PDF《三相电能计量芯片 V9203》

第1页,共116 页 杭州万高科技股份你有限公司 三相电能计量芯片 V9203 ? 计量精度高: 满足 GB/T 17215.

321-

2008、GB/T 17215.322-2008 和GB/T 17215.323-2008 的要求;

在10000:1 的动态范围内,全波/基波有功能量计量误差小于 0.1% 在5000:1 的动态范围内,全波/基波无功能量计量误差小于 0.1% ? 提供各种测量数据:

7 路电压/电流信号原始波形(22-bit),DMA 模式输出,更新频率 6.4kHz

7 路电压/电流信号直流分量合相和各相全波/基波电压/电流有效值和有功/无功/视在功率/能量 零线电流有效值 频率/相位/功率因数 ? 提供多种工作模式,除了正常工作模式外,还支持: 停电全失压预判断模式,判断阈值可设,此时芯片典型工作电流为 1.65mA,响应时间小于 20ms 电流有效值测量模式,此时芯片典型工作电流为 5.1mA,响应时间小于 135ms 深睡眠模式,芯片电源完全关断,此时芯片典型工作电流为 0.2μA ? 支持软件校表: 支持分段角差校正(五段),调整范围是±2.8° 支持全波有功功率分段比差校正(三段)和二次补偿(offset 校正) 支持全波/基波无功功率和基波有功功率比差校正和二次补偿(offset 校正) 支持小信号加速校表 支持配置参数自动校验 ? 支持 CT 和di/dt 电流输入模式 ? 支持三相三线/三相四线应用 ? 支持可编程的起动/潜动判断 ? 3.3V 单电源输入,宽电压输入范围:2.6V~3.6V ? 基准电压:1.185V(10ppm/° C) ? 支持 SPI 接口 ? 工作温度:-40~+85° C ? 存储温度:-55~+150° C ?

44 引脚 LQFP 封装 特点 V9203 声明 第2页,共116 页 万高(杭州)科技有限公司 杭州万高科技股份有限公司保留对本手册所涉及的产品及相关的技术信息进行补正或更新的权利.使用本 手册时,请您从我们的销售渠道或登录公司网站 http://www.vangotech.com 获取最新信息. 声明 V9203 目录 第3页,共116 页 万高(杭州)科技有限公司 特点

1 声明

2 目录

3 引脚分布图.6 模拟性能参数

11 计量性能参数

12 极限参数.13 功耗

14 功能框图.15 第1章寄存器列表

16 1.1 模拟控制寄存器.16 1.2 计量配置寄存器.20 1.2.1 计量控制寄存器.20 1.2.2 起动/潜动模式选择寄存器.25 1.2.3 合相功率组合寄存器

25 1.2.4 高速 CF 脉冲来源选择寄存器.28 1.3 计量数据寄存器.29 1.3.1 直流分量寄存器.29 1.3.2 频率/相位寄存器.30 1.3.3 功率因数寄存器.31 1.3.4 电压/电流有效值寄存器

32 1.3.5 功率寄存器.33 1.3.6 普通能量累加和脉冲产生电路寄存器.37 1.3.7 高速能量累加和脉冲发生电路寄存器.42 1.4 校表参数寄存器.43 1.4.1 预设直流偏置值寄存器.43 1.4.2 角差校正寄存器.44 1.4.3 电压/电流有效值校正寄存器.45 1.4.4 功率校正寄存器.46 1.4.5 门限值寄存器.49 1.5 计量状态寄存器.50 1.6 中断寄存器

52 第2章复位.56 2.1 上电复位(POR)56 2.2 RST 输入复位.56 第3章时钟系统.57 3.1 RC 振荡器

57 3.2 晶体振荡器

57 3.2.1 OSC 时钟

57 3.2.2 时钟分频电路.58 第4章系统状态.59 4.1 启动状态

59 4.2 工作状态

59 4.3 浅睡眠状态

61 目录 V9203 目录 第4页,共116 页 万高(杭州)科技有限公司 4.4 深睡眠状态

61 第5章电源系统.62 5.1 数字电源电路.62 5.2 掉电监测电路.62 第6章带隙基准电压源电路(Bandgap)63 第7章SPI 接口

64 7.1 数据帧结构

64 7.2 写操作.65 7.3 读操作.66 7.4 检查上一次读/写操作.66 7.5 通信数据校验.67 7.6 SPI 接口复位.67 7.7 其他高级命令.67 第8章电能计量.69 8.1 数据存储器 RAM

70 8.2 电压/电流模拟信号输入

74 8.3 模拟/数字转换

76 8.4 角差校正

77 8.5 数字信号输入.79 8.6 信号原始波形输出.80 8.7 直流分量

82 8.8 数字积分器

83 8.9 有效值计算

83 8.9.1 有效值计算.83 8.9.2 有效值校正.84 8.10 功率计算

85 8.10.1 全波有功/无功功率计算

85 8.10.2 基波有功/无功功率计算

86 8.10.3 功率校正

87 8.11 视在功率计算.89 8.12 功率因数计算.90 8.13 合相功率计算.91 8.13.1 合相有功/无功功率计算

91 8.13.2 合相视在功率计算

93 8.14 能量累加和脉冲发生

94 8.14.1 普通能量累加和脉冲发生电路

94 8.14.2 高速能量累加和 CF 脉冲输出电路

94 8.15 起动/潜动判断

97 8.16 频率测量

97 8.17 相位测量

97 8.18 零线不平衡判断.98 8.19 过零点判断

98 8.20 全失压检测

98 8.21 芯片启动流程.99 8.22 三相三线应用.99 8.23 校表.100 8.23.1 校表流程

100 8.23.2 校表相关公式.100 第9章中断系统.103 9.1 中断 0,系统参数自检中断

103 9.2 中断 1~3,过零点中断

109 V9203 目录 第5页,共116 页 万高(杭州)科技有限公司 9.3 中断 4~7,CF 脉冲中断.110 9.4 中断 8~10,全失压检测中断

110 9.5 中断 11,逆相序中断.110 9.6 中断 12,SPI 通信异常中断.110 9.7 中断 13,掉电中断.110 封装尺寸图.111 图索引

112 表索引

113 版本更新说明

116 V9203 引脚分布图 第6页,共116 页 万高(杭州)科技有限公司 下表 类型 一栏中,I=输入;

O=输出;

P=电源;

G=地. 引脚编号 名称 类型 功能说明

1 DVCC P 数字电源电压输出.外部应连接一个由一个 10μF 和0.1μF 去耦电容组成的并联电路.

2 AVDD P 模拟 3.3V 电压输入

3 AVSS G 模拟地输入 4~5 IAN, IAP I A 相电流通道(IA)信号输入 6~7 IBN, IBP I B 相电流通道(IB)信号输入 引脚分布图 **AVSS:Pin3 与Pin18 必须同时接模拟地. V9203 引脚分布图 第7页,共116 页 万高(杭州)科技有限公司 引脚编号 名称 类型 功能说明 8~9 ICN, ICP I C 相电流通道(IC)信号输入 10~11 INN, INP I 零线电流(IN)信号输入

12 BGIO I/O 片上基准电压输出,应连接一个 1μF 的去耦电容.

13 UAP I A 相电压通道(UA)信号 P 端输入

14 UBP I B 相电压通道(UB)信号 P 端输入

15 UCP I C 相电压通道(UC)信号 P 端输入

16 UN I 三路电压信号 N 端输入

17 VDCIN I 掉电监测输入. 当该引脚上的输入电压高于 1.1V 时,表明当前系统供电正常;

当该引脚上的输入电压低于 1V 时,表明当前系统发生了掉电.

18 AVSS G 模拟地输入

19 DEEPSLEEP I 深睡眠使能. 持续输入高电平超过 4ms,系统进入深睡眠状态. 持续输入低电平超过 4ms,系统被唤醒,进入启动状态.

20 DFTEN I DFT 使能,高电平有效.为保证系统正常工作,这个引脚必须输入低电平.

21 TYPE I 为保证系统正常工作,这个引脚必须输入高电平.

22 CTO O 晶体振荡输出. 芯片内部集成了振荡电路,内含 10pF 匹配电容(有效电容) . 在片外连接低功耗的 13.1072MHz 晶体(负载容量约为 8pF)时,晶体可直接连接入 CTO 和CTI 引脚. 在片外连接普通的高功耗晶体(负载容量约为 18pF)时,应先在片外各连接一个 15pF 的电 容,再连接入 CTO 和CTI 引脚.加上电容后晶体振荡器的功耗升高约 36μA.

23 CTI I 晶体振荡输入. V9203 引脚分布图 第8页,共116 页 万高(杭州)科技有限公司 引脚编号 名称 类型 功能说明 24~25 PM0, PM1 I 工作模式选择输入. 当PM0/PM1 的值被配置为: 00:浅睡眠(不推荐使用) .此时,模拟电路中仅有 RC 振荡器、晶体振荡器和数字电源电路工作,其余的均 关闭;

数字电路中仅时钟管理电路、复位电路和外部信号(引脚 PM0/PM1/RST/DFTEN 上的输入信号)滤波 电路工作,其余均进入休眠状态.数据存储器 RAM 和寄存器的配置保持不变;

10:停电全失压预判断模式.此时,模拟电路中仅有 RC 振荡器、晶体振荡器、数字电源电路、三路电流通道 ADC、时钟分频电路和电压基准电路(Bandgap)开启,其余电路均关闭;

数字电路中仅时钟管理电路、复 位电路和外部信号(引脚 PM0/PM1/RST/DFTEN 上的输入信号)滤波电路 、角差校正电路、抽取滤波器、 电流检测电路、中断系统和从机模式 SPI 接口开启,其它均进入休眠状态(此时,SPI 接口无法正常通讯) . 用户可通过电流通道失压检测中断来判断电流信号是否足以进行电能计量;

01:电流有效值计量模式.此时,模拟电路中仅有 RC 振荡器、晶体振荡器、数字电源电路、三路电流通道 ADC、时钟分频电路和基准电路(Bandgap)开启,其余电路均关闭;

数字电路中仅时钟管理电路、复位电 路和外部信号(引脚 PM0/PM1/RST/DFTEN 上的输入信号)滤波电路、角差校正电路、抽取滤波器、全波/ 基波有效值/功率(有功/无功/视在)/功率因数计算电路、普通/高速能量累加和脉冲发生电路、去直流电路、 电流检测电路、频率/相位测量电路、起动/潜动判断电路、中断系统和 SPI 接口开启,其它均进入休眠状态. 外部 MCU 通过 SPI 接口读取各相基波电流有效值,并判断各相的起动/潜动状态;

11:正常工作模式.此时,模拟电路根据模拟控制寄存器的配置工作;

全部数字电路均工作.除模拟控制寄存 器外,其它所有寄存器均需在此模式下进行配置.

26 CF0 O 全波/基波合相有功功率(0/1)CF ........