一文讀懂Microchip Energy Monitoring PICtail? Plus Daughter Board

在電子工程師的日常工作中，一款優(yōu)秀的能量監(jiān)測(cè)設(shè)備能為項(xiàng)目帶來(lái)極大的便利。今天，我們就來(lái)深入了解一下Microchip推出的Energy Monitoring PICtail? Plus Daughter Board，它在能量監(jiān)測(cè)領(lǐng)域有著出色的表現(xiàn)。

文件下載：ARD00330.pdf

產(chǎn)品概述

產(chǎn)品簡(jiǎn)介

Energy Monitoring PICtail? Plus Daughter Board是一款采用高度集成的PIC18F87J72單芯片電表IC的功率監(jiān)測(cè)電路。其設(shè)計(jì)成本低，無(wú)需使用變壓器，外部組件少。它具備隔離的USB連接，可用于電表校準(zhǔn)和訪問(wèn)設(shè)備功率計(jì)算；還有隔離的PICtail Plus連接，適用于Explorer 16開發(fā)板及其他板級(jí)開發(fā)。該系統(tǒng)能夠計(jì)算多種功率相關(guān)的量，如有功能量、無(wú)功能量（正向和反向）、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、均方根電壓（VRMS）、均方根電流（IRMS）等。

套件內(nèi)容

該套件包含Energy Monitoring PICtail? Plus Daughter Board（型號(hào)102 - 00330）和重要信息表。

快速上手

此板使用2A負(fù)載進(jìn)行校準(zhǔn)電流，最大電流（ (I_{MAX}) ）為15A。連接方式取決于電流傳感元件的選擇，在高電流電表設(shè)計(jì)中可能需要外部變壓器。測(cè)試校準(zhǔn)電表時(shí)，對(duì)于兩線連接，J5和J6是電表的線路和負(fù)載連接。將板連接到運(yùn)行電表軟件的PC上，當(dāng)線路連接110V - 240V時(shí)電表開啟，PC軟件會(huì)顯示累計(jì)的總能量。

硬件剖析

整體架構(gòu)

從硬件組件圖和數(shù)字連接簡(jiǎn)化原理圖可以清晰看到其整體架構(gòu)。它的設(shè)計(jì)緊湊且合理，各個(gè)部分協(xié)同工作，為能量監(jiān)測(cè)提供了堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)。

輸入與模擬前端

該板為110 - 240V線電壓設(shè)計(jì)，分流器位于兩線系統(tǒng)的低側(cè)或中性側(cè)。兩線系統(tǒng)的相側(cè)線路進(jìn)入電壓通道輸入的電阻分壓器，兩個(gè)差分通道都包含抗混疊低通濾波器。電壓通道使用兩個(gè)330 kΩ電阻實(shí)現(xiàn)664:1的分壓比，對(duì)于230 (V{RMS}) 的線電壓，通道1輸入信號(hào)大小為490 (mV{PEAK}) 。

電源供應(yīng)

電源電路采用半波整流信號(hào)、單個(gè)+5V電壓調(diào)節(jié)器和3.3V LDO，為整個(gè)板子提供穩(wěn)定的電源。

計(jì)算引擎與寄存器詳解

信號(hào)流程

RMS電壓、RMS電流、有功功率、視在功率和校準(zhǔn)輸出脈沖等都是通過(guò)特定的計(jì)算流程得出的，相關(guān)的校準(zhǔn)寄存器和輸出寄存器在計(jì)算中起到關(guān)鍵作用。

寄存器列表

該板有一系列的內(nèi)部寄存器，每個(gè)寄存器都有其特定的功能。例如，MODE寄存器控制電表的操作模式；STATUS寄存器包含電表的運(yùn)行狀態(tài)；CAL_CONTROL寄存器用于校準(zhǔn)模式控制等。下面是部分重要寄存器的詳細(xì)介紹：

• MODE寄存器：控制電表的運(yùn)行模式，不同的位代表不同的功能，如CF位控制有功能量CF相位是否啟用，ABSOLUTE位控制能量累積模式等。
• STATUS寄存器：包含電表的運(yùn)行狀態(tài)信息，如PH_S位可指示CT是否可能處于反向狀態(tài)。
• CAL_CONTROL寄存器：用于校準(zhǔn)模式控制。當(dāng)CAL_MODE位設(shè)置為1時(shí)，電表進(jìn)入校準(zhǔn)模式，CAL_UPDATE位控制功率和能量寄存器的更新。
• LINE_CYC寄存器：設(shè)置線周期數(shù)，以2的冪次方表示。
• RAW2_I_RMS寄存器：存儲(chǔ)電流A/D轉(zhuǎn)換器原始RMS值的平方。
• I_RMS寄存器：存儲(chǔ)校準(zhǔn)后的相A電流的RMS值。
• RAW_V_RMS寄存器：存儲(chǔ)電壓A/D轉(zhuǎn)換器的原始RMS值。
• V_RMS寄存器：存儲(chǔ)校準(zhǔn)后的電壓RMS值。
• LINE_FREQUENCY寄存器：使用過(guò)零技術(shù)測(cè)量線頻率。
• RAW_POWER_ACT寄存器：存儲(chǔ)原始有功功率，用于校準(zhǔn)計(jì)算。
• POWER_ACT寄存器：存儲(chǔ)最終的有功功率。
• POWER_APP寄存器：存儲(chǔ)視在功率。
• RAW_POWER_REACT寄存器：存儲(chǔ)原始無(wú)功功率。
• POWER_REACT寄存器：存儲(chǔ)最終的無(wú)功功率。
• PERIOD寄存器：表示最近LINE_CYC線周期內(nèi)的總時(shí)鐘滴答數(shù)。
• ENERGY_ACT寄存器：存儲(chǔ)累積的有功能量。
• PHASE_COMPENSATION寄存器：提供電壓和電流之間的相位補(bǔ)償。
• OFFSET_I_RMS寄存器：用于RMS電流讀數(shù)的偏移調(diào)整。
• GAIN_I_RMS寄存器：用于調(diào)整RMS電流的增益。

附錄內(nèi)容

原理圖與布局

附錄A包含了板子的各種原理圖和布局圖，如板原理圖、原理圖隔離、頂部絲印、頂部走線和焊盤、底部走線和焊盤、底部絲印等，這些圖為工程師進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試提供了詳細(xì)的參考。

物料清單

附錄B列出了構(gòu)建該板所需的所有零件，包括電容、電阻、二極管、集成電路等，并且強(qiáng)調(diào)了制造中使用的是符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的組件。

Microchip Energy Monitoring PICtail? Plus Daughter Board以其優(yōu)秀的設(shè)計(jì)和豐富的功能，為電子工程師在能量監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中提供了一個(gè)可靠的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可以根據(jù)具體需求對(duì)其進(jìn)行配置和校準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)精確的能量監(jiān)測(cè)。大家在使用過(guò)程中有沒有遇到過(guò)什么特別的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。