基于电能计量芯片CSE7759的计量插座设计

智能家居、物联网的概念逐渐深入人心，越来越多的用户希望自己能用电用得清楚、用得安全。可测量电器能耗等参数的节能环保智能插座，正成为家庭的新宠。本文介绍一种基于芯海科技有限公司CSE7759电能计量芯片的计量插座设计方案，该方案能够测量用电设备电压、电流、功率、电量等用电参数，并配备LCD显示，通过按键可切换LCD显示的用电参数。该方案同时具备功率超额自动切断电源的功能。

一、系统设计

计量插座硬件电路主要包括：电能计量、MCU控制、液晶驱动、继电器控制、电源稳压电路，如下图所示。



二、详细设计

2.1、电能计量电路

电压采样采集的是零线上的信号，CSE7759电压采样输入引脚最大输入信号为±700mV，通过1M和1K电阻网络分压输入信号约为220mV，符合输入要求。电流采样通过采集火线上的电流完成，电流通过锰铜电阻转换为电压信号，CSE7759电流输入引脚最大输入差分信号为±43.75mV，理论上采样信号越大测量精度越高但锰铜采用电阻选取得太大又会造成功耗过大，具体选值可参考下表。



2.2、脉冲计数

电压、电流信号进过CSE7759转换为脉冲信号输出，CF引脚输出脉冲频率指示有功功率值，CF引脚输出脉冲频率当SEL引脚为高电平，指示电压有效值，当SEL引脚为低电平指示电流有效值。MCU通过定时一定时间，对CF、CF1输出脉冲进行计数，算出脉冲频率，再通过公式（1）、（2）、（3）可以计算出对实际数值。以电压计算为例，假设测量电压值为U，测得脉冲频率FU=1260Hz，则有：1260Hz=（U/1001×2）/2.43V×3579000Hz/512，算得U=219.2V.另外CSE7759电压、电流有效值在500：1范围内精度达到±0.5%，有功功率在1000：1范围内精度达到±0.2%，完全能满足一般用电设备参数测量。


注：V1、V2分别为电压、电流采样信号，Fsoc为内置晶振，3.579MHz，Vref为内置基准电压，2.43V.

2.3、计量校正

由于器件之间的差异，每一款计量插座参数不可能完全一样，所以就涉及到计量校正问题。下面以电压校正为例介绍校正方法。

①添加标准电压U=220V，根据公式Fu=（V1×2）/Vref×Fosc/512，算得输出脉冲理论值为Fu=1264.5Hz.

②测量计量电路CF1输出脉冲频率，假如Fu‘=1000Hz，与理论值比值L≡1264.5/1000=1.2645.

③将L存入EEPROM内，在实际测试过程中，测得电压脉冲频率为F，那么经过校正应为F‘=F*L，再根据公式（1）可算出实际电压值。

三、总结

基于CSE7759的计量插座能满足测量日常家电用电参数的需求。另外，CSE7759具有小体积（SOP8封装）、内置振荡器、外围电路简单、精度高、低功耗（工作电流<3mA）等优点，是智能插座及家电计量模块中电能计量芯片的不错选择。