使用MAXQ3180/MAXQ3183 AFE的电表参考设计

     摘要：MAXQ3180和MAXQ3183是两款三相多功能计量模拟前端(AFE)，它可以提供如功率因素、功率矢量和以及谐波分量等许多先进的功率监视特性。对于电表设计而言，对计量和电快速瞬变(EFT)有严格要求，Maxim提供的参考设计通过了EFT和等方面的严格测试。这些设计说明了MAXQ3180/MAXQ3183的计量特性。该应用笔记阐述了如何*估MAXQ3180/MAXQ3183作为能量表的参考设计，该参考设计包括电表以及相关PC软件，并且给出了*估板、原理图、材料清单以及测试结果。

　　关于MAXQ3180/MAXQ3183

　　MAXQ3180和MAXQ3183是三相多功能计量前端(AFE)，它提供丰富的功率监视特性。内部集成8通道高ADC。数字信号处理器(DSP)对ADC采样进行处理，提供大量的电能以及功率测量参数数据，并不局限于：有功、无功、视在功率和电能、功率因数和谐波计量功能。通过集成的SPI?口和主控制器连接。

　　MAXQ3180和MAXQ3183是两款来自Maxim的三相AFE器件。MAXQ3181是一款三相有功计量芯片，表1列举了多相AFE系列器件的关键特性。

表1. 多相计量AFE器件特性比较

　　MAXQ3181与MAXQ3180引脚完全兼容，区别就是前者的寄存器是后者的子集。因此该参考设计样表完全支持MAXQ3181，需更改测量板上的AFE器件，但相应的应用代码和PC软件无需修改。需要注意的是，用该参考设计样表*估MAXQ3181，有些计量参数对于MAXQ3181无效，将显示随机数，并无实际意义。

　　为了简单起见，该应用笔记只针对MAXQ3180；对于MAXQ3183以及其独特特性仅在必要时提及。器件的参考设计共享相同的计量板并使用相同的主控制器(例如MAXQ2000)。应用代码(保存在MAXQ2000中)和PC软件支持这两款AFE。

　　关于参考设计

　　MAXQ3180参考设计包括：

　　一个三相电表

　　PC软件(ZIP)

　　此应用笔记

　　该参考设计支持在线购买。关于参考设计型号和定购说明，请参见下面的定购信息部分。

　　PC软件和主控单片机的应用固件可周期性进行升级以提升或增加性能。所有更新信息将公布在美信网站。如果你使用了Maxim的EE-Mail??服务，将会收到e-mail提醒。如果需要更新主机应用代码，需要使用串口转JTAG编程适配器将代码重新到MAXQ2000微控制器。更多信息请参考微控制器工具页面。

　　规格

　　此参考设计样表只支持三相四线接法：

　　AC：50Hz/60Hz, 220V, 9A?

　　脉冲常数：6400

　　计量：有功0.5s级，无功2级

　　串口(PC)通信波特率：1200/9600/57600/115200

　　显示和通讯

　　该样表上电后自动运行，板上LCD将会显示相关的信息。条是芯片型号(比如：MAXQ3180或者MAXQ3183)，然后是串口波特率，接着是多个功率以及能量参数(电压RMS、电流RMS、总功率因数、开机运行所累积的电量)，这些信息会自动轮显，且轮显间隔是一秒。更多显示项可通过PC软件获得并显示。

　　样表内部已经嵌入了RS-232接口，用来和PC进行数据交互。使用时务必断开交流电源，再开启上表壳(见通讯连接/JTAG电缆部分)。注：MAXQ3180参考设计在硬件上支持红外通讯，但是在撰写本文档之前，支持该特性的固件(MAXQ2000代码)并不能使用。

　　电表内部结构图

　　图1所示为电表的通信和显示部分。

图1. 参考样表的电路板布局以及接线端子

　　AC接线端子

　　参考设计样表和表台之间的交流连接如图2所示。

图2. 参考设计样表和表台之间的连接外观图

　　由于样表只有三个电流输入对(端子)，不支持零线电流接入，但是电路板已经设计预留了零线接入端口。这种局限性对于演示MAXQ3183的4电流向量和带来不便。

　　该设计采用两块电路板的结构。“冷板”(包含微控制器和显示屏)可安全触摸—在该板上不存在高压。然而，紧挨该板下面的螺丝和连接器不能触摸。安装在冷板下面的“热板”带有交流输入电路和目标器件(如MAXQ3180/MAXQ3183)，该板直接与AC零线连接，因此，不能触摸。冷板和热板之间的通讯通过SPI连接器，该连接器在热板上进行了隔离。他们之间采用隔离的硬件SPI通讯。