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装配并联电流传感器的三相交流瓦特计解决方案

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解决方案说明

能量计设计用于测量电路的电流和电压(电功率),是用于监测家中、工厂、办公室等地功耗(单位为千瓦时)的有效工具。

如今,随着越来越多的节能与环保措施和法规的推出,人们对这些智能仪表的需求日益增长。

第一款带分流电阻电流传感器的3相仪表设计

该解决方案提供了一整套计量参数:有功宽带、有功基础、无功与视在功率和能量数据,每相和累积型均有。该解决方案为每个电压和电流信号以及直流测量、每个相的行扫描周期、相移和相电压延迟执行RMS和可选失真(THD)计算。

借助STM32F4 MCU用于Sigma-Delta调制器(DFSDM)的六个独立的数字滤波器,它可以实时和并行处理所有电压和电流SD位流,保证每个信号的2.5 kHz带宽以及功率和能量测量的高定时分辨率。STM32F4 MCU仅使用两根线即可连接到STPMS2调制器,通过STISO621W双通道数字隔离器进行隔离,此隔离器可确保6000V的脉冲耐受电压(VIOTM)以及1200V的最大重复隔离电压(VIORM)。

解决方案如何工作?

基于Arm® Cortex®-M4 32位内核的STM32F4高性能微控制器可通过配置专用的DFSDM将同步时钟分配给三个STPMS2智能传感器。

STPMS2是低成本双通道24位二阶sigma-delta调制器,可通过分压器和分流电阻电流传感器分别测量每相的电路电压和电流。该调制器使用STM32F4的4-MHz时钟对信号进行过采样,并在单个输出引脚上多路传输电压和电流sigma-delta位流。得益于其可编程的斩波稳定、低噪声和低偏移放大器,STPMS2智能传感器可在广泛的信号范围内确保高精度信号转换。该设备在高精度模式下也有极低的功耗(4 MHz时为4 mA),在低功率模式下此功耗可进一步降低(1 MHz时为1.2 mA)。

STM32F4的DFSDM多路复用电压流和电流,并使用专用滤波器来消除量化噪声,同时提供“较慢”的24位数字信号。

根据转换的电压和电流信号,STM32F4的嵌入式数字信号处理器(DSP)和浮点单元(FPU)每隔200 µs实时计算一次所有计量数据,仍为其他计量应用留出空间。

STISO621W双通道数字隔离器适用于恶劣的环境,具有施密特触发器输入、高抗噪能力,以及短输入/输出切换时间。该解决方案使用三个STISO621W器件来有效地隔离每个STPMS2与STM32F4之间的时钟与数字信号,以便在域之间实现安全快速(高达100 Mbit/s)的数据传输,并在漫长的寿命中或在任何可能的故障期间保持绝缘完整性。

  • 主要产品优势

    STPMS2 - 智能传感器

    - 适用于CT、分流器和Rogowski线圈传感器

    - 可编程斩波稳定低噪声和低偏移电流放大器

    - 精密电压参考

    - 可编程温度补偿曲线

    - 1:5000范围内的精度可达0.1%

    - 低功耗

    STISO621W双通道数字隔离器

    - 高抗噪性

    - 低于3ns的脉冲失真

    数据速率可达100M bit/s

    - 6000V脉冲耐受电压(VIOTM)

    - 1200V最大重复隔离电压(VIORM)

    - 使用寿命长

    - 高度可靠的数据传输

    STM32F413RH 高性能微控制器

    - 创新的批采集模式(BAM)可在数据批处理期间显著降低功耗

    - 嵌入式存储器保护单元(MPU)可增强应用安全性

    - 嵌入式DSP和FPU可每隔200 µs实时计算所有计量数据

  • All Features

    功率额定值:

    • 功率级供电电压在80 V RMS与350 V RMS之间
    • 最大负载电流86 A RMS

     

    解决方案特性:

    • 提供6通道V-I抽取样本@200 us
    • 2.5 kHz带宽
    • 用于直流测量的可选高通滤波器
    • 每个相位的行扫描周期和相移测量
    • 相电压延迟
    • 每个V-I信号的RMS和THD计算(可选)
    • 1相有功宽带、有功基础和无功功率/能量计算
    • 1相视在RMS功率/能量计算
    • 3相有功宽带、有功基础和无功功率/能量计算
    • 3相视在RMS功率/能量计算
    • 全面校准(直流测量的振幅、功率偏移和采样偏移)
    • 用于脉冲输出的两个可配置LED