基于Kinetis微控制器的三相電表設計

　　1 概述

　　目前，高效能源管理和輸配電方面存在各種挑戰，而嵌入式控制和集成連接功能將成為未來智能電網成功的關鍵，而智能三相電表是智能電網的終端環節和最重要的基本構建。

　　飛思卡爾三相電表方案按照中國電網標準GB/T 17215.322-2008/ IEC 62053-22:2003設計。方案采用飛思卡爾最新的基于ARM Cortex-M0+ 內核44引腳的Kinetis M系列，KM14作為計量芯片，其基于ARM Cortex-M0+ 內核100引腳的Kinetis L系列，KL36作為系統芯片。該方案可以簡化并加速設計者的設計流程，降低研發風險及成本，縮短研發時間，確保客戶并在此基礎上開發出有競爭力的產品。

　　2 系統組成

　　2.1 系統圖

　　系統原理框圖如圖1所示。

　　2.2 系統描述

　　計量芯片KM14基于ARM Cortex M0+內核，主頻可達50 MHz，可以用來做諧波分析和計量。其SPI可以與后端主MCU KL36進行通信。有4路獨立的24 位ΣΔADC，含有兩個可編程增益放大器，能夠滿足高精度計量。該設計之所以能夠實現三相計量(如圖1下半部分紅色線所標識)，是因為不但有4路獨立的24 位Σ-ΔADC，還有16 位SAR ADC，兩者進行相位補償算法以后，就可以滿足三相電表規范。

　　4個UART接口可以滿足國家電網載波485、紅外和PLC的相關要求。該設計不但可以滿足國家電網的計量規范，也可以滿足國外IEC 62053-22 和IEC 62053-23等計量標準。

　　低功耗模式，全速情況下可以實現97 uA/MHz,對于停電等情況可以得到很好的支持。

　　2.3 系統功能特點

　　根據以上的描述，總結出該系統的特點如下。

　　(1)電壓輸入范圍3×220~380 V;

　　(2)電流輸入范圍5~60 A;

　　(3)0.5S有用功計量精度。