銳能微RN8302/RN7302 應(yīng)用筆記

Data: 2014-7-19 Rev: １.０               

  

目錄

本應(yīng)用筆記介紹了使用銳能微三相計(jì)量芯片RN8302/RN7302設(shè)計(jì)三相多功能電表的硬件設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)方法和校表方法。閱讀本文檔時(shí)，請(qǐng)參閱相應(yīng)的用戶手冊(cè)。

RN8302/RN7302外圍硬件電路包括電壓電流采樣電路、SPI通信接口電路、脈沖輸出電路、電源和復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等。典型應(yīng)用電路示意圖如下：  

圖2-1  典型應(yīng)用電路示意圖1（電壓采樣為電阻列分壓輸入，電流采樣為電流互感器差分輸入）

ABC1TABICIAINNIRN8302/RN7302寬量程高精度多功能三相計(jì)量芯片單片機(jī)顯示模塊鐵電或EEPROM通訊模塊1K1K33nF33nF10UF0.1UF10UF0.1UF8.192MHzCFxSPIINTNREFVAGNDVOXIXOIAPIANDVCCVAPVANAVCCRSTNDGNDRTC與A相接線相同與A相接線相同UBIciUCIbi1K1K33nF33nF2TA3TAaIbIcInabcIIIIIaiUAUN(UB)IaoIboIco光耦10M15PF15PF10ΩRR0.1UF0.1UF10UF10UF+3.3V1.5~2.5M電阻列1.圖中電壓采樣采用電阻列分壓，電阻列阻值推薦為1.5M~2M(PGA=1條件），分壓電阻推薦采用5~8個(gè)1206電阻。2.三相四線時(shí)，UN接地；三相三線時(shí)，UB接地（虛線部分），B路電壓電流ADC輸入端可懸空或用于其他用途。3.圖中電流采樣采用電流互感器差分輸入，采樣電阻阻值用戶根據(jù)實(shí)際過(guò)載要求和電流ADC量程設(shè)計(jì)。

圖2-2  典型應(yīng)用電路示意圖2 （三相三線表，電壓采樣為電流互感器差分輸入，電流采樣為電流互感器差分輸入） RN8302/RN7302寬量程高精度多功能三相計(jì)量芯片單片機(jī)LCD顯示模塊鐵電或EEPROM通訊模塊1K1K1K33nF33nF60~100Ω33nF33nFCFxSPIINTNREFVAGNDVOXIXOUAPUANIAPIANDVCCABCabc1TV2TV1TA2TAaIcIBICIAI1K1K33nF33nF33nF33nFUCPUCNICPICNAVCCRSTNDGNDRTCUaUbUcIaiIaoIciIco光耦8.192MHz15PF15PF10M10UF10Ω0.1UF0.1UF10UF0.1UF10UF0.1UF10UFRRRR+3.3V1K60~100Ω1K60~100Ω1K60~100Ω190K190KT1T2T3T41.圖中電壓采樣采用電流互感器差分輸入，T3和T4的CT是1:1變換器，圖中電阻參數(shù)是電壓380V，CT為2mA到2mA推薦參數(shù)。2.圖中電壓采樣電路中190K電阻采用電阻列形式，推薦采用5~8個(gè)1206電阻。3.圖中電流采樣采用電流互感器差分輸入，采樣電阻阻值用戶根據(jù)實(shí)際過(guò)載要求和電流ADC量程設(shè)計(jì)。

2.1采樣電路

RN8302/RN7302包含7路高精度Σ-ΔADC，其中包括3路電壓ADC，4路電流ADC，為保證計(jì)量的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)時(shí)確保電壓和電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系：VA對(duì)應(yīng)IA   VB對(duì)應(yīng)IB  VC對(duì)應(yīng)IC  。

1. 電壓采樣電路（以A相采樣為例，B/C相接法一樣）：

    推薦1：電阻串分壓方式              額定采樣值 電壓通道VA 推薦額定條件下輸入信號(hào)為100～200mVrms。    設(shè)計(jì)參考電路圖：       注：電阻分壓串的電阻通常采用6~8個(gè)1206片阻，阻值在１～２兆歐        推薦2：電流型電壓互感器方式 設(shè)計(jì)參考電路圖：NAUn1K1K電阻串1~2兆歐33nF33nF1KVAPVAN

               推薦3：標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器方式   設(shè)計(jì)參考電路圖：         2. 電流采樣電路 設(shè)計(jì)參考電路圖：          電流互感器根據(jù)電流規(guī)格進(jìn)行選擇，電流采樣電阻的確定原則： NAUn1K1K電流1~2mA33nF33nFVAPVAN6~8個(gè)電阻電流型電壓互感器 2mA:2mA050一食物50歐50歐NAUn1K1K33nF33nFVAPVAN電壓互感器 (額定輸出100~200mv)050一食物IA+1K1K33nF33nFIAPIAN電流互感器 (5(60)A/5mA 10歐 0.05級(jí))050一食物5歐5歐IA-IBR1R2

1． 輸入保證精度的最大電流值時(shí)，其采樣輸入信號(hào)有效值小于ADC滿量程：565.7mVrms

2． 為保證更寬的動(dòng)態(tài)范圍，電流互感器及取樣電阻的選擇應(yīng)盡量選擇滿足精度的最大值：

推薦公式：I最大值/變比*2*R取樣<800mV/1.414 I最大值:客戶確定需要保證精度的電流最大值（國(guó)網(wǎng)表為1.2~1.4倍Imax） 變比：電流互感器變比 R取樣： 電流互感器二次側(cè)串接的電阻R1 R2的阻值   3. 采樣電路PCB設(shè)計(jì) 參考如下：

圖2 采樣電路PCB設(shè)計(jì)參考  注意事項(xiàng)：

1、 同一路ADC的P端和N端抗混疊濾波電容接地端盡量靠近； ADC的接地點(diǎn)需有大面積地平面，全部ADC的接地點(diǎn)連接到大面積地上。

2、 ADC輸入信號(hào)需走差分線。

3、 ADC輸入信號(hào)應(yīng)遠(yuǎn)離其他信號(hào)。

2.2 基準(zhǔn)電壓電路

RN8302/RN7302內(nèi)置1.25V±1%  5ppm 典型值基準(zhǔn)電壓，電表設(shè)計(jì)時(shí)需在RN8302/RN7302 REF引腳上加兩電容其中1個(gè)1~10uF(必須有1uf以上)，另外0.1uF電容。PCB設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意基準(zhǔn)電壓走線盡量短，濾波電容盡量靠近芯片管腳。

2.3晶振電路

RN8302/RN7302系統(tǒng)時(shí)鐘為8.192MHz，請(qǐng)使用8.192MHz晶振。參考設(shè)計(jì)電路請(qǐng)見(jiàn)圖。

  需跨接10兆歐電阻，晶振參數(shù)：ESR<50，負(fù)載電容１0～１5pf 考慮雜散電容影響，建議晶振外接兩個(gè)15~22pf電容 pcb設(shè)計(jì)注意：8.192MHzXIXO15pF～22pF15pF～22pF10兆歐

１. 晶體緊靠管腳

２. 走線盡量短

３. 高頻部分正反面鋪地完整進(jìn)行屏蔽

４. 電源及信號(hào)遠(yuǎn)離晶振電路

2.4復(fù)位電路

芯片提供3中三種復(fù)位模式： 電源復(fù)位； 外部管腳復(fù)位； 命令復(fù)位；    其中命令復(fù)位與外部管腳復(fù)位等效，屬于硬件復(fù)位。 復(fù)位管腳的處理（參見(jiàn)推薦電路）：直接接電源；

pcb設(shè)計(jì)注意：

１. 直接接到電源腳

2.5 芯片電源電路

說(shuō)明：1. 模擬電源與數(shù)字電源間接10歐電阻，減少數(shù)字噪聲。       2..靠近AVDD和DVDD引腳處各接一個(gè)0.1uf去耦電容。PCB設(shè)計(jì)時(shí)0.1uf電容 緊靠管腳，電源走線通過(guò)電容后再到電源管腳       3. 電源電壓需保證3.3V±10%。

2.6 SPI通信接口電路

RN8302/RN7302支持SPI通信接口。最高速率3.5MHz 傳輸信號(hào)線有可能受到干擾而出現(xiàn)抖動(dòng)，為保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，需要外接RC進(jìn)行濾波。參數(shù)的選擇可根據(jù)需要確定。

  SPI電路PCB設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意走線盡量短且遠(yuǎn)離其他信號(hào)線，并加地線作為屏蔽。

2.7 脈沖輸出電路

RN8302/RN7302提供可配置的脈沖輸出口CF，可任意配置成：有功、無(wú)功、視在電能脈沖輸出，CF1默認(rèn)為全波有功，CF2默認(rèn)為全波無(wú)功，脈沖輸出驅(qū)動(dòng)能力4mA；     CF默認(rèn)為低電平，有脈沖時(shí)輸出80ms高電平，當(dāng)脈沖周期小于160ms時(shí)，輸出占空比1：1脈沖。

3. 可靠性設(shè)計(jì)

                    圖3-1 RN8302設(shè)計(jì)的三相電能表pcb參考圖 使設(shè)計(jì)的電表滿足電磁兼容性和可靠性，需遵循以下幾點(diǎn)。

3.1 強(qiáng)電區(qū)域

安全及可靠性：參考圖3-1。

1、 電表設(shè)計(jì)時(shí)，需將強(qiáng)電和弱電隔離開(kāi)

2、 CF脈沖輸出需用光耦與CPU和計(jì)量部分隔離

3、 485電路需用光耦與CPU和計(jì)量部分隔離

4、 電源與地之間加壓敏電阻前端保護(hù)后到系統(tǒng)的電源

5、 主電源線及地線要有足夠的線徑(建議1.5mm以上)

3.2電源和復(fù)位

1、 RN8302/RN7302數(shù)字電源DVDD和模擬電源AVDD之間需接10歐電阻，且在靠近AVDD和DVDD引腳處各接一個(gè)100nf去耦電容。

2、 計(jì)量芯片數(shù)字地和模擬地通過(guò)大面積鋪地直接連接，不需要隔離。

3、

圖3-2電源和復(fù)位參考PCB圖

3.3 通信接口

注意事項(xiàng)：   １.通訊走線盡量短且遠(yuǎn)離其他信號(hào)線，并加地線作為屏蔽。   ２.去耦電容盡量靠近管腳。

3.4脈沖輸出

脈沖輸出限流電阻需靠近計(jì)量芯片；脈沖走線盡量遠(yuǎn)離其他信號(hào)線，并加地線屏蔽；去耦電容要靠近光耦輸入端。         

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1上電配置步驟

  上電后RN8302/RN7302參數(shù)配置遵循如下步驟：     1. 通訊檢測(cè)：讀回deviceid（8Fh）=0x 830200后順序執(zhí)行 2．工作模式切換到計(jì)量模式EMM：    打開(kāi)寫(xiě)使能（寄存器80h=0xE5）下，配置模式切換寄存器（81h=0xA2） 3. 命令復(fù)位：        配置軟件復(fù)位寄存器（82h=0xFA） 4. 延時(shí)20ms 5. 校表參數(shù)配置：參數(shù)寄存器若為計(jì)量芯片默認(rèn)值，可以不配置   打開(kāi)寫(xiě)使能（寄存器80h=0xE5）下，對(duì)高頻脈沖常數(shù)Hfconst(00h) ，通道增益（GSUA（13h）  GSUB（14h） GSUC（15h） GSIA（16h） GSIB（17h） GSIC（18h），通道相位（PHSUB（0Dh） PHSUC（0Eh）PHSIA（0fh）PHSIB（10h）PHSIC（11h）），功率增益及功率相位（寄存器28H~36H，B0H~BBH）， 相位分段閾值寄存器(PRTH1L（06h）  PRTH1H（07h） PRTH2L（08h） PRTH2H（09h）)，啟動(dòng)閾值寄存器（IStart_PS（02h）  IStart_Q（03h） ，功率OFFSET寄存器（37H~3CH）進(jìn)行配置。  6. 脈沖口配置 CFCFG(60h) (默認(rèn) cf1 有功；cf2無(wú)功)     7. 三相三/三相四模式寄存器       三相三時(shí)：Modesel (86H) 配置為33h        三相四時(shí)：Modesel (86H) 配置為00h     8. 通道使能  計(jì)量控制寄存器 62H=0xFF     9.寫(xiě)保護(hù)（全部參數(shù)配置完成后）        配置寫(xiě)使能寄存器（寄存器80H=0xDC）

4.2運(yùn)行中計(jì)量芯片參數(shù)校驗(yàn)

MCU須定時(shí)讀出計(jì)量芯片的累加校驗(yàn)寄存器（CheckSum1（6Ah）進(jìn)行校驗(yàn)，如校驗(yàn)和改變，需重新軟件復(fù)位并配置計(jì)量相關(guān)參數(shù)。

4.3 SPI通信接口

4.3.1 SPI接口信號(hào)說(shuō)明

SCSN：SPI從設(shè)備片選信號(hào)，低電平有效，輸入信號(hào)，內(nèi)部懸空，建議外接上拉電阻。

SCSN由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，表示當(dāng)前芯片被選中，處于通訊狀態(tài)；SCSN由低電平變

為高電平時(shí)，表示通訊結(jié)束，通訊口復(fù)位處于空閑狀態(tài)。 SCLK：串行時(shí)鐘輸入腳，決定數(shù)據(jù)移出或移入SPI口的傳輸速率。 所有的數(shù)據(jù)傳輸操作均與SCLK同步，RN8302/RN7302在上升沿將數(shù)據(jù)從SDO引腳輸出；主機(jī)在上升沿將數(shù)據(jù)從SDI引腳輸出。RN8302/RN7302和主機(jī)都在下降沿讀取數(shù)據(jù)。 SDI：串行數(shù)據(jù)輸入腳。用于把主設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)絉N8302/RN7302內(nèi)部。 SDO：串行數(shù)據(jù)輸出腳，用于把RN8302/RN7302數(shù)據(jù)輸出給主設(shè)備。SCSN為高時(shí)，為高阻。

4.3.2 SPI幀格式

寫(xiě)操作：  讀操作：  ADDR：寄存器地址（8bit 高位先發(fā)，具體地址見(jiàn)寄存器列表）         0x000~0x0FF ：計(jì)量參數(shù)寄存器空間         0x100~0x1FF ：配置和狀態(tài)寄存器空間         0x200~0x27F ：波形采樣數(shù)據(jù)緩存塊1空間         0x280~0x2FF ：波形采樣數(shù)據(jù)緩存塊2空間         0x300~0x37F ：波形采樣數(shù)據(jù)緩存塊3空間         0x380~0x3FF ：波形采樣數(shù)據(jù)緩存塊4空間         0x400~0x47F ：波形采樣數(shù)據(jù)緩存塊5空間         0x480~0x4FF ：波形采樣數(shù)據(jù)緩存塊6空間 CMD： 命令字節(jié){bit7  6  5  4  3  2  1  0} Bit7: R/W 讀寫(xiě)控制位  =0，表示讀操作；=1，表示寫(xiě)操作； Bit[6 5 4]，表示目標(biāo)地址的高3位地址，即Bank地址(計(jì)量參數(shù)寄存器=000，配置和狀態(tài)寄存器=001) BL[1:0]，僅在Burst讀波形數(shù)據(jù)緩存幀有效，表示Burst讀操作的字長(zhǎng)（即讀取多少個(gè)地址的數(shù)據(jù)）； BL[1:0]=2’b00， Burst讀字長(zhǎng)為1 BL[1:0]= 2’b 01， Burst讀字長(zhǎng)為4 BL[1:0]= 2’b 10， Burst讀字長(zhǎng)為8 BL[1:0]= 2’b 11， Burst讀字長(zhǎng)為16 當(dāng)?shù)刂仿湓诓ㄐ尾蓸訑?shù)據(jù)緩存空間時(shí)，BL有效；地址采取“遞增”方式； 當(dāng)?shù)刂凡辉诓ㄐ尾蓸訑?shù)據(jù)緩存空間時(shí)，BL無(wú)效；但是其值依然參與校驗(yàn)和計(jì)算 寫(xiě)操作時(shí)，BL無(wú)效，但是其值依然參與校驗(yàn)和計(jì)算； MSB、LSB字節(jié)：數(shù)據(jù)塊；先發(fā)高字節(jié)，后發(fā)低字節(jié)； CS塊：校驗(yàn)和字節(jié)   ADDR+CMD+DATA單字節(jié)求和取反，讀數(shù)據(jù)時(shí)由計(jì)量芯片計(jì)算。 ADDRCMDMSBLSBCS„SPI Master DriveADDRCMDMSBLSBCS„SPI Master DriveSPI Slave Drive

4.3.3 SPI寫(xiě)操作

圖4-1  SPI寫(xiě)時(shí)序 工作過(guò)程：  主機(jī)在SCSN有效后，先通過(guò)SPI寫(xiě)入地址和命令字節(jié)，再寫(xiě)入數(shù)據(jù)字節(jié)。注意： MDB0LDB7LDB01B2B1B0命令字節(jié)最高有效字節(jié)t1最低有效字節(jié)MDB7A2A6CS7CS0t2校驗(yàn)和字節(jié)CS6A7A5A4A3A1A0地址字節(jié)0000SCSNSCLKSDI

1． 以字節(jié)為單位傳輸，高位比特在前，低位比特在后；

2． 多字節(jié)寄存器，先傳輸高字節(jié)內(nèi)容，再傳輸?shù)妥止?jié)內(nèi)容；

3． 主機(jī)在SCLK高電平寫(xiě)數(shù)據(jù)，RN8302/RN7302在SCLK下降沿取數(shù)據(jù)；

4． 數(shù)據(jù)字節(jié)之間的RN8302/RN7302時(shí)間t1要大于等于半個(gè)SCLK周期；

5． 最后一個(gè)字節(jié)的LSB傳送完畢，SCSN由低變高結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸。SCLK下降沿和SCSN上升沿之間的時(shí)間t2要大于等于半個(gè)SCLK周期。

4.3.4 SPI寫(xiě)操作程序示例：C程序

void fnWrite_RN8302/RN7302(u16 wReg，u8 *pBuf，u8 ucLen) //寫(xiě)操作

{

u8 i，temp，chksum;

PinWrite_ADCS(1);

NOP();

PinWrite_ADCS(0);//打開(kāi)片選

NOP();

temp = (u8)(wReg & 0x00ff);

chksum = temp;

fnSpi2_WriteByte( temp);//first  write Addr (寫(xiě)地址)

temp = (((u8)(wReg >> 4)) & 0xf0) + 0x80;

chksum += temp;

fnSpi2_WriteByte( temp);//second write command (寫(xiě)命令)

for(i = ucLen; i > 0;i-- )

{  

fnSpi2_WriteByte(pBuf[i-1]); // write data (寫(xiě)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度必須與寄存器對(duì)應(yīng)字節(jié)一致)  

chksum +=pBuf[i-1];

}

chksum = chksum ^ 0x0ff;

fnSpi2_WriteByte(chksum); // 寫(xiě)cs (效驗(yàn)碼)

NOP();

PinWrite_ADCS(1); //關(guān)閉片選

  PinWrite_ADSDO(1);

PinWrite_ADSCLK(1);

}

void fnSpi2_WriteByte(u8 Dat)     //寫(xiě)單字節(jié)子函數(shù)

{

u8 i;

for(i=0;i<8;i++) //8次循環(huán)

{

PinWrite_ADSCLK(1);  

PinWrite_ADSCLK(1);  

fnDelay2us();  

fnDelay2us();  

if(Dat & 0x80)  

{   

PinWrite_ADSDO(1); //寫(xiě)1   

fnDelay2us();   

fnDelay2us();   

fnDelay2us();  

}  

else  

{

PinWrite_ADSDO(0); //寫(xiě)0   

fnDelay2us();   

fnDelay2us();   

fnDelay2us();  

}  

PinWrite_ADSCLK(0);

fnDelay2us();  

fnDelay2us();  

fnDelay2us();  

Dat <<= 1;//左移1位  }  PinWrite_ADSDO(1);  fnDelay2us();  fnDelay2us();  fnDelay2us(); }

4.3.5 SPI讀操作

主機(jī)在SCSN有效后，先通過(guò)SPI寫(xiě)入地址和命令字節(jié)（8bit，包含寄存器地址），RN8302/RN7302收到讀命令后，在SCLK的上升沿將數(shù)據(jù)按位從SDO引腳輸出。注意：

1． 以字節(jié)為單位傳輸，高比特在前，低比特在后；

2． 多字節(jié)寄存器，先傳輸高字節(jié)內(nèi)容，再傳輸?shù)妥止?jié)內(nèi)容；

3． 主機(jī)在SCLK高電平寫(xiě)命令字節(jié)，RN8302/RN7302在SCLK下降沿讀命令字節(jié)。

4． RN8302/RN7302響應(yīng)命令，在SCLK上升沿將數(shù)據(jù)從SDO輸出；

5． 數(shù)據(jù)字節(jié)的時(shí)間t1要大于等于半個(gè)SCLK周期；

6． 最后一個(gè)字節(jié)的LSB傳送完畢，SCSN由低變高結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸。SCLK下降沿和SCSN上升沿之間的時(shí)間t2要大于等于半個(gè)SCLK周期。

圖4-2  SPI讀時(shí)序  MDB0LDB7LDB00B2B1B0命令字節(jié)最高有效字節(jié)t1最低有效字節(jié)MDB7A2A6CS7CS0t2校驗(yàn)和字節(jié)CS6A7A5A4A3A1A0地址字節(jié)0000SCSNSCLKSDISDO

4.3.6 SPI讀操作程序示例C程序

void fnRead_RN8302/RN7302(u16 wReg，u8 *pBuf，u8 ucLen)  //讀操作 {  u8 i，temp，chksum;  PinWrite_ADCS(1);  NOP();  PinWrite_ADCS(0);                        //打開(kāi)片選  NOP();  temp = (u8)(wReg & 0x00ff);  chksum = temp;  fnSpi2_WriteByte( temp);                   //first write Addr(寫(xiě)地址)  temp = (((u8)(wReg >> 4)) & 0xf0) ;  chksum += temp;  fnSpi2_WriteByte( temp);                  //second write command (寫(xiě)命令)       for(i = ucLen; i > 0;i--)  {   pBuf[i-1] = fnSpi2_ReadByte();                             //read data(讀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度必須與寄存器對(duì)應(yīng)字節(jié)一致)   chksum += pBuf[i-1];  }  chksum = chksum ^ 0x0ff;  if(fnSpi2_ReadByte()!=chksum)  {PinWrite_ADCS(1);}  // 讀cs (效驗(yàn)碼) 并校驗(yàn)  NOP();  PinWrite_ADCS(1);                         //關(guān)閉片選

PinWrite_ADSDO(1);  PinWrite_ADSCLK(1); } u8 fnSpi2_ReadByte(void)                       //讀單字節(jié)子函數(shù) {     u8 i，B=0;     for(i=0;i<8;i++)                           //8次循環(huán)     {     B<<=1;                                  //左移1位   PinWrite_ADSCLK(1);   fnDelay2us();   fnDelay2us();   fnDelay2us();   fnDelay2us();   PinWrite_ADSCLK(0);   fnDelay2us();   fnDelay2us();   fnDelay2us();   fnDelay2us();   if (PinRead_ADSDI()){B=B+0x1;}   fnDelay2us();   fnDelay2us();   fnDelay2us();     }     return B;                             //返回接收數(shù)據(jù) }           

5校表方法

5.1概述

RN7302具有豐富的校正寄存器（各ADC通道 和各相功率通道均有增益及相位校正寄存器），可以支持多種校表方式：（用戶可根據(jù)自己的編程習(xí)慣及經(jīng)驗(yàn)，及生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。）

5.1.1脈沖校表法

傳統(tǒng)的校表方法，通過(guò)比對(duì)各相的電能脈沖輸出的誤差進(jìn)行校正 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)校表臺(tái)的穩(wěn)定度要求相對(duì)較低 缺點(diǎn)：A.必須要有標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行比對(duì)    B，必須分相逐點(diǎn)依次校正（A/B/C  1.0/0.5）效率低，速度慢       C.只能采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式逐個(gè)表校正，效率低

5.1.2功率校表法

優(yōu)點(diǎn)：A.只需要功率源（能夠輸出電壓、電流、功率），不必須標(biāo)準(zhǔn)表     B.A B C三相同時(shí)校正（如功率源的電壓、電流準(zhǔn)確，1.0/0.5L可以單點(diǎn)校正）     C.可以點(diǎn)對(duì)面對(duì)一批表同時(shí)校正，效率高  缺點(diǎn)：對(duì)功率源的輸出功率的精度及穩(wěn)定度有要求

5.1.3矢量法校表

直接對(duì)原始的測(cè)量值進(jìn)行校正，校正的是三相電的完全矢量圖（電壓、電流的幅值及相互的準(zhǔn)確角度）。是RN8302/RN7302所獨(dú)有的（有效值及６通道的相腳測(cè)量精度高，能夠滿足矢量法校表的要求）。 優(yōu)點(diǎn)：A.只需要功率源（能夠輸出電壓、電流、功率），不必須標(biāo)準(zhǔn)表    B.A B C三相同時(shí)校正（如功率源的電壓、電流準(zhǔn)確，1.0/0.5L可以單點(diǎn)校正）    C.可以點(diǎn)對(duì)面對(duì)一批表同時(shí)校正，效率高 缺點(diǎn)：對(duì)功率源電壓、電流、夾角的輸出穩(wěn)定性有要求（通常的０.0５級(jí)表臺(tái)輸出可以滿足）

5.2 實(shí)現(xiàn)及步驟

5.2.1脈沖校表

5.2.1.1確定基本參數(shù)

確定合適的高頻脈沖常數(shù)值寄存器（Hfconst）:    HFConst＝INT[(Uv/0.8)*(Ui/0.8)*3.6*106*fosc / (32*EC*Un*Ib)]     式中：       Uv: 電壓采樣輸入信號(hào)（乘以ADC增益后的值） 單位：V   Ui: 電壓采樣輸入信號(hào)（乘以ADC增益后的值） 單位：V   Fosc:晶振頻率8192000hz EC: 電表脈沖常數(shù)  imp/kwh Un:額定電壓     單位：V Ib:標(biāo)定電流           單位：A

5.2.1.2  PF=１.０增益校正

表臺(tái)加合相額定電壓Un，分相標(biāo)定電流Ia PF=1.0 ，讀出標(biāo)準(zhǔn)表顯示的電能誤差Err，按公式算出A相功率增益寄存器值GPA：  Pgain= -Err/（1+Err）        若 >0： GPA＝Pgain*２^15   若  <0： GPA= Pgain*２^15+２^16 相同的方法可得到B相、C相的功率增益寄存器值GPB/GPC         各相的有功、無(wú)功、視在增益值相同：         GPA=GQA=GSA         GPB=GQB=GSB        GPC=GQC=GSC

5.2.1.3  PF=0.5L相位校正

表臺(tái)加合相額定電壓Un，分相標(biāo)定電流Ia PF=0.5L ，讀出標(biāo)準(zhǔn)表顯示的電能誤差Err，按公式算出A相功率相位寄存器PA_PHS 有功相位寄存器公式：

若≥0，則PA_PHS=*215； 

若<0，則PA_PHS=*215+216  

   相同的方法可得到B相、C相的功率相位寄存器PB_PHS/PC_PHS      無(wú)功相位寄存器與有功相位相等：    QA_PHS=PA_PHS

      QB_PHS=PB_PHS       QC_PHS=PC_PHS  分段相位說(shuō)明：

１. 分段相位的應(yīng)用是解決外部互感器的角差非線性問(wèn)題，如互感器角差線性較好，則不需分段，只需要對(duì)低段相位寄存器寫(xiě)入即可，也可以高/中/低段相位寄存器寫(xiě)入相同的值

２. 分段支持三段，分段的原則如下：

A. 根據(jù)互感器相角差的曲線確定分段點(diǎn)

１. 互感器廠商提供相角測(cè)試曲線

２. 測(cè)試初始狀態(tài)下全量程范圍的0.5L點(diǎn)誤差，根據(jù)誤差突變點(diǎn)確定，兩個(gè)分段閾值 PRTH1X  PRTH2X(其中PRTHXL PRTHXH是分段點(diǎn)的回滯區(qū)，避免電流升降過(guò)程中的調(diào)變  )

                  B．分段閾值的設(shè)置原則                       1.  PRTH1L ，PRTH1H，PRTH2L，PRTH2H必須由小到大順序設(shè)置：PRTH1L <PRTH1H<PRTH2L<PRTH2H  先PRTH1 最后PRTH2H 2. 不需分段時(shí)：PRTH1L設(shè)為 0即可                3.  分段校正時(shí)注意                       1．必須確保所加電流處在正確的電流段上（大、中、小）            2．對(duì)應(yīng)關(guān)系：               大電流段……（A/b/c）相(有功/無(wú)功)分段相位校正寄存器-高段               中電流段 ……（A/b/c）相(有功/無(wú)功)分段相位校正寄存器-中段               小電流段 ……（A/b/c）相(有功/無(wú)功)分段相位校正寄存器-低段

5.2.1.4 校正電壓、電流、功率MCU轉(zhuǎn)換系數(shù)

           1．IB點(diǎn)根據(jù)各項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)表顯示電壓、電流標(biāo)準(zhǔn)值               確定各項(xiàng)的電壓、電流轉(zhuǎn)換系數(shù) Kv=U標(biāo)準(zhǔn)/U寄存器值     KI=I標(biāo)準(zhǔn)/U寄存器值                          實(shí)際轉(zhuǎn)換公式：v=U寄存器*Kv                                        I=I寄存器*KI            2．IB點(diǎn)（增益校正后）根據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)表顯示的總功率值功率系數(shù)： Kp=PT標(biāo)準(zhǔn)/PT寄存器值                          實(shí)際轉(zhuǎn)換公式：P=P寄存器*Kp                                       

5.2.2功率法校表

5.2.2.1確定基本參數(shù)

確定合適的高頻脈沖常數(shù)值寄存器（Hfconst）：      HFConst＝INT[(Uv/0.8)*(Ui/0.8)*3.6*106*fosc / (32*EC*Un*Ib)]      式中：       Uv: 電壓采樣輸入信號(hào)（乘以ADC增益后的值） 單位:v   Ui: 電壓采樣輸入信號(hào)（乘以ADC增益后的值） 單位:v   Fosc:晶振頻率 8192000hz EC: 電表脈沖常數(shù)  imp/kwh Un:額定電壓     單位：v Ib:標(biāo)定電流           單位：A  確定功率寄存器標(biāo)準(zhǔn)值（P標(biāo)準(zhǔn)）及功率轉(zhuǎn)換系數(shù)： P寄存器標(biāo)準(zhǔn)值= (32*EC*Un*Ib*231)* HFConst/ (3.6*106*fosc) Kp=( Un*Ib)/ P寄存器標(biāo)準(zhǔn)值

5.2.2.2單點(diǎn)校增益及相位校正

   3相4線：表臺(tái)加合相Un  Ib  0.5L進(jìn)行校正；   3相3線：表臺(tái)加合相Un  Ib  1.0進(jìn)行校正；（相電流與線電壓夾角約30度）  1. 確定各相功率增益(GPA/GPB/GPC，GQA/GQB/GQC，GSA/GSB/GSC) 通過(guò)各相視在功率測(cè)量值（S測(cè)量）與標(biāo)準(zhǔn)表臺(tái)輸出的視在功率（S表臺(tái)）的誤差進(jìn)行增益校正 讀出標(biāo)準(zhǔn)表顯示的各相視在功率：S表臺(tái)，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)寄存器值S0  ：          S0=S表臺(tái)/ Kp     根據(jù)各相視在功率寄存器測(cè)量值：P測(cè)量，按如下公式計(jì)算增益寄存器值      Pgain=（S0- S測(cè)量）/ S測(cè)量           若 >0:   GS＝Pgain*２^15    若 <0:   GS＝Pgain*２^15+2^16         各相的有功、無(wú)功、視在增益值相同:         GPA=GQA=GSA         GPB=GQB=GSB         GPC=GQC=GSC

2. 確定各相功率相位參數(shù)(PA_PHS/PB_PHS/PC_PHS， QA_PHS/QB_PHS/QC_PHS)：

１. 讀出標(biāo)準(zhǔn)表顯示的各相有功功率:P表臺(tái)，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)寄存器值P0  ：

          P0=P表臺(tái)/ Kp

２. 根據(jù)各相有功功率寄存器測(cè)量值：P測(cè)量，按如下公式計(jì)算相位寄存器值

有功相位寄存器公式：

     ：3相4線公式（60度）

：3相3線公式（30度）

     (注：公式中 gain 為增益校正計(jì)算出的功率增益寄存器歸一化值) 若≥0，則PA_PHS=*215； 若<0，則PA_PHS=*215+216        無(wú)功相位寄存器值與有功相等：       QA_PHS=PA_PHS       QB_PHS=PB_PHS       QC_PHS=PC_PHS                                  注意：1.各相增益及相位校正寄存器 計(jì)算完成后統(tǒng)一下載                   2.若需分段，請(qǐng)先設(shè)置好分段閾值（參照分段相位說(shuō)明）                     先校額定點(diǎn)的增益及相位（中段），后是高段、低段；                     確保表臺(tái)輸出電流在正確的分段內(nèi)，后參照: ” 確定各相功率相位參數(shù)”

5.2.2.3校正電壓、電流

1．IB點(diǎn)根據(jù)各項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)表顯示電壓、電流標(biāo)準(zhǔn)值               確定各項(xiàng)的電壓、電流轉(zhuǎn)換系數(shù) Kv=U標(biāo)準(zhǔn)/U寄存器值     KI=I標(biāo)準(zhǔn)/U寄存器值                          實(shí)際轉(zhuǎn)換公式：v=U寄存器*Kv                                        I=I寄存器*KI

5.2.3矢量法校表

    校正的電壓、電流ADC通道的增益及相位

5.2.3.1確定基本參數(shù)

5.2.3.1.1電壓、電流寄存器標(biāo)準(zhǔn)值及轉(zhuǎn)換系數(shù):

根據(jù)硬件電路取在額定條件下正常采樣信號(hào)的正負(fù)２０%范圍作為電壓、電流的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)： 電壓寄存器標(biāo)準(zhǔn)值 U標(biāo)準(zhǔn)＝int[(Uv/0.8)*2^27]      :Uv 額定電壓下采樣信號(hào)  單位：V

電流寄存器標(biāo)準(zhǔn)值 I標(biāo)準(zhǔn)＝int[(Ui/0.8)*2^27]      :Ui 額定電流下采樣信號(hào)  單位：V             相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)：Kv=Un/U標(biāo)準(zhǔn)    ：Un額定電壓  單位：V             相應(yīng)的電流轉(zhuǎn)換系數(shù)：Ki=Ib/I標(biāo)準(zhǔn)    ：Ib額定電流  單位：A

5.2.3.1.2高頻脈沖常數(shù)值（Hfconst）:

     HFConst＝INT[(U標(biāo)準(zhǔn)/２^27)*(I標(biāo)準(zhǔn)/2^27)*3.6*106*fosc / (32*EC*Un*Ib)]      式中：       U標(biāo)準(zhǔn): 電壓寄存器標(biāo)準(zhǔn)值   I標(biāo)準(zhǔn): 電流寄存器標(biāo)準(zhǔn)值   Fosc:晶振頻率 8192000hz EC: 電表脈沖常數(shù)  imp/kwh Un:額定電壓     單位：v Ib:標(biāo)定電流           單位：A

5.2.3.1.3功率寄存器標(biāo)準(zhǔn)值（P標(biāo)準(zhǔn)）及功率轉(zhuǎn)換系數(shù):

P寄存器標(biāo)準(zhǔn)值= (32*EC*Un*Ib*231)* HFConst/ (3.6*106*fosc) Kp=( Un*Ib)/ P寄存器標(biāo)準(zhǔn)值

5.2.3.2 單點(diǎn)增益及相位校正

   3相4線：表臺(tái)加合相Un  Ib  0.5L進(jìn)行校正；   3相3線：表臺(tái)加合相Un  Ib  1.0進(jìn)行校正；（相電流與線電壓夾角約30度）

5.2.3.2.1電壓增益校正

  根據(jù)臺(tái)體所加電壓確定電壓通道增益（GSUA  GSUB  GSUC）   GSUX=U0/(U*Kv)-1            :>0   GSUX=GSUX*2^15            :<0   GSUX=GSUX*2^15+2^16   U臺(tái)體:   標(biāo)準(zhǔn)表顯示電壓值   單位：v   U寄存器：有效值寄存器測(cè)量值   GSUX：增益寄存器值

5.2.3.2.2電流增益校正

根據(jù)臺(tái)體所加電流確定電壓通道增益（GSIA  GSIB  GSIC）   GSIX=I0/(I*Ki)-1            :>0   GSIX=GSIX*2^15            :<0   GSIX=GSIX*2^15+2^16   I臺(tái)體:   標(biāo)準(zhǔn)表顯示電流值   單位：A   I寄存器：有效值寄存器測(cè)量值   GSIX：增益寄存器值

5.2.3.2.3相位校正

根據(jù)表臺(tái)所加電壓、電流夾角（標(biāo)準(zhǔn)表測(cè)量的準(zhǔn)確值）以確定通道相位值（PHSUX  PHSIX） 校正公式：  PHSUB=80H-（(REGYUB/224)*360o  -UB標(biāo)準(zhǔn)）/0.017578 PHSUC=80H-（(REGYUC/224)*360o  - UC標(biāo)準(zhǔn)）/0.017578 PHSIA=80H-（(REGYIA/224)*360o  -IA標(biāo)準(zhǔn)）/0.017578 PHSIB=80H-（(REGYIB/224)*360o  -(REGYUB/224)*360 o- IB標(biāo)準(zhǔn)）/0.017578 PHSIC=80H-（(REGYIC/224)*360o  -(REGYUC/224)*360 o- IC標(biāo)準(zhǔn)）/0.017578 式中：UB標(biāo)準(zhǔn)  B相電壓與A相電壓夾角    UC標(biāo)準(zhǔn)  C相電壓與A相電壓夾角      IA標(biāo)準(zhǔn)   A相電流與A相電壓夾角      IB標(biāo)準(zhǔn)   B相電流與B相電壓夾角      IC標(biāo)準(zhǔn)   C相電流與C相電壓夾角

*備注：

1.若電壓間的標(biāo)準(zhǔn)角度無(wú)法確定時(shí)，A、B、C相的電壓角度可以不用校正.PHSUA/  PHSUB/ PHSUC 保持缺省值。         2.不須分段時(shí)，PHSIX的低字節(jié)有效/或 ３個(gè)字節(jié)寫(xiě)相同值

３.若需要分段參照分段相位說(shuō)明 PHSIX:  高字節(jié)對(duì)應(yīng)大電流段                中間字節(jié)對(duì)應(yīng)中電流段                低字節(jié)對(duì)應(yīng)小電流段

5.３OFFSET校正

5.3.1有功功率offset校正

5%Ib點(diǎn)的功率值做為校正依據(jù)： 1）表臺(tái)加5%Ib電流 Un，讀出計(jì)量芯片的功率寄存器值，求10次平均得P，與標(biāo)準(zhǔn)表的功率值P0，計(jì)算功率offset值：

   PxOS=-[P-P0*（1/Kp）]/（1+GPx）                                  P：  芯片寄存器測(cè)量值平均值                                  P0： 標(biāo)準(zhǔn)表顯示功率                                   Kp： 功率轉(zhuǎn)換系數(shù)                          GPx：A/B/C功率增益歸一化值

5.3.2電流offset校正

OFFSET校正是在外部噪聲（PCB噪聲，變壓器噪聲等等）較大，影響到小信號(hào)(如1%Ib)精度的情況下，提高小信號(hào)精度的一種有效手段。若外部噪聲對(duì)小信號(hào)精度影響較小，該步驟可忽略。

電流OFFSET校正說(shuō)明：

以A相電流有效值為例，IA_OS寄存器計(jì)算過(guò)程：

1）配置標(biāo)準(zhǔn)源，使U=Un、電流通道輸入空載；

2）MCU取 IA寄存器值，暫存；

3）重復(fù)步驟2和3十一次，第一個(gè)數(shù)據(jù)可不要，MCU取后十個(gè)數(shù)據(jù)求平均得IAave；

4）求IAave的平方IAave2；取bit14~bit29，求其二進(jìn)制反碼，填入IA_OS寄存器bit15～bit0。

5) A相電流有效值offset校正結(jié)束  公式如下： IX_OS =-Ix_avreg2/ *214      式中：Ix_avreg 為(IA/IB/IC)某電流寄存器平均值

5.４分段相位說(shuō)明

１ 分段相位的應(yīng)用是解決外部互感器的角差非線性問(wèn)題，如互感器角差線性較好，則不需分段，只需要對(duì)低段相位寄存器寫(xiě)入即可，也可以高/中/低段相位寄存器寫(xiě)入相同的值

２根據(jù)互感器相角差的曲線確定分段點(diǎn)

２.１互感器廠商提供相角測(cè)試曲線

２.２測(cè)試初始狀態(tài)下全量程范圍的0.5L點(diǎn)誤差，根據(jù)誤差突變點(diǎn)確定，兩個(gè)分段閾值 PRTH1X  PRTH2X(其中PRTHXL PRTHXH是分段點(diǎn)的回滯區(qū)，避免電流升降過(guò)程中的跳變  )        ３分段閾值的設(shè)置原則        

３.１ PRTH1L ，PRTH1H，PRTH2L，PRTH2H必須由小到大順序設(shè)置：

PRTH1L <PRTH1H<PRTH2L<PRTH2H  先PRTH1 最后PRTH2H

３.２  不需分段時(shí)：PRTH1L設(shè)為 0即可        

４分段校正時(shí)注意        

４.１必須確保所加電流處在正確的電流段上（大、中、小）

４.2對(duì)應(yīng)關(guān)系：

４.２.１ 功率相位

大電流段 ……（A/b/c）相(有功/無(wú)功)分段相位校正寄存器-高段   

中電流段 ……（A/b/c）相(有功/無(wú)功)分段相位校正寄存器-中段   

小電流段 ……（A/b/c）相(有功/無(wú)功)分段相位校正寄存器-低段   

４.２.２ 電流通道相位   

大電流段 ……PHSIA/B/C 的高字節(jié)   

中電流段 ……PHSIA/B/C 的中字節(jié)

小電流段 ……PHSIA/B/C 的低字節(jié)

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2018-6-3 18:10 上傳

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