过电压而不会造成永久损坏,并具有ESD 保护电路.

14 VCP

15 VBP

16 VAP

17 VARCF 复功率校准频率逻辑输出引脚:通过设置WAVMODE 寄存器的VACF 位来选择输出复功率或 者视在功率. 该输出常用于电能表的校准. 满刻度输出可以通过写入VARCFNUM 和VARCFDEN 寄存器的数值来调节.

18 _IRQ 中断请求输出引脚:低电平有效的开漏极逻辑输出端.可屏蔽的中断包括:有功电量寄存 器半满,视在功率寄存器半满和波形采样速率上升到 26kSPS 状态.

19 CLKIN ADC 组件和数字信号处理组件的主时钟:最高振荡频率为 15MHz.可在 CLKIN 和CLKOUT 之间跨接一个 AT 型 晶体来产生数字时钟信号.应根据晶体的参数来确定所需负载电容 值.使用外部时钟时,也可经此管脚提供时钟信号.

20 CLKOUT 内部晶体振荡反相器输出端,该端口可驱动一个CMOS 负载.

21 _CS 片选信号引脚:低电平有效.这时芯片与数据总线接通.

22 DIN 串行接口的数据输入端引脚:在串行口的时钟信号 SCLK 的下降沿输入数据.

23 SCLK 串行时钟信号输入端引脚:所有串行数据被该信号同步.该引脚具有施密特触发输入,以 适应变化速度较慢的脉冲沿.

24 DOUT 串口数据输出引脚:当SCLK 信号处于上升沿时,数据经该引脚输出.在没有数据的时候 该引脚为高阻状态. GC7758A www.sungine.com.cn 2018-06-12 GC7758A-V22 -

4 - 功能框图 图2. GC7758 内部电路框图 ? GC7758A 的工作原理与内部电路框图说明 参见图2. GC7758A 是一种高精确度三相电能测量IC,带有一个串行口,两路脉冲 输出.GC7758A 集成了数字、积分、参考基准电压源、温度敏感元件等,有可用于有 功功率、复功率、视在功率、有效值的测量以及以数字方式校正系统误差(增益、相位 和失调等)所必须的信号处理电路.该芯片适用于各种三相电路(不论三线制或者四线 制)中测量有功功率、复功率、视在功率. 来自电流传感器和电压传感器的电压信号经信号放大PGA1,PGA2 和模数变换ADC 转换为对应的数字信号,然后,电流信号经电流通道内的高通滤波器HPF 滤除DC 分量 并数字积分后,与经相位校正Φ的电压信号相乘,产生瞬时功率;

此信号经低通滤波 LPF2 产生瞬时有功功率信号;

各相功率相加得到总的三相瞬时有功功率, 经DOUT 引脚 输出.视在功率和复功率的计算与此类似.GC7758 有六路模拟量输入,分成电流,电 压两组通道.电流通道由三对差分电压输入,分别是IAP,IAN;

IBP,IBN;

ICP,ICN. 这三个电流通........