JAJU896 June 2023 ADS131M08 , MSPM0G1507
公益事業者とその顧客は、電気メータにより多くの機能を求めています。メータに対して、高調波分析のような高度な機能がますます要求されているため、MCU には高い処理能力と精度が必須になりつつあります。たとえば、電気メータに高調波分析機能を追加するには、目的の周波数範囲をキャプチャするために、メータのサンプル・レートを高くする必要があります。多くの場合、このようにサンプル周波数を高くすることで、精度が犠牲にならないことが要求されます。その一方で、サンプル・レートが高くなると、より高い処理能力が必要になります。
電気メータに期待される精度の要件と処理量が急速に増加するにつれ、単一の計測用システム・オン・チップ (SoC) でこの問題を解決するのはますます困難になっていきます。この問題に対する一般的な解決策は、スタンドアロンの ADC と標準的なホスト・マイクロコントローラ (MCU) を使用するデュアルチップの手法です。一般に、高精度の最新型スタンドアロン ADC を使用すると、次のような利点があります。
エネルギー消費量を正しく検出するため、電圧および電流センサは、商用電源の電圧と電流を、ADC が検出できる電圧範囲に変換します。マルチフェーズ・ディストリビューション・システムの使用時にエネルギー消費量を検出するには、ADC に損傷を与えることなく、センサが 2 つの異なるラインから流れる電流を正しく判定できるように、電流センサを絶縁する必要があります。この理由から、分割相、2 相、3 相の電気メータの電流センサには、本質的に絶縁されている電流トランスが従来から使用されてきました。
このリファレンス・デザインでは、スタンドアロンの ADC デバイスを使用して Class 0.1 の 3 相 CT ベースのエネルギー測定を実装し、商用電源の電圧と電流を検出します。新しい ADC サンプルが利用可能になった時点で、ホスト MCU は SPI バス経由でスタンドアロン ADC と通信し、新しいサンプルを読み出して複数の計測パラメータを計算します。さらにホストは、基板上の絶縁型の RS-232 または RS-485 回路を使用して、PC GUI との通信も行います。追加の保護機能として、ホスト MCU に電力を供給するための供給電圧が不十分な場合にホスト・マイコンをリセットするため、外部 SVS デバイスが設計に追加されます。一般に、(オプションの) 外部電源電圧スーパーバイザ (SVS) を使用すると、ホスト・マイクロコントローラの内部 SVS よりも高いセキュリティが得られます。
この設計のテスト・ソフトウェアは、3 相エネルギー測定に必要な各種の計測パラメータの計算を明確にサポートしています。これらのパラメータは、キャリブレーション GUI またはオプションの LCD ディスプレイで表示できます。エネルギー測定時に計算される主なパラメータは次のとおりです。