基于CS5463的新型多功能电能表电路设计

文章摘要：该电压采样电路由电阻网络、过压保护及去抖动电容组成。为保证采样精度，电阻应全部采用高稳定度的精密电阻。本系统中的电流采样电路由电流互感器、过压保护、电阻网络和去抖动电容组成。采用电流互感器的主要优点在于可实现高压与低压的隔离。由于CS5463的电流检测实际上是将电流信号转变为电压信号后的电压检测，所以，在电路中，先由采样电阻将互感电流转变为电压信号，再通过限流电阻和电容滤波后输人到CS5463的电流检测管脚(16、15脚)。另外，在两路输入中，还分别用二极管进行电压嵌位，以避免电压过高损坏CS5463。CS5463的3、14脚分别为模拟、数字+5V电源。同时，为了滤除电压波动，增加电源的稳定性

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该电压采样电路由电阻网络、过压保护及去抖动电容组成。为保证采样精度，电阻应全部采用高稳定度的精密电阻。

本系统中的电流采样电路由电流互感器、过压保护、电阻网络和去抖动电容组成。采用电流互感器的主要优点在于可实现高压与低压的隔离。由于CS5463的电流检测实际上是将电流信号转变为电压信号后的电压检测，所以，在电路中，先由采样电阻将互感电流转变为电压信号，再通过限流电阻和电容滤波后输人到CS5463的电流检测管脚(16、15脚)。另外，在两路输入中，还分别用二极管进行电压嵌位，以避免电压过高损坏CS5463。CS5463的3、14脚分别为模拟、数字+5V电源。同时，为了滤除电压波动，增加电源的稳定性，在两路电源输入时，分别加了滤波电容。由于此为电流检测，所以电压检测的两输入脚9和10也应接模拟地以避免干扰。另外，13脚VA要接模拟地，4脚DGND接数字地，模拟地和数字地之间用电感连接。1、24(XOUT，XIN)两脚接4.096 NHz的晶振。并用程序控制CS5463自动完成输入信号的检测，同时通过6脚SDO输出数据；而分别由5脚SCLK、7脚、19脚RES、20脚INT、23脚SDI输出单片机的时钟脉冲、片选信号、复位信号、中断信号以及单片机对CS5463的控制信号。由于CS5463要完成对模拟信号的检测并以数字信号输出检测值，即一个芯片同时有模拟、数字两种信号，因而需要模拟和数字两路电源；同时，其需要接地的管脚一定要正确接相应的地，不然将会引入很大的干扰。

5 显示电路

本仪表系统采用七段LED显示。移位寄存器74HC164的时钟信号由单片机提供。从单片机输出数据信号时，先输出低位，后输出高位。数据首先传输到对应显示高位数码管的74HC164，每当到来一个时钟脉冲时，数据便移位一次，经过一个周期后，数据将全部传输到其对应各位的74HC164并由数码管显示出来。

6 结束语

本文给出了一种多功能电能表的设计方法，详细说明了电能表的工作原理和设计思路，重点介绍了电源设计和电能计量模块的原理、实现及注意事项。经使用证明，该电能表具有运行稳定、可靠性高、精度高、成本低等优点，而且实用性强。此外，还可针对不同的需求来改进功能，如增加通讯模块等。

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◇具有电能-脉冲转换功能；
   
◇具有系统校准和相位补偿功能；
   
◇带有温度传感器；
   
◇具有两种无功计算方式；
   
◇可以从串行EEPROM智能“自引导”，而不需要微控制器；
   
◇可AC或DC系统校准；
   
◇具有机械计度器／步进电机驱动器；
   
◇符合IEC687／1036，JIS工业标准；
   
◇功耗<12mW；
   
◇带有优化的分流器接口；
   
◇带有单电源地参考信号；
   
◇片内带有2.5 V参考电压(最大温漂为25ppm/℃)；
   
◇带有简单的三线数字串行接口；

◇内带电源监视器。

3 电源电路设计

开关稳压电源具有功耗低，稳压范围宽，体积小，重量轻，安全可靠等优点，因此，目前电子设备的变压器稳压电源正逐渐被开关稳压电源所取代。本系统中的电源电路如图2所示。由于在检测电路部分要用到CS5463，为了避免模数间的干扰，本系统在开关稳压电源部分需要有两路+5 V输出。

交流电首先经过一个由保险丝和压敏电阻组成的保护电路，保险丝主要起过流保护作用；压敏电阻则起过压保护作用。在正常工作情况下，电路的压敏电阻相当于断路。当电网电压波动或受外界影响(如闪电，电源突然接入等)而引起电压瞬间激增时，压敏电阻会自动导通，并由压敏电阻和保险丝组成回路。由于高压下的压敏电阻阻值较小，所以回路电流很大，保险丝自动断开，这样就起到了保护内部电路的作用。该保险丝是可以自恢复的，也就是说，它可以反复使用而无需更换。

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