1  引言

　　随着社会的发展，普通三相电表所提供的功能（只能显示用电量、电压）已不能满足人们对多功能检测的需要，因为普通电表无法测量有功功率和无功功率、单相电流测量、自动记录电源的失压、过压和中断、多级口令保护信息安全及可存储几个月的记录等。而利用SAMES公司的SA9904A芯片便可实现上述功能，因而成为新型三相电表的重要组成部分。SA9904A是一种双向三相电表集成电路芯片，可测量有功、无功功率以及电压和频率。它和早期同类型芯片SA9604A管脚兼容，其新增功能可测量电压有效值和无功功率，并可通过SPI接口访问相应
的24bit寄存器来测量各相的无功、有功能量、电压和频率。
    SA9904A具有如下性能：
    ●可实现双向有功和无功功率／能量的测量；
    ●可完成对电压和频率的测量；
    ●采用三相独立检测；
    ●具有SPI接口总线；
    ●符合IEC521／1036一级交流电表的规范要求；
    ●符合无功电表IEC1268的规范要求；
    ●具有静电保护功能；
    ●总功耗小于50mW；
    ●使用电流互感器感应电流；
    ●工作温度范围宽；
　　●片内含有基准电压源。

2  SA9904A简介

　　SA9904A采用20脚DIP封装，管脚说明如表1所列。SA9904A为混合模数信号的CMOS集成电路，其内部电路如图1所示，它可用来测量有功功率、无功功率、电压、频率以及电能。同时，SA9904A还可将实时有功功率和无功功率存入24bit寄存器并累计。若需连续测量电压和频率，也可分别放入寄存器中。其F150管脚可输出电压过零脉冲。SA9904A的SPI接口为三态输出，因而可以将一台以上的测量设备连接在一条SPI总线上。
2．1  输入信号
　　在额定电流内，电阻值应该设置在输入电流为16μA的位置，而实际进入电压检测输入的电流应设置在14μA，电源电压经过电阻分压为每相14V。SCK管脚的时钟信号用于同步微控制器和SA9904A的数据交换，该信号是由微控制器产生的，它决定着DO和DI管脚的数据传输率。
2．2  输出信号  
　　串行时钟决定数据输出的速率。当CS为低电平时，输出为三态。
2．3  SPI接口
　　SA9904A中的串行外围接口总线（SPI）是微控制器和SA9904A之间进行数据传输的同步总线。SA9904A每相包含四个24bit寄存器，可分别用于存储有功功率、无功功率、电压和频率。
    序列110必须加在寄存器的6bit地址之前，以表示随后读入的是寄存器地址。当CS置高时，管脚DI上的数据在SCK的上升沿输入SA9904A。图2是SPI接口的时序图，DI输入的是1 1 0 A5 A4 A3 A2 A1 A0，其中A1～A5是寄存器地址，见表2。

　　寄存器可以被随机或顺序读取。当SCK的上升沿检测到地址的最低有效位输入后，DO就在SCK的下降沿置0，随后SCK管脚的每个下降沿都会使DO管脚的数据有效。每个寄存器能存储24bit的数据，最高有效位先移出。
    SA9904A中的有功和无功寄存器为24bit加减计数器，寄存器的值在正功时增大，在负功时减小。有功和无功寄存器在存取后并不清零，所以为了确定寄存器的真实值，以前的值应该从当前值中减去。从寄存器中读取的数据反映这段时间有功功率和无功功率的能量，它的增减表示能量的变化。有功和无功寄存器每52秒循环计数一次。

3  SA9904A的应用

　　图3是一种三相电表的实际电路，它使用电流变压器进行电流检测。这个四线电表可以测量3×230V／80A，比1级电表还要精确。SA9904A集成电路最重要的外接元件是电流检测电阻、电压检测电阻和偏压电阻器。它们可以按如下方法计算：
    R1和R2、R3和R4、R5和R6用于决定各相电流的输入，因为输入电流值为16μA，所以R₁＝R₂ 
   


　　取R₁₆，R₁₉和R₂₂为等值电阻，其值应为120kΩ。由于三个电压通道是一样的，所以有R₁₄＝R₁₅＝R₁₆＝R₁₇＝R₁₈＝R₁₉＝R₂₀＝R₂₁＝R₂₂。
    此外，R23和R24为1kΩ，R25、R26和R27为2．7kΩ，C1和C2为220nF的电容，C3、C4、C5和C6为820nF的电容。

4  结束语

　　SA9904A新型通用三相电度表集成芯片非常适用于电网配电系统、住宅小区电表和工厂电能的测量和控制。它功能强大，应用方便，市场前景可观。

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