采用TI能耗测量IC简化辅助计量

　　引言

　　诸如智能插头和电器电度表等辅助计量 (sub-metering) 应用使消费者能够了解和控制其电能使用状况。其他的辅助计量应用(如服务器功率表)则可帮助 IT 部门优化服务器群的功耗。在设计辅助计量表时，像传感器、模拟前端 (AFE) 组件和微控制器 (MCU) 的选择之类的考虑因素对于决定总体系统成本与复杂性有着举足轻重的影响。作为一款有效的实施方案，其应易于设计并具有低量产成本，同时满足应用的主要需求 - 可靠地测量和报告电能消耗信息。本文将讨论 MSP430AFE2xx IC1 在能耗测量应用中的特性与优势。虽然 MSP430AFE2xx 完全适合公用事业级电力表中的能耗测量，不过本文将专门讨论其在辅助计量中的应用。在本文中，辅助计量指的是非公用事业型的电能计量应用，例如：智能插头、电器电度表和服务器功率表。

　　辅助计量表的功能

　　辅助计量表的形式可以是智能插头(见图 1)，也可以集成在电器设备(见图 2)或服务器中。不管是哪一种形式，辅助计量表通常执行的是下列功能：

　　· 测量某种电器设备的实时能耗。

　　· 将能耗数据传送给用户。这可以利用辅助计量表自身上的一个简单的 LCD 读出器完成。或者，辅助计量表也能够以无线或有线通信的方法将数据传送到一个远程终端，前者采用 Wi-Fi™ 或 ZigBee® 技术，而后者则使用串行端口或电力线通信 (PLC) 技术。

　　· 辅助计量表可以选择具备对输送至电器设备的功率实施调节的能力。例如：在尖峰负荷时间关断电器设备或从某个远程位置进行控制。

　　用于能耗测量的组件

　　能耗测量系统需要使用电压和电流传感器、一个用于连接这些传感器的 AFE 和一个负责完成能耗测量计算的 MCU。能耗测量结果可显示在 LCD 屏之上，或通过串行总线发送至其他设备以进行无线通信，如下一页上的图 2 所示。

　　图 1：MSP430™ 能源看门狗 (Energy Watchdog)2 智能插头参考设计

　　图 2：能耗测量系统方框图

　　功率是瞬时电压与电流的乘积。如下面的公式所示，有功能耗为功率的时间积分，以千瓦-小时 (kWh) 为单位来表示。

　　式中的 Vsamp 为电压样本，Isamp 为电流样本，N 为样本数量。

　　能耗测量的第一步是分别采用电压和电流传感器来测量输入电压和负载电流。