Для однофазних і багатофазних лічильників: нові вимірювальні мікросхеми від ST

1. Загальна функціональна схема
2. Спеціалізовані вимірювальні ІС від ST
3. Переваги нового сімейства вимірювальних ІС STPM3x
4. Особливості структури мікросхем сімейства STPM3x
5. Особливості аналогової частини мікросхем STPM3x
6. Інтерфейси обміну даними з STPM3x
7. Приклади побудови лічильників на базі STPM3x
8. Фірмові демонстраційні набори та програмне забезпечення для роботи з STPM3x
9. Висновок
10. література
11. Про компанію ST Microelectronics

Нове сімейство спеціалізованих вимірювальних мікросхем STPM3x виробництва компанії STMicroelectronics призначене для створення лічильників споживаної електроенергії в однофазних і багатофазних мережах. метрологічні характеристики STPM3x відповідають найжорсткішим вимогам вітчизняних і міжнародних стандартів. ST пропонує для нових мікросхем демонстраційні набори, налагоджувальні плати і спеціальне програмне забезпечення.

Починаючи розмову про прилади обліку електричної енергії, необхідно в першу чергу згадати про існуючі реалії ринку споживання електрики. Тарифна політика в останні десять років спрямована в бік забезпечення повної окупності виробленої енергії. А це, в свою чергу, вимагає створення сучасної системи обліку споживаної і вироблюваної електроенергії.

Відповідно до постанови уряду РФ від 4 травня 2012 року № 442 «Про функціонування роздрібних ринків електричної енергії, повному і (або) часткове обмеження режиму споживання електричної енергії», система обліку передбачає кілька категорій суб'єктів ринку (таблиця 1) [1]. Для кожного суб'єкта висуваються цілком конкретні вимоги до приладів обліку.

Таблиця 1. Особливості приладів обліку для різних категорій споживачів

Суб'єкт ринку електроенергії Напруга, кВ Клас точності
приладу обліку Громадяни (індивідуальні прилади обліку) - 2,0 і вище Багатоквартирні будинки (загальнобудинкові прилади обліку) - 1,0 і вище Споживачі з споживаної потужністю менше 670 кВт <35 1,0 і вище Споживачі з споживаної потужністю менше 670 кВт> 110 0,5S і вище Споживачі з споживаної потужністю понад 670 кВт - 0,5S і вище, зберігання погодинних показань за 120 днів Споживачі з споживаної потужністю понад 670 кВт (лічильник реактивної потужності) - 2 і вище Виробники електричної енергії - 0,5S і вище , зберігання погодинних показань за 120 днів

При цьому приймаються цілком конкретні заходи з примусу індивідуальних споживачів до встановлення приладів обліку. Так, наприклад, при відсутності лічильника оплата за споживанням формується за встановленими нормами, виходячи з кількості проживаючих осіб. Практика показує, що в цьому випадку отримані значення виявляються вищими, ніж реальні свідчення при наявності приладу обліку.

Аналізуючи вимоги постанови від 4 травня 2012 року № 442 до типам лічильників, можна відзначити, що передбачається використання лічильників активної та реактивної енергії різних класів точності. Ринок приладів обліку електричної енергії є зростаючим і потенційно привабливим для виробників.

Компанія STMicroelectronics пропонує спеціалізовані ІС для створення електролічильників, а також безліч готових рішень, що дозволяють значно спростити процес розробки нових приладів обліку. При цьому характеристики створюваних зразків будуть значно перевершувати вимоги, зазначені в нормативних документах.

Нормативні документи для лічильників електроенергії

Постанова від 4 травня 2012 року № 442 прямо вказує на необхідність відповідності лічильників електричної енергії вимогам діючих ГОСТів. Серед них можна виділити чотири основні стандарти, які застосовуються для більшості побутових і промислових лічильників (до 600 В).

• ГОСТ 31818.11-2012 (МЕК 62052-11: 2003) «Апаратура для виміру електричної енергії змінного струму. Загальні вимоги. Випробування і умови випробувань. Частина 11. Лічильники електричної енергії ».
• ГОСТ 31819.21-2012 (МЕК 62053-21: 2003) «Апаратура для виміру електричної енергії змінного струму. Додаткові вимоги. Частина 21. Статичні лічильники активної енергії класів точності 1 та 2 ».
• ГОСТ 31819.22-2012 (МЕК 62053-22: 2003). «Апаратура для виміру електричної енергії змінного струму. Додаткові вимоги. Частина 22. Статичні лічильники активної енергії класів точності 0,2S і 0,5S ».
• ГОСТ 31819.23-2012 (МЕК 62053-23: 2003) «Апаратура для виміру електричної енергії змінного струму. Додаткові вимоги. Частина 23. Статичні лічильники реактивної енергії ».

Не має сенсу переказувати зміст даних стандартів, варто лише дати їм коротку характеристику.

ГОСТ 31818.11-2012 є загальним. Його вимоги застосовні до всіх приладів обліку (статичним і електромеханічним, внутрішньої і зовнішньої установки), що використовуються в мережах змінного струму 50 або 60 Гц при напрузі до 600 В. Стандарт дає основні визначення і характеристики лічильників, встановлює вимоги до типів та умов випробувань [2 ].

Серед основних характеристик електричних лічильників можна виділити:

Стартовий струм (чутливість), Iст - найменше значення струму, при якому починається безперервна реєстрація показань.

Базовий струм, Іб - значення середньоквадратичного струму, що є вихідним для встановлення вимог до лічильника з безпосереднім включенням.

Номінальний струм, Iном - значення середньоквадратичного струму, що є вихідним для встановлення вимог до лічильника, що працює від трансформатора.

Максимальний струм, Iмакс - найбільше значення середньоквадратичного струму, при якому лічильник задовольняє вимогам точності. Значення максимального струму зазвичай вибирається кратним базового струму, але не повинно бути менше 30 А для лічильників з безпосереднім включенням.

Номінальна напруга, Uном - значення середньоквадратичної напруги, що є вихідним при встановленні вимог до лічильника.

Встановлений діапазон вимірювань - сукупність значень вимірюваної величини, для якої похибка лічильника повинна знаходитися у встановлених межах.

Номінальна частота - значення частоти, що є вихідним при встановленні вимог до лічильника. Стандарт визначає дві можливі номінальні частоти 50 і 60 Гц.

До метрологічним параметрам лічильника також відносять клас точності і похибка.

Значення номінальних напруг і базових струмів стандартні, і вказані в даному ГОСТі.

Додаткові вимоги до статичних лічильників електроенергії описані в інших перерахованих стандартах. Так, наприклад, ГОСТ 31819.21-2012 поширюється на статичні (електронні) лічильники ват-годин класів точності 1 та 2, призначених для вимірювання електричної активної енергії в мережах змінного струму частотою 50 або 60 Гц і напругою менше 600 В. В стандарті містяться вимоги двох типів [3].

• Електричні вимоги ГОСТ 31819.21-2012 характеризують споживану потужність; вплив короткочасних перевантажень по струму; вплив саморазогрева; умови випробувань напругою змінного струму.
• Вимоги до точності ГОСТ 31819.21-2012 задають межі похибки, викликані зміною струму і іншими впливають факторами; умови перевірки початкового запуску, стартового струму і відсутність самоходу; постійну лічильника; умови перевірки лічильника; метод інтерпретації результатів випробувань.

Аналогічні вимоги містять і ГОСТ 31819.22-2012 для статичних лічильників активної енергії класів точності 0,2S і 0,5S і ГОСТ 31819.23-2012 для лічильників реактивної потужності [4, 5].

Аналізуючи вимоги перерахованих ГОСТів, можна відзначити, що найбільш жорсткі вимоги до точності пред'являються приладів класу 0,2S при вимірюванні струмів в діапазоні 0,05 Iном ≤ I ≤ Iмакс (динамічний діапазон 20) при чисто активному навантаженні. В цьому випадку точність повинна бути не нижче ± 0,2%.

В сучасних лічильниках енергії для безпосередніх вимірювань використовуються спеціалізовані ІС. Компанія STMicroelectronics виробляє більше десятка подібних мікросхем, що забезпечують точність, що відповідає вимогам ГОСТ 31819.22-2012 для приладів класу точності 0,2S. При цьому крім самих спеціалізованих ІС, STMicroelectronics пропонує референсні рішення, що мають просту функціональну структуру.

Загальна функціональна схема

Функціональна схема електричного приладу обліку містить кілька обов'язкових блоків (рисунок 1).

Серцем будь-якого лічильника є вимірювальна частина, яка представлена ​​спеціалізованої ІС і датчиками струмів і напруг (рисунок 1). Датчиками напруги в більшості випадків виступають резистивні подільники. Вони служать для узгодження рівня вимірюваної напруги мережі і допустимих вхідних напруг ІС. Для вимірювання рівня протікають струмів використовують різні датчики: датчики Холла, котушки Роговского, трансформатори струму та шунти.

Мал. 1. Функціональна схема інтелектуального лічильника електроенергії

Для відображення показань застосовують як барабанний механізм, так і РК-дисплей. Якщо використовується останній, то необхідна наявність керуючого мікроконтролера.

В даний час мікроконтролер є невід'ємною частиною інтелектуального лічильника. Компанія STMicroelectronics для цих цілей пропонує використовувати як високопродуктивні 32-бітові сімейства STM32F і STM32L , Так і бюджетні 8-бітові мікроконтролери STM8 .

Крім управління ЖК-дисплеєм, контролер забезпечує моніторинг системи харчування, запис свідчень у EEPROM, передачу сервісної інформації і свідчень вимірювань по одному з інтерфейсів зв'язку, отримання настроювальних даних, виконання додаткових функцій індикації і управління.

Як видно з функціональної схеми, тільки вимірювальна частина відповідає за показники точності приладу в цілому. Таким чином, правильний вибір датчиків струму і спеціалізованих ІС є необхідним (але не достатньою) умовою досягнення необхідної точності. На величину похибки вимірювань можуть впливати і супутні фактори (невірна розводка плати, неоптимальний вибір параметрів вимірювань і так далі).

Вибір датчиків струму проводиться з урахуванням метрологічних, економічних і габаритних показників (таблиця 2) [6].

Таблиця 2. Характрістікі найбільш поширених датчиків струму

Характеристика Шунт Трансформатор струму Датчик Холла Котушка Роговского Лінійність АЧХ і ФЧХ ++ 0 - ++ Широкий діапазон вимірювань (5 декад) 0 0 + ++ Широка смуга пропускання + 0 0 ++ Відсутність насичення постійним струмом ++ - - ++ Низький температурний коефіцієнт 0 + - ++ Високий рівень ізоляції - ++ 0 ++ Низька споживана потужність - + 0 ++ Діапазон вихідної напруги ++ ++ - 0 Вартість ++ 0 - + Вага ++ ++ Гнучкість розмірів і форми датчика - - + ++

позначення:
«-» - низькі показники
«0» - середні показники
«+» - добре
«++» - відмінно

Вирішальний вплив на точність надає тип обраної вимірювальної ІС. Компанія STMicroelectronics пропонує широкий вибір подібних мікросхем.

Спеціалізовані вимірювальні ІС від ST

Номенклатура спеціалізованих вимірювальних мікросхем виробництва STMicroelectronics містить більше десятка цих виробів (таблиця 3). Кожна з цих ІС забезпечує точність вимірювань 0,1%, що відповідає вимогам точності навіть для приладів обліку класу 0,2S. При цьому динамічний діапазон вимірювань становить 1000: 1, що перевершує вимоги стандартів.

Таблиця 3. Спеціалізовані ІС вимірювання параметрів споживання від ST

Найменування Параметри що вимірюються Тип датчиків струму Число каналів
виміру Точність виміру активної потужності ном.,% STPM01 Потужність, миттєві і середньоквадратичні значення струмів і напруг Шунт, трансформатор струму, котушка Роговского 2 0,1 STPM10 Потужність, миттєві і середньоквадратичні значення струмів і напруг Шунт, трансформатор струму 2 0,1 STPM11 Активна потужність Шунт, трансформатор струму, котушка Роговского 2 0,1 STPM12 2 0,1 STPM13 3 0,1 STPM14 3 0,1 STPM32 Потужність, миттєві і середньоквадратичні значення струмів і напруг, SAG, SWELL, ZC Шунт, трансформатор струму, котушка Роговского 2 0,1 STPM33 3 0,1 STPM34 4 0,1 STPMC1 Потужність, миттєві і середньоквадратичні значення струмів і напруг Шунт, трансформатор струму, котушка Роговского 5 0,1 STPMS1 - - 2 - STPMS2 - - 2 -

Наведені ІС відрізняються типом підтримуваних датчиків струму, переліком Реальні показники можуть відрізнятися, динамічним діапазоном вимірювання, типом вихідних сигналів, корпусами.

сімейства STPM1x і STPM01 ідеально підходять для побудови бюджетних лічильників енергії для індивідуальних споживачів і загальнобудинкових приладів обліку.

зв'язку STPMC1 + STPMS1 / STPMS2 застосовують для створення багатофазних лічильників.

мікросхеми сімейства STPM3x представляють складні аналого-цифрові системи, призначені для створення точних приладів обліку споживаної активної та реактивної потужності. Крім вимірювання потужності, ІС здатні вимірювати миттєві і середньоквадратичні значення струмів і напруг. До додаткових переваг STPM3x відноситься можливість визначення перенапруг (SWELL), провалів напруги (SAG), перевантажень по струму, витоків струму. Як датчики струму STPM3x можуть використовувати шунти, трансформатори струму, котушки Роговского.

До складу сімейства STPM3x входять три представники: двоканальна ІС STPM32 (Один канал для струму та один - для напруги), триканальна STPM33 (Два канали для струму та один - для напруги) і чотирьохканальна STPM34 (Два канали для струму, два - для напруги). Вони підходять для створення однофазних і багатофазних лічильників як активної, так і реактивної потужності.

В даний час саме мікросхеми STPM3x є найбільш сучасними і досконалими серед спеціалізованих виробів STMicroelectronics для лічильників електроенергії.

Переваги нового сімейства вимірювальних ІС STPM3x

Завдяки ряду нововведень і поліпшень, STPM3x перевершує сімейство STPMx за цілою низкою показників [7]:

• точність вимірювань 0,1% досягається при динамічному діапазоні вимірювань 1: 5000 (у STPMx тільки 1: 1000);
• смуга пропускання збільшена до 4 кГц (0,8 кГц у STPMx);
• число каналів вимірювання досягає чотирьох ( STPM34 ): Два для струму і два для напруги (у STPMx максимально два: один для струму та один для напруги);
• можливість вимірювання як активної, так і реактивної потужності, миттєвих і середньоквадратичних значень струмів і напруг;
• можливість визначення перенапруг (SWELL), провалів напруги (SAG), перевантажень по струму, витоків струму;
• наявність інтерфейсів зв'язку з мікро контролером по SPI / UART.

Такі поліпшення характеристик стали можливі завдяки якісному поліпшенню структури ІС, яку необхідно розглянути більш докладно.

Особливості структури мікросхем сімейства STPM3x

Розглянемо як приклад структуру STPM34 . Ця мікросхема містить три основні частини: аналогову (блок аналогової обробки, система харчування, блок тактирования), цифрову (блок цифрової обробки, блок інтерфейсів), интерфейсную (блок інтерфейсів SPI / UART) (рисунок 2).

Мал. 2. Структурна схема STPM34

У загальному вигляді процес вимірювань і обробки даних досить лине. Вхідні сигнали струмів і напруг проходять спочатку аналогову обробку, потім оцифровуються і обробляються методами ЦГЗ.

Кожен із структурних блоків має свої особливості, які слід розглянути окремо.

Особливості аналогової частини мікросхем STPM3x

Аналогова частина мікросхем STPM3x складається з декількох блоків: системи харчування і початкового скидання (Power On Reset, POR), системи аналогової обробки вхідних сигналів (Analog Front End, AFE), системи тактирования.

Система харчування забезпечує живлення всіх блоків, що входять до складу мікросхем. Напруга живлення 3,3 В подається на висновок VСС, інші необхідні рівні формуються наступними регуляторами:

• регулятор +3,0 В з низьким власним падінням напруги;
• регулятор +1,2 В;
• два опорних джерела 1,18 В. Ці рівні додатково буферизується і перетворюються в чотири напруги живлення аналогових вузлів мікросхеми (VREFC1, VREFV1, VREFC2, VREFV2).

Інтегровані регулятори доступні і для зовнішніх ланцюгів через додатковими висновки VDDA (3,0 В), VDDD (1,2 В), REF1 і REF2 (1,18 В).

Система початкового скидання (POR) забезпечує затримку включення цифрової частини мікросхеми на 750 мкс. Крім того, при падінні напруги живлення нижче 2,5 В POR забороняє роботу ІС.

Система тактирования використовує зовнішній тактовий сигнал частотою 16 МГц. Можливе використання як кварцового резонатора, так і генератора.

Система тактирования виконує дві основні функції: затримку старту після дозволу від POR для отримання плавного запуску і формування необхідних тактових сигналів аналогової і цифрової частини ІС.

Система аналогової обробки вхідних сигналів AFE в ІС STPM34 забезпечує обробку диференціальних сигналів з вхідних каналів: VIP1-VIN1, VIP2-VIN2 (сигнали напруги) і IIP1-IIN1, IIP2-IIN2 (сигнали струму).

Допустимий розмах вхідного сигналу на диференціальних каналах напруги (VIPx-VIN1x) - фіксований, і не повинен перевищувати ± 300 мВ.

Струмові канали забезпечені додатковими вхідними програмованими підсилювачами. Вони виконані за схемою з автокорекцією перериванням. Використання такої схеми дозволяє мінімізувати вплив напруги зміщення, але погіршує частотні характеристики.

Для використовуваних підсилювачів доступні програмовані коефіцієнти посилення 2, 4, 8, 16, які визначають діапазони вхідних диференціальних сигналів ± 300, ± 150, ± 75 або ± 37,5 мВ.

Посилені сигнали надходять на сигма-дельта-модулятор другого порядку. Модулятор містить два інтегратора, компаратор, суматори, ЦАП і блоки зворотного зв'язку.

При оцифрування використовується техніка змішування з псевдовипадковим сигналом. Це дозволяє усунути кореляції сигналів модуляторів і вплив несучих частот.

Вихідний компаратор Виконує функцію однобітного АЦП. При цьому аналогові сигнали перетворюються в потік однобітних даних з частотою вибірки 4 МГц.

Сформовані цифрові потоки Значний струму і напруги надходять в блок цифрової обробки.

Особливості цифрової частини мікросхем STPM3x

цифрова частина STPM3x містить кілька основних блоків цифрової обробки вхідних потоків (Digital front end, DFE), фазової компенсації, децимації, цифрові фільтри, блоки калібрування, цифровий сигнальний процесор (DSP).

Блоки цифрової обробки вхідних потоків (DFE) необхідні для синхронізації надходять бітових потоків сигналів струмів і напруг.

Блок фазового компенсації (Phase compensation) дозволяє вносити фазові зрушення у вхідні сигнали.

Блок децимації (Decimation block) перетворює бітові потоки 4 МГц в потоки 24-бітних даних з частотою 7,8125 кГц.

Блок цифрових фільтрів включає:

• фільтр ВЧ (DC cancelation filter), який усуває постійну складову з цифрових потоків сигналів струмів і напруг;
• інтегратор для котушок Роговского (Rogowski coil Integrator);
• базовий фільтр основної частоти (Fundamental harmonic component filter). Це НЧ-фільтр, який використовується для визначення періоду моменту переходу через нуль, фазо-частотних характеристик і значень активної і реактивної потужності;
• реактивний виборчий фільтр гармонійних складових (Harmonic content selection for reactive energy) використовується для визначення реактивної потужності.

Цифровий сигнальний процесор (DSP) виконує остаточну обробку сигналів і визначає шукані параметри споживання:

• значення активної потужності в діапазоні частот 0 Гц (4 Гц) ... 3,6 кГц;
• значення активної потужності в номінальному діапазоні частот 45 ... 65 Гц;
• реактивну потужність на основній частоті і в усьому частотному діапазоні;
• повну потужність, розраховану за середньоквадратичним значенням струмів і напруг;
• повну потужність, розраховану векторних методом;
• допоміжні величини: середньоквадратичні значення струмів і напруг, період, момент перетину нуля, фазову затримку, перенапруги (SWELL), провали напруги (SAG), витоку струму (при вимірі струму нульової фази).

Результуючі розрахункові значення можуть бути лічені по одному з можливих інтерфейсів зв'язку

Інтерфейси обміну даними з STPM3x

Для зчитування результатів обчислення, а так само для програмування режимів роботи в STPM3x передбачені два суміщених послідовних інтерфейсу: четирехвиводной SPI і двохвивідною UART.

Ці інтерфейси використовують одні і ті ж висновки, а тому не можуть використовуватися одночасно.

Вибір активного інтерфейсу відбувається автоматично при подачі живлення або при активації мікросхеми за допомогою виведення EN. Якщо при включенні мікросхеми висновок SCS підтягнутий до землі, то активним стає SPI. Якщо на SCS підтримується високий рівень сигналу, то вибирається UART. Після цього функція вибору інтерфейсу блокується, щоб уникнути випадкових перемикань.

Говорячи про протокол взаємодії, варто відзначити, що використовуються пятібайтовие посилки: 4 байта даних + 1 CRC (опціонально).

Ще одна цікава особливість полягає в тому, що висновок SCS після закріплення обраного інтерфейсу виконує функцію вибору кристала. Це дозволяє використовувати паралельне включення мікросхем в один канал зв'язку, що важливо при побудові багатофазних лічильників.

Приклади побудови лічильників на базі STPM3x

Сімейство STPM3x включає три мікросхеми: STPM32 (Один канал для струму та один для напруги), STPM33 (Два канали для струму та один - для напруги), STPM34 (Два канали для струму і два - для напруги). Така різноманітність дозволяє реалізовувати різні варіанти як однофазних, так і багатофазних лічильників.

Для побудови бюджетних однофазних лічильників ідеально підходить STPM32 (Рисунок 3). ІС дозволяє вимірювати струм і напруга однієї фази, цього цілком достатньо в найпростішому випадку. При необхідності, інтерфейс між STPM32 і мікро контролером може бути гальванічно розв'язаний.

Мал. 3. Побудова однофазного лічильника електроенергії на базі STPM32

Наведений варіант не вимірює струм нульового проводу. З цієї причини немає можливості визначати струми витоку. Такого недоліку позбавлена ​​схема на базі STPM33 (Рисунок 4). Ця ІС має додатковий канал вимірювання струму, який використовується для вимірювання струму нульового проводу.

Мал. 4. Побудова однофазного лічильника електроенергії на базі STPM33

Багатофазних лічильник може бути реалізований за допомогою трьох STPM32 (Рисунок 5). При цьому струм нульового дроту не вимірюється.

Мал. 5. Побудова трифазного лічильника електроенергії на базі STPM32

Багатофазних лічильник з можливістю визначення струмів витоку будується з використанням пари мікросхем STPM33 и STPM34 (Рисунок 6).

Мал. 6. Побудова трифазного лічильника електроенергії на базі STPM33 і STPM34

При розробці лічильника електроенергії необхідно пам'ятати, що наявність високоточної вимірювальної мікросхеми і відмінних струмових датчиків не гарантує прийнятних результатів. Негативний вплив на точність можуть надати помилки при розведенні друкованої плати, невірно проведена калібрування, наявність магнітних полів, відсутність екранування і так далі [8, 9]. Для того щоб швидко і без проблем ознайомиться з можливостями STPM3x і на його основі розробляти власні лічильники, логічно використовувати готові демонстраційні набори і супутнє ПО STMicroelectronics.

Фірмові демонстраційні набори та програмне забезпечення для роботи з STPM3x

Компанія STMicroelectronics пропонує три демонстраційних плати для ознайомлення з сімейством STPM3x , А також референсну плату трифазного лічильника з мікро контролером STM8S903K3 (Таблиця 4).

Таблиця 4. Демонстраційні плати STMP3x

Найменування
демонстраційного набору Опис EVALSTPM32 Демонстраційний набір однофазного лічильника на базі STPM32 і шунтового датчика струму EVALSTPM33 Демонстраційний набір однофазного лічильника на базі STPM33 , Одного шунтового і одного трансформаторного датчиків струму EVALSTPM34 Демонстраційний набір двухфазного лічильника на базі STPM34 і двох трансформаторних датчиків струму EVALSTPM3X-3PH Демонстраційний набір трифазного лічильника на базі мікросхем STPM34 и STPM33 , Трьох трансформаторних датчиків струму і керуючого контролера STM8S903K3 STEVAL-IPE023V1 Плата USB-відладчика / програматора для сімейства STPM3x

Демонстраційні плати EVALSTPM34, EVALSTPM33 і EVALSTPM32 призначені для роботи в двофазної мережі. Зовні плати мають досить схожий вид (малюнок 7). Вони відрізняються типом використовуваної ІС і складом датчиків струму [10].

Мал. 7. Зовнішній вигляд демонстраційних плат EVALSTPM3x на прикладі EVALSTPM33

Серед особливостей демонстраційних плат варто відзначити:

• високу точність вимірювань 0,2%;
• наявність роз'єму підключення USB-програматора STEVAL-IPE023V1 для налагодження за допомогою ПК;
• гальванически розв'язаний RS-232-UART;
• можливість вибору інтерфейсу зв'язку (перемикачем);
• два програмованих світлодіода;
• живлення від зовнішнього джерела або від STEVAL-IPE023V1 ;
• сумісність зі стандартом по перешкодозахищеності IEC61000.

Для роботи з демонстраційними платами логічно використовувати безкоштовне фірмове ПО (STPM3xEvalSoft), що дозволяє взаємодіяти з вимірювальними ІС за допомогою ПК. Для цієї мети необхідний спеціальний USB -программатор / відладчик STEVAL-IPE023V1 .

Пропоноване ПО має зручний інтерфейс (GUI) і дає можливість використовувати готові предустановки для різних типів ІС, вручну конфігурувати регістри, проводити автоматичну процедуру калібрування, зберігати дані вимірів на ПК і так далі [11].

Дещо інший підхід до розробки власного лічильника реалізується за допомогою використання референсного багатофазного лічильника EVALSTPM3X-3PH (рисунок 8). Він включає в себе дві вимірювальні ІС ( STPM33 и STPM34 ), Три трансформатора струму, мікроконтролер STM8S903 . Мікроконтролер здійснює настройку ІС, читання показань вимірювань, спілкування з комунікаційних інтерфейсів, управління світлодіодами.

Мал. 8. Зовнішній вигляд референсной плати EVALSTPM3X-3PH

Особливостями EVALSTPM3X-3PH є:

• висока точність вимірювань 0,2%;
• номінальне середньоквадратичне значення напруги мережі 140 ... 300 В;
• номінальне середньоквадратичне значення струму 5/100 А;
• частота мережі 50/60 Гц;
• наявність коннектора для підключення від STEVAL-IPE023V1 ;
• живлення від USB;
• коннектор для прямого зв'язку з STPM33 / 34 по SPI / UART;
• коннектор SWIM для програмування мікроконтролера STM8S903 ;
• два програмованих світлодіода;
• сумісність зі стандартом по перешкодозахищеності IEC61000.

Висновок

STPM3x є найбільш досконалими вимірювачами споживаної електрики в цій Класифікації виробів STMicroelectronics. Дані ІС дозволяють будувати однофазні та багатофазні лічильники, що відповідають найжорсткішим вимогам міжнародних стандартів.

Серед ключових особливостей STPM3x можна відмітити:

• високу точність вимірювань 0,1% при динамічному діапазоні вимірювань 1: 5000;
• широку смугу пропускання 4 кГц;
• до чотирьох каналів вимірювання (STPM34);
• підтримку різних датчиків струму (трансформатори струму, шунти, котушки Роговского);
• можливість виміру як активної, але і реактивної потужності, миттєвих і середньоквадратичних значень струмів і напруг;
• можливість визначення перенапруг (SWELL), провалів напруги (SAG), перевантажень по струму, витоків струму;
• зв'язок з мікро контролером по одному з інтерфейсів SPI / UART.

Розробка власних лічильників на базі STPM3x значно спрощується завдяки демонстраційним наборам, референсним платам, супутнього програмного забезпечення.

література

1. Постанова уряду Російської Федерації від 4 травня 2012 року № 442 «Про функціонування роздрібних ринків електричної енергії, повному і (або) часткове обмеження режиму споживання електричної енергії»;
2. ГОСТ 31818.11-2012 (МЕК 62052-11: 2003) «Апаратура для виміру електричної енергії змінного струму. Загальні вимоги. Випробування і умови випробувань. Частина 11. Лічильники електричної енергії »;
3. ГОСТ 31819.21-2012 (МЕК 62053-21: 2003) «Апаратура для виміру електричної енергії змінного струму. Додаткові вимоги. Частина 21. Статичні лічильники активної енергії класів точності 1 та 2 »;
4. ГОСТ 31819.22-2012 (МЕК 62053-22: 2003) «Апаратура для виміру електричної енергії змінного струму. Додаткові вимоги. Частина 22. Статичні лічильники активної енергії класів точності 0,2S і 0,5S »;
5. ГОСТ 31819.23-2012 (МЕК 62053-23: 2003) «Апаратура для виміру електричної енергії змінного струму. Додаткові вимоги. Частина 23. Статичні лічильники реактивної енергії ».
6. AN3306. Application note. Current sensing in metering applications using a Pulse current sensor and ST metering devices. Rev.1. ST Microelectronics, 2010 року;
7. DS10272. Datasheet. STPM32, STPM33, STPM34. ASSP for metering applications with up to four independent 24-bit 2nd order sigma-delta ADCs, 4 MHz OSF and 2 embedded PGLNA. Rev.2. ST Microelectronics, 2014;
8. AN4470.Application note. The STPM3x application calibration. Rev.1. ST Microelectronics, 2014.
9. S. Ranno, Design tip. DT0039. Improving measuring accuracy and EFT immunity for STPM3x. applications. Rev.1. ST Microelectronics, 2014;
10. UM1748. User manual. EVALSTPM34, EVALSTPM33, EVALSTPM32 evaluation board. Rev.1. ST Microelectronics, 2014;
11. UM1719. User manual. The STPM3x evaluation software. Rev.1. ST Microelectronics, 2014;
12. http://www.st.com/.

Отримання технічної інформації , замовлення зразків , замовлення і доставка .

Про компанію ST Microelectronics

Компанія STMicroelectronics є №1 виробника електроніки в Европе. Компоненти ST широко представлені в оточуючіх нас СПОЖИВЧИХ товари - від iPhone до автомобілів різніх марок. Лідери індустріального Сайти Вся вібірають компоненти ST за їх Надійність и видатні технічні параметрами. У компании ST працює 48 000 співробітніків в 35 странах. Виробничі потужності розташовані в 12 странах світу. Понад 11 тисяч співробітніків зайняті дослідженнямі і розробки - інноваційне лідерство ... читати далі