基于CS5460A芯片的功率因数监测与补偿的研究

CS5460A使用说明一、概述：CS5460A是一款带有SPI接口的电能计量芯片，能够测量和计算交流电网中的电能参数，如电压、电流、功率因数和电能消耗等。

它具有高精度的数据测量和计算能力，可广泛应用于智能电力计量、电能监测和电力负载管理等领域。

二、特性：1.测量范围广泛：CS5460A支持测量0到120V的电压，和-1A到1A 的电流，适用于不同规模的电力系统。

2.高精度测量：CS5460A具有极高的测量准确度，可达到0.1%之内，确保了测量结果的可靠性。

3.低功耗设计：该芯片采用低功耗设计，小功耗和高性能的结合，既能满足精确计量的需求，又能节约能源。

4.SPI接口：CS5460A采用SPI接口进行数据的传输和配置，方便用户进行数据读取和设置功能。

5.多种电能计算功能：CS5460A支持多种电能计算功能，包括功率因数、电能累积、电压谐波和电流谐波等，满足用户的不同需求。

三、使用流程：1.连接电源：首先将CS5460A芯片连接到电源，确保供电电压符合芯片的工作要求。

2.连接电路：将待测电路的电压和电流信号连接到CS5460A的相应引脚上，确保连接正确和牢固。

3.配置SPI接口：通过SPI接口将CS5460A与主控设备连接起来，并进行相应的配置和设置。

4.启动测量：配置完成后，启动CS5460A的测量功能，开始采集和计算电能相关参数。

5.读取测量结果：通过SPI接口读取CS5460A测量的参数值，如电压、电流、功率因数和电能消耗等。

6.数据处理与显示：将读取到的测量结果进行处理和显示，方便用户进行电力计量和分析。

四、注意事项：1.供电电压要符合芯片的工作要求，过高或过低的电压都会影响测量准确度和芯片的正常工作。

2.确保电路连接牢固可靠，避免接触不良或松动导致测量结果异常。

3.使用SPI接口时，要根据CS5460A的通信协议进行配置和设置，确保数据的正确传输和读取。

4.进行电能计量时，要注意电源和线路的稳定性，避免干扰和噪声对测量结果的影响。

基于C8051和CS5460A功率检测透明模块设计作者：张军许刚来源：《现代电子技术》2013年第08期摘要：为了提高小功率测量、检测的产品的准确性及稳定性，在此设计基于C8051F340和CS5460A一款小功率检测模块。

通过优化PCB、软件算法及大量实验，证实模块在比较恶劣的环境下也能准确稳定工作。

模块通过串口命令进行控制，方便嵌入到用户的产品，缩短了用户功率检测产品开发的周期。

关键词： C8051F430； CS5460A；功率检测；检测模块中图分类号： TN919⁃34； TP393.17 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）08⁃0130⁃03目前在工业检测领域很多场合进行功率检测。

稳定可靠的功率检测模块，市场需求量比较大。

本设计基于C8051和CS5460A设计了一款能进行功率稳定可靠测量的模块。

可以很方便嵌入到用户的产品中去，使用非常方便，只需通过一些串口指令就能进行参数设定及通过串口进行测量功率值得回读。

1 系统总体方案1.1 C8051F340简介[1]C8051F340单片机是一款集成了混合信号的系统处理器。

它具有高速、流水线结构。

兼容8051微控制器内核（可达48 MIPS）。

具有在线调试接口。

片内自带多路10位A/D，转换速度达到200 KSPS。

片内RAM是1 280 B。

内部有通用的16位定时器4个。

最高频率25 MHz 的内部振荡器可编程控制。

还具有2个增强型串口、SPI串行接口及USB接口等。

1.2 CS5460A简介[2]CS5460A是带有SPI串行接口的单相双向功率、电能计量一款集成电路，CS5460A能测量电流、电压、功率等电量，同时具有测量交流和直流能力。

片内集成了2个同时采样的A/D 转换器、高通、低通数字滤波器。

CS5460A片上双向SPI接口可以方便与单片机相连接，从而实现电量参数准确测量。

1.3 系统总体设计采集电路电信号采集通过电压和电流互感器来实现。

2004年第2期《电子技术》器件应用中国传感器 13CS5460A 应用中的几个关键问题中国计量学院（310034）　金荣泰　许　昌摘　要　文章介绍了用CS5460A 组成的电测仪表的读/写子程序，以及电压、电流有效值和有功功率的获取、计算和校准的方法。

关键词　有效值　转换常数　校准CS5460A 是美国CirrusLogic 公司的电能表专用芯片，它可以精确地测量和计算U rms 、I rms 、电能、瞬时功率，具有校准功能。

可以使用分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或变压器测量电压。

具有四条串行接口线，可与单片机连接，实现0.2级的电测仪表。

1 CS5460A 的读/写子程序CS5460A 的每次读/写操作都要通过SDI 引脚写入一个8位的命令字，该操作需要8个SCLK 时钟周期。

若写入的是“寄存器写”命令，接下来应通过SDI 引脚写入24位数据（24个SCLK ）。

若写入的是“寄存器读”命令，接下来由读的数据位在SDO 引脚输出8、16、24位数据。

特别要注意的是：在通过SDO 引脚读取数据的时候，必须同时向SDI 引脚写入与8、16、24位数据大小相对应的1、2、3个空操作命令（0FEH ），否则读取的后2个字节数据不正确。

可向CS5460A 的某一寄存器中写入一个设定值，再读出，看写入与读出的值是否相同来验证读/写子程序是否正确。

下面以MCS51系列单片机为例，先在RAM （30H ）（31H ）（32H ）中设电压通道增益值为345678H ，然后把它写到CS5460A 的电压通道增益寄存器，再读出放在RAM （40H ）（41H ）（42H ）中。

SDI BIT P1.0 SCK BIT P1.1 SDO BIT P1.2 CS_5460 BIT P1.3 ……MOV 30H,#34H ；设电压通道增益值为345678H MOV 31H,#56H MOV 32H,#78HMOV A,#48H ；写电压通道增益寄存器命令MOV R1,#30H ；写电压通道增益值在RAM 中的首地址MOV R2,#03H ；3字节 LCALL WR_5460；写子程序MOV A,#08H ；读电压通道增益寄存器命令MOV R1,#40H ；读电压通道增益值在RAM 中的首地址 MOV R2,#03H ；3字节 LCALL RD_5460 ；读子程序 ……WR_5460: CLR CS_5460 B5460W: MOV R0,#08H LCALL B5460W BW1: CLR SCK WR1: MOV A,@R1 RLC A LCALL B5460W MOV SDI,C INC R1 SETB SCK DJNZ R2,WR1 DJNZ R0,BW1 SETB CS_5460 RET RETRD_5460: CLR CS_5460 B5460R: MOV R0,#07H LCALL B5460W BR1: SETB SDI RD1: LCALL B5460R CLR SCK MOV @R1,A MOV C,SDO INC R1 RLC A DJNZ R2,RD1 SETB SCK SETB CS_5460 DJNZ R0,BR1 RET CLR SDI CLR SCK MOV C,SDORLC ASETB SCK RET2 电压和电流有效值的读取CS5460A 在每次A/D 转换后，CRDY 都被置1，但是DRDY 则仅当每次计算周期结束后才被置1。

F福建电脑UJIAN COMPUTER福建电脑2017年第11期基金项目：2017年度广东省大学生科技创新培育项目(pdjh2017b0944)0引言在2010年国家能源局发布的《中华人民共和国能源行业标准》———电动汽车交流充电桩技术条件NB/33002-2010中明确指出电动汽车交流充电桩应该装配电能表,随着新能源电动汽车数量的不断增多，智能电动汽车交流充电桩的设计制造技术也不断得到发展，在针对电能计量表设计的技术要求也同样有了进一步的提高[1-2]。

传统的电能计量表的功能单一，检测精度较低，频率使用范围窄，这些缺点都不利于未来充电桩的发展。

为了支持电动汽车行业的长远发展，对电动汽车交流充电桩充电电能计量系统的设计应趋于智能型，不断优化，提高计量精度[3]。

本文介绍的是一种基于CS5460A 与STM32的电动汽车交流充电桩电能计量系统。

采用的CS5460A 电能芯片是CirrusLogic 公司推出用于测量电流、电压、功率等的芯片，其精度高、性能强且成本低。

STM32F103ZET6单片机拥有高性能的ARM32位Cortex-M3内核及丰富的外围拓展，被作为系统的核心控制器件，具有超低功耗，快速的处理能力，结合系统的软件程序设计将采集的电能信息在LCD 显示屏上显示出来。

CS5460A 电能计量芯片的嵌入式设计大大减轻了微处理器的负荷，与传统电度表相比，具有高灵敏度、准确度、防止窃电等特点，使电动汽车充电电能计量系统的整体性能和可靠性大大增强。

1单相智能电能表的总体设计概述该单相智能电能表主要由智能控制模块，电能计量模块，显示模块，输入模块等构成，电能计量系统原理框图如图1所示。

该系统主要利用CS5460A 读取用户使用的电能数据，并通过STM32智能控制模块进行处理，在相应软件程序的设计下结合其他元器件模块，实现电能计量及显示。

其中，系统设置了相应的指示灯显示以及急停等控制，交流接触器控制电源的通断，连接器提供与电动汽车连接的充电接口，具备锁紧装置和防误操作功能。

CS5460A的交流电参数有效值测量CS5460A的交流电参数有效值测量沈阳市产品质量监督检验所郑天福王举刘刚■随着各类电器产品在人们生产,生活中应用越来越广泛,企业对电器产品低成本,高精度的控制与测量的需求也越来越多.在以往的交流电压,电流有效值测量中,往往采用AD536等真有效值转换芯片得出,或是通过对交流信号进行瞬时值采样测量,通过有效值公式运算得出.采用真有效值转换芯片,虽然具有使用方法简单,转换精度高,不受波形因素影响等特点,但价格过高;而对瞬时值采样运算得到的有效值则需要存储大量的交流信号瞬时值,同时对A/D转换器的采样速度与转换速度,A/D转换器与微控制器的通讯速度,微控制器的运算速度要求较高,实现起来与采用专用真有效值变换芯片比起来成本并不会有太大的降低,同时还需要有相对复杂的算法支持.对于交流功率的测量则主要是利用公式:=×IxO.s,分别测得三个参量后运算得出,或分别通过对电压,电流的瞬时值采样,再通过相应的算法运算得出.这两种方法同样与电压,电流有效值测量存在相类似的问题,即需要高成本的硬件与复杂算法支持.为了解决以上问题,工作人员选择了低成本的CS546OA功率电能专用计量芯片来进行交流电参数的有效值测量.CS5460A是高度集成的∑一△型A/D转换器,它在单一芯片上结合了两个∑一AA/D转换器,具有高速功率计算功能.该芯片是专门为精确测量和计算电能而设计的,可用于功率测量设备的能量,瞬时功率,电流有效值,电压有效值,功率有效值测量.CS546OA带有一个与微控制器通讯相连的双向串口,其片上功能还包括交流,直流系统校准与电流通道的增益调整功能.其芯片结构图如下:图1CS5460A芯片框图CS5460A的模拟接口可直接与一个低成本旁路电阻或电流互感器相连接测量电流,与电阻分压器或测量用变压器相连接以测量电压.其数字接口仅需四根数据线就可以方便的与微控制器相连接,甚至还可以直接以相应的频率输出.I摹l..岫口=—————ht【一棚tlI图2基于CS5460A的测量系统原理图在本次测量中分别选用了电流型电压互感器进行电压转换,采用精密电流互感器进行电流转换.在互感器与CS546OA之间利用精密运算放大器成信号调理电路,以提高测量精度.采用AT89c51单片机作为微控制器,实现与CS546OA的控制及对转换数据的处理与显示.CS546OA的信号处理全部采用数字信号,具备多种校准功能.因此,在恶劣的条件下仍能保持良好的性能指标和长期的稳定性.由于这一特点,该芯片能适应各种复杂的环境,并正常工作.而且CS5460A的各项指标均能满足IEC1036或GB/T17215—1998标准要求,精度高于O.1%,完全可以用来构建O.2级的测量仪表.按照文中给出的原理图实际设计,实现了对两组交流电压,电流有效值,功率及功率因数的同步测量.经计量,满足O.2级仪表要求,且工作状态稳定.由此,可以看出,采用CS5460A功率,电能专用测量芯片可以方便实现对各类交流电参数的测量,由该芯片组成的交流电参数测量模块可广泛应用于各类测量,控制系统中, 满足各种应用的低成本需求.固。

电能计量专用芯片CS5460A
摘要：本文介绍了美国Cirrus Logic 公司新推出的单相双向功率/电能芯片CS5460A 的原理、特点和典型应用。

以它为核心制造电表，结构简单，功
能齐全，性能优良，具有很好的应用前景。

关键词：△∑模数传换器串行EEPROM
引言
美国Cirrus Logic 公司新近推出了单相双向功率/电能芯片CS5460A，以该芯片为核心研制电表配置灵活，应用方便，是民用电表研制开发的一种非常可行的方案。

下面浅皙一下该芯片的性能及优势。

工作原理
CS5460 是将两路模数转换器（ADC）、高速功率计算芯核、一个串行接口集成到单芯上的高集成的模数转换器。

它可以准确的测量和计算单相两线/三线的电能、瞬时功率、IRMS、VRMS。

CS5460A 通过外接廉价的互感器或分流器测量电流，通过电阻分压器或变压器测量电压，具有用于通信用的双向串行接口和固定脉宽与功率呈正比可编程的频率输出。

上电后芯片被初始化后全部功能开始运作，包括由用户程序控制的系统校准。

在自引导模式下CS5460A 从外接的EEPROM 读入校准数据和启动指令，这种模式适用于制造低成本的电表。

非自引导模式时需要由外接的微处理器给CS5460A 发送校准数据和启动指令，采用这种模式配置电表更为灵活，可以实现更为复杂的功能。

主要特性和指标
CS5460A 是目前集成度甚高的新一带电度表芯片。

该芯片极具竞争力，适
合制造不同成本、多种用途的电子式、机电一体化电表，它将成为越来越多的。

摘要：介绍了一种基于CS5460A的新型民用电网电流表的设计方法。

概述了该仪表的基本工作原理，具体介绍了仪表电路中开关电源、检测电路、控制电路和显示电路等部分，重点介绍了检测电路的原理和设计方法。

并给出了程序设计流程。

关键词：电网电流表；开关电源；AT89C52；CS5460AO 引言传统的电网电流表一般都采用指针式表头，且都存在着测量范围小，稳定性差，精度低，表头指针指示不便于读数且误差大等缺点，已经不适应社会发展的需要。

而随着智能化测控技术的迅速发展．以单片机为核心的数字电表的优势已十分明显。

为此，本文采用单片机作为仪表的主控制器，并用Cirrus Logic公司的电能计量芯片负责采集数据，给出了一款性价比高、抗干扰能力强、测量精度很的电网电流表的设计方法。

1 系统工作原理在工业生产和日常生活中，准确、实时的测量电网电流是必不可少的。

本文采用开关稳压电源将220 V交流市电整流稳压为模拟、数字两路+5 V电源，来为整个电表电路供电。

然后通过电流互感器检测电流信号，再将其转换为电压信号，并送入单相功率／电能集成芯片CS5460A内，同时在片内完成信号的采样、计算和误差校正。

整个过程可在MCU控制下进行。

该仪表系统的工作原理及结构框图如图1所示。

本系统中的开关稳压电源具有功耗小、稳压范围宽、体积小、重量轻、安全可靠等优点。

由于系统检测电路部分要用到CS5460A，因此，为了避免模数间的干扰，该开关稳压电源部分需要有两路+5 V输出。

2 基于CS5460A的电流检测电路系统中的电流检测电路是该电流表设计的核心部分．其主要功能是在AT89C52的控制下由CS5460A检测电流信号并输出瞬时值给单片机，本电路选用X5045来存放标准校正值。

以供单片机随时校准电流值。

检测电路中的主要器件有电流互感器、CS5460A、AT89C52、X5045等。

2．1 CS5460A功能概述CS5460A是一个包含有两个△∑模一数转换器(ADC)、高速电能计算功能和一个串行接口的高集成△∑模一数转换器。