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测量参数器件多相、多功能电能测量IC(Maxim)

Maxim Integrated Products推出用于测量电特性的高精度、低功耗多相IC MAXQ3180。MAXQ3180内置8通道模数转换器(ADC)和一个专门用于计算大量多相、多功能电能测量参数的高性能MAXQ®微处理器。其中6路输入通道用于检测三相电压和三相电流信号,另有1路通道用于零线电流监测,第8路通道用于监测片内温度。MAXQ3180的高度集成特性使其非常易于监测电网和负载状态。

MAXQ3180可监测零线电流、电压相序错误,并且可以在没有相电压的情况下测量电流。器件的性能优于所有电气参数测量相关的国际标准(IEC 62053-21、IEC 62053-22、IEC 62053-23)。器件提供两路可配置的脉冲输出(分别用于有功和无功能量),可设置为输出任何一组工作参数,从而提高了灵活性。

MAXQ3180通过标准的SPI™协议与主机微控制器通信。

电气参数测量的难点一:高精度和成本敏感度

工业中对于电气参数测量要求的迅速更新,使其成为了仪表设计公司和电气参数测量设备供应商面临的一大难点。电业公司和能源消费者希望得到精确的测量结果以及非常宽的动态范围。对于需要长期测量大功率的场合,每千瓦小时的不精确监测就意味着浪费了电力公司或消费者大量的金钱。

从一些数据不难看出电气参数测量给公共事业公司和器件设计人员带来的困难,以下四点指标尤为值得注意。

1. 典型的一级仪表要求的测量范围为1000:1 (也就是说必须保证输入在1000:1的范围内变化时能够精确地测量功率流)。

2. 测量器件的最大误差通常为0.1% (在规定的动态范围内测量参数)。

3. 假设ADC的满量程为1V,则最小可测信号为1mV。因此,对于具有0.1%目标误差的1mV信号,其最小可测信号为1µV。为了能在1V范围内分辩1µV信号,则需要20位的ADC。

可能有人会问,为什么使用传统的电气参数测量器件很难实现上述测量指标?这些指标和性能预期对电能测量器件的设计人员又意味着什么呢?答案就从ADC说起。

20位或更高精度的ADC固然是有的,但其在销量巨大的电能仪表市场上缺乏成本上的竞争力。因此电气参数测量器件的供应商必须推出一种更为经济、具有成本竞争力的方案,不仅包含适当的ADC,还应有最优的信号处理环节以便能够实现目标电能误差。MAXQ3180集成有8通道ADC和动态增益控制功能,可以按照工业要求从1V范围内分辩1µV信号。

4. 测量环境通常充满噪声,并且容易受到高压尖峰的干扰。仪表的最小EFT (电快速瞬变)指标为4kV。

该指标同样也成为电量计设计人员的难点。电路板必须能够适应各种环境配置,同时对于极小的模拟输入信号需保持足够的保真度。

电气参数测量的难点二:不断更新的功能和上市时间要求

与以最低成本实现最高精度的需求并存的是电气参数测量市场自身的动态变化特性。新的检测方法不断涌现,并且被公共事业公司广为采用。近期的例子包括:切电检测、实时功率品质监测以及消费模式报告(即负载特性)。伴随新的检测方法所产生的是测量器件的新功能、改进的性能以及复杂的通信协议。

不可避免地,新的器件特性和更为严格的性能指标的应用需要花费一定的设计和实施时间。上市时间对于公共事业公司和方案供应商来说都是非常重要的,因此新的测量设计必须具备充足的特性以应对不断涌现的工业需求。此外测量器件还必须具有极大的灵活性,以节省设计时间。

MAXQ3180具备了目前绝大多数先进电能测量IC的特性。器件提供公共事业公司可能用到的无源和功率因数测量功能,以及重要的安培小时测量、峰值电流和电压测量,此外还提供峰值计算所需的即时功率。复杂的通信协议由主机微控制器通过标准的SPI接口进行管理。

新型电气参数测量仪表具有极为丰富的测量功能和极低的功耗

与其他任何一款单一的竞争器件相比,MAXQ3180可以提供更多的测量功能,能够满足目前工业电气参数测量所需的性能指标,且功耗极低。

MAXQ3180提供28引脚TSSOP封装,工作在-40°C至+85°C温度范围。可提供三相功率计参考设计,以加速设计进程,缩短上市时间。芯片起价为$5.25 (1000片起,美国离岸价)。
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