ATT7025用户手册

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1 HT7038 用户手册 Tel: Fax: Web: Rev Page1 of 53

2 版本修改说明 版本号 修改日期 修改记录 V /02/17 创建初稿 V /05/23 更改了推荐原理图的 sleep 丝印, 晶振电路, V /05/27 丝印名称改为 HT7038 V /06/30 1. 修改 SPI 通讯部分 2. 修改部分保留寄存器, 改为可用寄存器, 修改寄存器详细说明部分与 寄存器说明列表上不一样的地方 Rev Page2 of 53

3 目录 版本修改说明 芯片概况 芯片简介 芯片特性 整体框图 引脚定义 应用示意图 功能描述 电源管理 SLEEP 模式 复位系统 A/D 转换 系统功能 有效值测量 有功计算 无功计算 视在计算 功率方向判断 起动 / 潜动 片上温度检测 三相三线 / 四线应用 能量脉冲输出 VREF 数字自动补偿功能 通信接口 SPI 通讯接口介绍 SPI 初始化 SPI 读操作 SPI 写操作 SPI 写特殊命令字操作 寄存器 计量参数寄存器 计量参数寄存器说明 校表参数寄存器 校表参数寄存器说明 电气规格 电气参数 校表过程 校表及推荐 Rev Page3 of 53

4 7 芯片封装 典型运用电路原理图 Rev Page4 of 53

5 1 芯片概况 1.1 芯片简介 HT7038 系列多功能高精度三相电能专用计量芯片, 适用于三相三线和三相四线应用 HT7038 集成了 6 路二阶 sigma-delta ADC 参考电压电路以及所有功率 能量 有效值 功率因数及频率测量的数字信号处理等电路, 能够测量各相以及合相的有功功率 无功功率 有功能量及无功能量, 同时还能测量各相电流 电压有效值 功率因数 相角 频率等参数, 充分满足三相复费率多功能电能表的需求 详细数据定义请参阅参数寄存器部分 HT7038 支持全数字域的增益 相位校正, 即纯软件校表 有功 无功电能脉冲输出 CF1 CF2 提供瞬时有功 无功功率信息, 可直接接到标准表, 进行误差校正 详细校表方法请参阅校表方法部分 HT7038 提供一个 SPI 接口, 方便与外部 MCU 之间进行计量及校表参数的传递,SPI 接口的具体规格参见 SPI 详细说明部分, 所有计量参数及校表参数均可通过 SPI 接口读出 HT7038 内置电压监测电路可以保证上电和断电时正常工作 1.2 芯片特性 高精度, 在输入动态工作范围 (5000:1) 内, 非线性测量误差小于 0.1% 有功测量满足 0.2S 0.5S, 支持 IEC :2003,GB/T 无功测量满足 1 级 2 级, 支持 IEC :2003,GB/T 提供有功 无功功率 / 电能及 CF 脉冲输出 提供功率因数 相位角 线频率 电压夹角参数 提供电压有效值 电流有效值, 有效值精度优于 0.2% 提供三相电压矢量和 电流矢量和之有效值输出 提供断相指示 电压 / 电流相序检测功能 中断支持 : 过零中断, 采样中断, 电能脉冲中断, 校表中断 提供有功 无功反向指示功能 合相能量绝对值相加与代数相加可选 电表常数可调 起动电流可调 可准确测量到含 41 次谐波的有功 无功和视在功率 电能 支持增益及相位补偿, 小电流非线性补偿 具有 SPI 通信接口, 速率可达 10Mbps 内置温度测量传感器 适用三相三线和三相四线模式 片内参考电压, 也可以外接参考电压 提供脉冲加倍功能, 便于小信号校表 支持 ROSI 线圈 采用 LQFP32 封装 3.3V 供电 晶体 MHz Rev Page5 of 53

6 1.3 整体框图 CLKIN CLKOUT AVCC AGND V1P V1N V2P V2N V3P V3N V4P V4N V5P V5N V6P V6N PGA PGA PGA PGA PGA PGA 2 阶 ADC 2 阶 ADC 2 阶 ADC 2 阶 ADC 2 阶 ADC 2 阶 ADC DEC filter DEC filter DEC filter DEC filter DEC filter DEC filter Clock Generator EMU LVREF Pulse output Register Power Monitor Unit General Interface VDD1P8 DVCC DGND CF1 CF2 SDO SDI SCLK CS sleep Reset Vref Voltage Reference Temperature sensor ADC 图 HT7038 芯片整体框图 1.4 引脚定义 HT7038 系列采用 LQFP32 封装形式 :32Pin LQFP(7x7) AVCC V4N V4P AGND V2N V2P AVCC V3N AGND V5P V5N VCC CF2 CF1 GND V6N V6P CS SCLK DIN DOUT VDD OSCI OSCO RESET AGND V1P V1N REFCAP V3P GND SLEEP HT 图 HT7038 引脚配置 Rev Page6 of 53

7 表格 1-1 引脚功能 引脚编号 PIN 名字 特性 功能描述 1,2 V1P/V1N 输入 通道 1( 电流通道 ) 正, 负模拟输入引脚 完全差动输入方式, 正常工作最大信号电平为 ±0.7Vp, 通道 1 有一个 PGA, 其增益选择参见寄存器部分, 两个引脚内部都有 ESD 保护电路 3 REFCAP 输出 基准 1.2V, 可以外接 ; 该引脚应使用 10μF 电容并联 0.1uF 瓷介质电容进行去耦 4,5 V3P/V3N 输入 通道 3( 电流通道 ) 正, 负模拟输入引脚 完全差动输入方式, 正常工作最大信号电平为 ±0.7Vp, 通道 3 有一个 PGA, 其增益选择参见寄存器部分, 两个引脚内部都有 ESD 保护电路 6,9,13 AGND 参考地 模拟电路 ( 即 ADC 和基准源 ) 的接地参考点, 该引脚应连接到 PCB 的模拟地 7,8 V5P/V5N 输入 通道 5( 电流通道 ) 正, 负模拟输入引脚 完全差动输入方式, 正常工作最大信号电平为 ±0.7Vp, 通道 5 有一个 PGA, 其增益选择参见寄存器部分, 两个引脚内部都有 ESD 保护电路 10,16 AVCC 电源 该引脚提供模拟电路的电源, 正常工作电源电压应保持在 3.3V± 10%, 为使电源的纹波和噪声减小至最低程度, 该引脚应使用 10μF 电容并联 0.1uF 瓷介电容进行去耦 11,12 V2P/V2N 输入 通道 2( 电压通道 ) 的正 负模拟输入引脚 完全差动输入方式, 正常工作最大输入电压为 ±0.7Vp, 两个引脚内部都有 ESD 保护电路 14,15 V4P/V4N 输入 通道 4( 电压通道 ) 的正 负模拟输入引脚 完全差动输入方式, 正常工作最大输入电压为 ±0.7Vp, 两个引脚内部都有 ESD 保护电路 17,18 V6P/V6N 输入 通道 6( 电压通道 ) 的正 负模拟输入引脚 完全差动输入方式, 正常工作最大输入电压为 ±0.7Vp, 两个引脚内部都有 ESD 保护电路 19,23 GND 参考地 数字地引脚 20 CF1 输出 频率校验输出 ( 高电平脉冲 ), 用于有功功率的校验 ; 也可以用来做有功电能计量 21 CF2 输出 频率校验输出 ( 高电平脉冲 ), 用于无功功率的校验 ; 也可以用来做无功电能计量 22 SLEEP 输入休眠模式控制引脚, 高有效, 即拉高进入休眠模式, 功耗 1uA, 拉低芯片正常工作 24 VCC 电源 数字电源引脚 ; 正常工作电源电压应保持在 3.3V±5%, 该引脚应使用 10μF 电容并联 100nF 瓷介电容进行去耦 25 CS 输入 选择信号, 它是 SPI 接口的一部分 ; 由 Host MCU 产生, 低有效, 若 CS 为高, 则 DOUT 为高阻态,Schmitt Trigger 类型 内部可编程为 300k 上拉电阻或 floating 26 SCLK 输入 为同步串行接口配置的串行时钟, 由 Host MCU 产生, 该管脚为 Schmitt Trigger 类型, 可以方便接收由光耦传送过来的信号 内部可编程为 300k 上拉电阻或 floating 27 DIN 输入 串行接口的数据输入 ; 来自 Host MCU;SCLK 下降沿是有效数据, Schmitt Trigger 类型 内部可编程为 300k 上拉电阻或 floating 28 DOUT 输出 串行接口的数据输出 ;SCLK 上升沿放出数据 ; 下降沿是有效数据 29 VDD 电源 数字电源 1.8V 输出 外接 10μF 钽电容并联 100nF 瓷介质电容进行去耦 30 OSCI 输入 系统晶振的输入端, 或是外灌的系统时钟输入 ( 推荐为 MHz), 内部已集成起振电路 10M 电阻 31 OSCO 输出 晶振的输出端 32 Reset 输入 外接复位, 低电平有效,Schmitt Trigger 类型 ; 内部 47K 上拉电阻 Rev Page7 of 53

8 1.5 应用示意图 /RST UA 1.2K 33nf 1.2K 33nf Reset SPI MCU IA UB UC 1.2K 5R1 33nf 5R1 1.2K 33nf 与 A 相接线相同 HT7038 高精度多功能三相电能专用计量芯片 LCD 显示模块 通讯模块 IB IC 与 A 相接线相同 EEPROM OSCO OSCI MHz 图 应用示意图 Rev Page8 of 53

9 2 功能描述 2.1 电源管理 HT7038 片内包含一套电源监控电路, 连续对模拟电源 (AVCC) 进行监控 当电源电压低于 2.5V±5% 时, 芯片将被复位 这有利于电路上电和掉电时芯片的正确启动和正常工作电源监控电路被安排在延时和滤波环节中, 这在最大程度上防止了由电源噪声引发的错误, 如图 2-1 所示 为保证芯片正常工作应对电源去耦, 使 AVCC 的波动不超过 3.3V±5% 右图为电源监测示意图 3.3V 2.5V 2.2 SLEEP 模式 复位运行复位 图 片内电源监控特性 将 Sleep 引脚 (pin 22) 拉高,HT7038 进入 sleep 模式, 在 sleep 模式下, 校表参数 0x01~0x1F 保存, 当 Sleep 拉低后,HT7038 重新进入正常工作 2.3 复位系统 HT7038 提供两种复位方位 : 硬件复位和软件复位 硬件复位通过外部引脚 RESET 完成,RESET 引脚内部有 47K 上拉电阻, 所以正常工作时为高电平, 当 RESET 出现大于 20us 的低电平时,HT7038 进入复位状态, 当 RESET 变为高电平时 HT7038 将从复位状态进入正常工作状态 软件复位通过 SPI 接口完成, 当往 SPI 口写入 0xD3 命令后, 系统就进行一次复位, 复位之后 HT7038 从初始状态开始运行 图 复位系统 Rev Page9 of 53

10 2.4 A/D 转换 HT7038 片内集成了多路 19 位的 ADC, 采用双端差分信号输入, 输入最大正弦信号 ( 满量程 ) 有效值是 0.5V, 建议将电压通道 Un 对应到 ADC 的输入选在有效值 0.22V 左右, 而电流通道 Ib 时的 ADC 输入选在有效值 0.05V 左右 参考电压 Refcap 典型值是 1.2V HT7038 内部 ADC 系统框图 : 图 ADC 内部线路图 2.5 系统功能 电压相序检测 HT7038 提供电压的相序检测功能, 三相四线和三相三线模式的电压相序检测依据不完全一样 三相四线模式下电压相序检测按照 A/B/C 三相电压的过零点顺序进行判断, 电压相序正确的依据 : 当 A 相电压过零之后,B 相电压过零, 然后才是 C 相电压过零, 否则电压错序 另外, 只要当 A/B/C 三相电压中任何一相没有电压输入时,HT7038 也认为是电压错序 三相三线模式下电压相序检测按照 A 相电压与 C 相电压的夹角进行判断 : 当 A 相与 C 相的电压夹角在 300 度左右时, 才认为电压相序正常, 否则判断电压出现错序 电流相序检测 HT7038 提供电流相序检测功能, 三相四线模式下电流相序检测按照 A/B/C 三相电流的过零点顺序进行判断, 电流相序正确的依据 : 当 A 相电流过零之后,B 相电流过零, 然后才是 C 相电流过零, 否则电流错序 另外, 只要当 A/B/C 三相电流中任何一相电流丢失,HT7038 也认为是电流错序 三相三线模式下电流相序检测按照 A 相电流与 C 相电流的夹角进行判断 : 当 A 相与 C 相的电流夹角在 120 度左右时, 才 Rev Page10 of 53

11 认为电流相序正常, 否则判断电流出现错序 电压夹角测量 HT7038 电压夹角测量精度为 0.1 度, 提供三个寄存器 YUaUb YUaUc YUbUc 分别表示 AB/AC/BC 电压的夹角, 范 围为 0~360 度 数据更新时间为 3Hz 左右 电压电流相角测量 HT7038 提供相角检测功能, ϕ 表示为 ± 功率因数测量 功率因数计算公式 : Pf = abs( P) abs( S) 电压频率测量 HT7038 可以直接输出电压频率参数,HT7038 可以自动选择 A/B/C 三相中的任意一相电压为电压频率测量的基准, 新增加了稳定过零点的低通滤波, 有效减小噪声和谐波的干扰影响, 可更准确更可靠地测量电压线频率, 精度达 0.01Hz 失压检测 HT7038 可以根据设定的阈值电压对 A/B/C 三相电压是否失压进行判断 阈值电压可以通过失压阈值设置寄存器 FailVoltage 进行设定 HT7038 上电复位后失压阈值设置会根据当前选择的工作模式 ( 三相三线 / 三相四线 ) 默认设置为 不同的参数 在没有对电压有效值进行校正时三相四线模式的失压阈值对应在电压通道输入 50mV 左右, 而三相三线模 式的失压阈值对应在电压通道输入 150mV 左右 如果对电压有效值进行了校正, 则必须重新设定失压阈值设置寄存器 FailVoltage, 设置方法参考失压阈值设定部分 2.6 有效值测量 电流有效值测量 通过对电流采样值进行平方 开方以及数字滤波等一系列运算得到 电流通道输入有效值 500mV 到 1mV 的信号时电 流有效值的误差小于 0.2% 电压有效值测量 通过对电压采样值进行平方 开方以及数字滤波等一系列运算得到 电压通道输入有效值 500mV 到 1mV 的信号时电 Rev Page11 of 53

12 压有效值的误差小于 0.2% 2.7 有功计算 有功功率计算 各相的有功功率是通过对去直流分量后的电流 电压信号进行乘法 加法 数字滤波等一系列数字信号处理后得 N 1 ( ( ) ) 计算得到的有功 N 到的 电压 电流采样数据中包含高达 41 次的谐波信息, 所以依据公式 P= Un I( n) 功率也至少包含 41 次谐波信息 有功功率的测量原理图如下图所示, 合相有功功率 Pt = Pa + Pb + Pc n= 有功能量计算 Ep = p t dt 有功能量通过瞬时有功功率对时间的积分得到 单相有功能量的计算公式为 : 合相有功能量 可以根据设置按照代数或者绝对值的模式进行累加 代数和模式 Ept = Epa + Epb + Epc 如图所示 ( ) Ept = Epa + Epb + Epc, 而绝对值加模式 Rev Page12 of 53

13 2.8 无功计算 无功功率计算 根据真无功功率 ( 正弦式无功功率 ) 定义公式, 无功功率 Q = ( Un In ( ϕ ) n= 1, 无功功率计量算法与有功类似, 只是电压信号采用移相 90 度之后的, 移相方式采用 Hilbert 滤波器 测量带宽主要受到数字移相滤波器的带宽限制, HT7038 无功功率的测量带宽也可高达 41 次谐波 无功能量计算 Eq = q t dt 无功能量通过瞬时无功功率对时间的积分得到 单相无功能量的计算公式为 : 合相无功能量可 以根据设置按照代数或者绝对值的模式进行累加 代数和模式 Eqt = Eqa + Eqb + Eqc, 如图所示 ( ) Eqt = Eqa + Eqb + Eqc, 而绝对值加模式 Rev Page13 of 53

14 2.9 视在计算 视在功率计算 视在功率有两类计算公式 : S = P + Q PQS 视在功率 ( 公式一 ): 2 2 RMS 视在功率 ( 公式二 ): S = Urms * Irms HT7038 提供两类计算方式, 用户可通过寄存器配置选择使用任意一种计算公式 采用 PQS 视在功率 ( 公式一 ) 实现的视在功率值 如下图所示 图 视在功率测量 关于合相视在功率,HT7038 按照公式一, 根据合相有功功率和合相无功功率计算得到, 如下图所示 图 合相视在功率测量 根据 RMS 视在功率公式二实现的视在功率值, 如下图所示 图 视在功率测量 视在能量计算 视在能量定义视在功率对时间的积分, 由于视在功率存在两类计算公式, 所以 HT7038 提供这两类的视在能量, 通 过寄存器控制位选择 Rev Page14 of 53

15 2 2 按照公式 S = P + Q 计算 PQS 视在能量, 如下图所示 T T T 图 合相视在能量测量 按照公式 S = Ura* Ira + Urb* Irb + Urc* Irc 计算 RMS 视在能量, 如下图所示 T 图 视在能量测量 2.10 功率方向判断 HT7038 实时提供功率方向指示, 方便实现四象限功率计量 负功率指示 REVP: 当检测到三相中任意一相的有功功率为负, 则 REVP 输出高电平, 直到下次检测到所有的有功功率都为正时,REVP 才恢复为低电平 注意, 当某一相功率处于潜动时, 该相功率值的方向不影响 REVP 的状态 ;REVP 状态需要在芯片发出第一个脉冲之后才正常指示, 否则 REVP 一直处于低电平 2.11 起动 / 潜动 HT7038 提供 2 种方式实现能量计量的起动和潜动 : 一是电流阈值判断方式, 即判断电流是否小于启动阈值来实现起动与潜动的判断, 当 HT7038 检测到某相电流大于起动阈值时, 该相能量就开始计量, 也就是可以起动, 而当检测到某相电流小于起动阈值时, 该相能量停止计量, 也就是处于潜动状态 二是功率阈值判断方式, 即判断有功功率和无功功率是否同时小于起动功率阈值实现潜动, 当 HT7038 检测到某相有功功率或无功功率大于起动功率阈值, 该相能量就开始计量, 即起动, 当某相有功功率和无功功率同时小于起动功率阈值, 该相能量停止计量, 即潜动 Rev Page15 of 53

16 注 : 推荐使用功率阈值判断方式, 设置值更准确 2.12 片上温度检测 HT7038 内建温度传感器, 并提供一个 8 位的 ADC 对温度进行采样输出, 分辨率为 三相三线 / 四线应用 HT7038 三相四线模式下采用三元件测量方法, 合相功率计算公式为 : 而 HT7038 三相三线模式下采用两元件测量方法, 合相功率计算公式为 : 在三相三线模式下 HT7038 的 B 相通道不参加功率计量, 只有 A 相和 C 相通道参与三相三线的测量 但是 HT7038 可以将 B 通道的参数单独放出, 只要在 B 相通道的电压与电流通道上加入相应信号, 在三相三线模式下仍可读取 Pb/Qb/Sb/Urmsb/Irmsb/Pfb/Pgb 参数, 但是 B 通道的电压和电流通道上所加的信号不会对三相三线的正常测量产生不良影响 另外三相三线模式下.Urmsb 寄存器可选择 B 通道输入信号, 也可选择通过内部矢量方式直接计算 Uac 有效值 2.14 能量脉冲输出 2 个高频脉冲输出 CF1/CF2, 分别对应全波有功电能 全波无功电能 Rev Page16 of 53

17 电压 电流信号经过变换后在功率测量信号处理电路中相乘得到瞬时功率, 对时间积分后成为电能信号, 根据设置将 A/B/C 三相电能做绝对值相加或代数值相加运算, 并将结果变换成频率信号, 然后按照用户设定的分频系数进行分频, 得到可用于校表的电能脉冲输出信号 下图是高频输出常数为 64 时的分频示意图, 电能脉冲输出的脉宽为 90 毫秒, 当脉冲周期小于 180 毫秒时, 电能脉冲以占空比为 1:1 的等宽脉冲输出 2.15 Vref 数字自动补偿功能 HT7038 增加温度自动补偿功能, 当 VrefAotu_en=1( 校表参数 0x70 bit1) 时开启 同时该功能只在 TPS 使能时才有效, 即 TPS_En=1( 校表参数 0x31 bit4) 且 VrefAotu_en=1( 校表参数 0x70 bit1) 时有效 工作机制如下 : 1 新增加 Toffset 校正寄存器 ( 校表参数 0x6B) 进行 TPS 一致性校正, 使得 TPSData( 计量参数 0x2A) 值在常温 (25 度 ) 输出为 0x00 校正方式: 直接读取 TPSData ( 计量参数 0x2A) 在常温 (25 度 ) 输出值, 直接写入 Toffset 校正寄存器 ( 校表参数 0x6B) 即可 Rev Page17 of 53

18 校正后温度的计算公式为 TP= *TMM TMM 为温度输出寄存器 ( 计量参数 0x2A) 的读数取补码 2 新增加 Tgain 校正寄存器用于补偿 TPS 的系数, 使得新版 HT7038 的 TPS 分辨率兼容原来 HT7038 的 /LSB 芯片直接调整 ok, 不需要校正 3 新增 Vrefgain 的补偿曲线系数 TCcoffA,TCcoffB,TCcoffC 1) 外围电阻选用 20ppm 正温度系数电阻时推荐系数 :0x6D=0xFF11;0x6E=0x2B53;0x6F=0xD483 2) 只补偿 HT7038 本身的 Vref 温度特性时推荐系数 :0x6D=0xFF00;0x6E=0x0DB8;0x6F=0xD1DA Rev Page18 of 53

19 3 通信接口 3.1 SPI 通讯接口介绍 HT7038 内部集成一个 SPI 串行通讯接口, 采用从属方式工作, 使用 2 条控制线和两条数据线 :CS/SCLK/DIN/DOUT CS: 片选 (INPUT), 允许访问控制线,CS 发生下降沿跳变时表示 SPI 操作开始,CS 发生上升沿跳变时表示 SPI 操作结束 DIN: 串行数据输入 (INPUT), 用于把数据传输到 HT7038 中 DOUT: 串行数据输出 (OUTPUT), 用于从 HT7038 寄存器中读出数据 SCLK: 串行时钟 (INPUT), 控制数据移出或移入串行口的传输率 上升沿放数据, 下降沿取数据 SCLK 上升沿时将 HT7038 寄存器中的数据放置于 DOUT 上输出,SCLK 下降沿时将 DIN 上的数据采样到 HT7038 中,MSB 在前,LSB 在后 HT7038 SPI 通讯接口采用固定长度的数据传输 ( 一共 4 个字节 ), 也就是说每次数据通讯都是 1 个字节命令和 3 个字节的数据 HT7038 与外部 MCU 的 SPI 通讯接口典型接线如图所示 : CS 10pF 10 SCLK HT pF 10 MCU DIN 10pF 10 DOUT 10 10pF 图 SPI 典型接线图 考虑 SPI 传输信号线有可能受到干扰或者出现抖动, 可以在 SPI 信号线上串联一个小电阻 这个电阻与 IC 输入端的寄生电容 C 结合起来可构成一个低通滤波器, 可以消除 SPI 接口信号上的任何振荡, 一般推荐使用 10~100Ω 电阻 如果数字输入端的内部电容不够大, 还可在这个输入端加一个外接电容, 可选 10pF 左右的电容 对于这两个电阻 电容参数选择, 要根据 SPI 通讯速率以及外部 MCU 的信号进行分析, 并需要作些相关的实验, 以确定电阻 电容值是否适合 Rev Page19 of 53

20 3.2 SPI 初始化 HT7038 的计量参数及校表参数寄存器是通过 SPI 提供给外部 MCU 的 图 初始化信号同步 T1 等待的时间 :>2 个 osc clock 是安全的例如 :osc clock=6mhz, 选择等待 3 个 osc clock,t1=3/6mhz= 0.5us SPI sck 的低速模式, 比特率最高 1Mbps, 也就是说 T2 = T3 = 0.5us SPI sck 的高速模式, 比特率最高 10Mbps, 也就是说 T2 = T3 = 0.05us 3.3 SPI 读操作 SPI 读时序图 : 图 读操作时序 Rev Page20 of 53

21 HT7038 的 SPI 通讯格式是相同的,8 位命令,24 位数据,MSB 在前,LSB 在后, 发送 8 位命令后, 读取 24 位数据 其中 8 位命令位格式说明如下 : Bit7:0 表示读命令, 用于外部 MCU 读取 HT7038 寄存器数据 Bit6 0: 表示寄存器地址, 参照寄存器定义部分注意 : 通过 SPI 写入一个 8 bits 的命令字之后, 可能需要一个等待时间, 然后才能通过 SPI 读取 24bits 的数据 当 SCLK 频率低于 500kHz 时, 不需要等待时间, 即等待时间为 0uS; 当 SCLK 频率高于 500kHz 时, 则需要等待 2uS,HT7038 SPI_SCLK 速率最高为 10MHz, 详见 w_modulecfg(0x31) 配置描述 发完命令后,DOUT 等待的具体时间计算如下 : sck 要等待 4 个 osc clock 时间, 再发上升沿才能进行数据段操作,T4 大于 4 个 osc clock 是安全的 例如 :osc clock=6mhz, 等待 4 个 osc clock,t2>4/6mhz(= 0.667us) SPI 读操作示例 : Rev Page21 of 53

22 3.4 SPI 写操作 图 写操作时序 HT7038 的 SPI 通讯格式是相同的,8 位命令,24 位数据,MSB 在前,LSB 在后, 发送 8 位命令后, 紧随着写入 24 位数据 其中 8 位命令位格式说明如下 : Bit7:1 表示写命令, 用于外部 MCU 写 HT7038 寄存器参数 Bit6 0: 表示寄存器地址, 参照寄存器定义部分 SPI 写操作示例 : 3.5 SPI 写特殊命令字操作 HT7038 提供一些特殊的命令字以配合软件校表之用,SPI 写特殊命令字的操作过程与 SPI 写操作时序一致 Rev Page22 of 53

23 SPI 写特殊命令字时序图 : CS Command Data SCLK DIN 图 写特殊命令字操作时序 HT7038 的 SPI 通讯格式是相同的,8 位命令,24 位数据,MSB 在前,LSB 在后, 发送 8 位命令后, 紧随着写入 24 位数据 其中 8 位命令位格式说明如下 : Bit7/6:1 1 表示写入特殊命令字 Bit7/6:1 0 表示写命令, 用于外部 MCU 更新 HT7038 校表数据 Bit7/6:0 X 表示读命令, 用于外部 MCU 读取 HT7038 的参数 Bit5 0: 表示特殊命令字的类型 特殊命令使用说明 : HT7038 提供的特殊命令主要有 :0xC0,0xC1,0xC3,0xC4,0xC5,0xC6,xC9 和 0xD3 特殊命令命令字 24 位数据命令说明 采样数据缓冲启动命令 0xC0 0x00CCCX 写入 0x00CCCx 启动波形数据缓冲, 其它数据无效 这里 x 代表需要保存数据的通道号,0~B 有效, 依次对应 : Ua/Ia/Ub/Ib/Uc/Ic/In/Ua+Ia/Ub+Ib/Uc+Ic/Ua+Ub+Uc/I a+ib+ic 0xC1 0x 用于指定读取数据的位置, 数值去 0~1023 范围内有效, 超过边界则自动归零 缓冲数据读指针设置 清校表数据 0xC3 0x 发送命令字 0xC3, 数据位为 0x000000, 可以将校表数据寄 存器的内容恢复到上电初始值, 然后重新进行校表 同步数据系数 0xC4 0x 同步数据系数自动模式下根据信号频率自动计算 ; 手动模 设置 式下根据信号频率计算写入 同步数据启动 命令 0xC5 0x 同步数据功能启动命令, 写入 0x 开启自动同步数据功能 ; 写入 0x 开启手动同步数据功能 ; 写入 0x 停止同步数据功能 同步数据功能为单次有效, 每次开启前须先停后开 Bit Name -- PGA1 PGA0 Sync_En Sync_sel Sync_En:=1 启动同步数据缓存 ;=0 停止同步数据缓冲 Sync_sel: =1 选择手动方式 ; =0 选择自动方式 PGA1,0 : 同步采样数据增益系数,0x00/01/10/11 分别表示增益 1/2/4/8 倍 ( 便于在小信号时提高分次谐波精度 ) 注意 : 同步缓冲功能受写保护命令的保护, 即往 0xC9 写不等于 0x005A 开启写保护命令, 此时无法启动同步采样功能 Rev Page23 of 53

24 校表数据读出 0xC6 0x00005A 上电复位后默认读出计量数据寄存器的参数 发送命令 0xC6, 数据不等于 0x000005A, 选择通过 SPI 读出 00~7FH 的计量数据寄存器的参数 发送命令 0xC6, 数据等于 0x00005A 选择 SPI 读出校表数据寄存器的参数, 此时不可读出计量参数寄存器的值 选择读出校表数据寄存器的参数时, 从 0x00 地址读出的值固定为 0x00AAAA, 否则读取计量参数 0x00 地址为 0x7126A0 校表数据写使能 0xC9 0x00005A 上电复位后默认使能 SPI 校表数据寄存器写操作 发送命令 0xC9, 数据 0x00005A, 可以使能 SPI 校表写操作, 此时才能通过 SPI 口修改校表数据寄存器的参数, 发送命令 0xC9, 数据不等于 0x00005A, 可以关闭 SPI 校表寄存器的写操作, 防止校表数据被 SPI 误写 软件复位 0xD3 0x 发送命令 0xD3, 数据 0x 可以对 HT7038 进行复位操 作 Rev Page24 of 53

25 4 寄存器 4.1 计量参数寄存器 表 5-1 计量参数寄存器列表 (Read Only) 地址名称字长复位值功能描述 00H r_deviceid 3 0x7126A Device ID 01H r_pa 3 0x A 相有功功率 02H r_pb 3 0x B 相有功功率 03H r_pc 3 0x C 相有功功率 04H r_pt 3 0x 合相有功功率 05H r_qa 3 0x A 相无功功率 06H r_qb 3 0x B 相无功功率 07H r_qc 3 0x C 相无功功率 08H r_qt 3 0x 合相无功功率 09H r_sa 3 0x A 相视在功率 0AH r_sb 3 0x B 相视在功率 0BH r_sc 3 0x C 相视在功率 0CH r_st 3 0x 合相视在功率 0DH r_uarms 3 0x A 相电压有效值 0EH r_ubrms 3 0x B 相电压有效值 0FH r_ucrms 3 0x C 相电压有效值 10H r_iarms 3 0x A 相电流有效值 11H r_ibrms 3 0x B 相电流有效值 12H r_icrms 3 0x C 相电流有效值 13H r_itrms 3 0x 三相电流矢量和的有效值 14H r_pfa 3 0x A 相功率因数 15H r_pfb 3 0x B 相功率因数 16H r_pfc 3 0x C 相功率因数 17H r_pft 3 0x 合相功率因数 18H r_pga 3 0x A 相电流与电压相角 19H r_pgb 3 0x B 相电流与电压相角 1AH r_pgc 3 0x C 相电流与电压相角 1BH r_intflag 3 0x 中断标志, 读后清零 1CH r_freq 3 0x 线频率 1DH r_eflag 3 0x 电能寄存器的工作状态, 读后清零 1EH r_epa 3 0x A 相有功电能 ( 可配置为读后清零 ) 1FH r_epb 3 0x B 相有功电能 ( 可配置为读后清零 ) Rev Page25 of 53

26 20H r_epc 3 0x C 相有功电能 ( 可配置为读后清零 ) 21H r_ept 3 0x 合相有功电能 ( 可配置为读后清零 ) 22H r_eqa 3 0x A 相无功电能 ( 可配置为读后清零 ) 23H r_eqb 3 0x B 相无功电能 ( 可配置为读后清零 ) 24H r_eqc 3 0x C 相无功电能 ( 可配置为读后清零 ) 25H r_eqt 3 0x 合相无功电能 ( 可配置为读后清零 ) 26H r_yuaub 3 0x Ua 与 Ub 的电压夹角 27H r_yuauc 3 0x Ua 与 Uc 的电压夹角 28H r_yubuc 3 0x Ub 与 Uc 的电压夹角 29H Reserved 3 0x reserved 2AH r_tpsd 3 0x 温度传感器的输出 2BH r_utrms 3 0x 三相电压矢量和的有效值 2CH r_sflag 3 0x 存放断相 相序 SIG 等标志状态 2DH r_bckreg 3 0x 通讯数据备份寄存器 2EH r_comchksum 3 0x 通讯校验和寄存器 2FH r_sample_ia 3 0x A 相电流通道 ADC 采样数据 30H r_ Sample _IB 3 0x B 相电流通道 ADC 采样数据 31H r_ Sample _IC 3 0x C 相电流通道 ADC 采样数据 32H r_ Sample _UA 3 0x A 相电压通道 ADC 采样数据 33H r_ Sample _UB 3 0x B 相电压通道 ADC 采样数据 34H r_ Sample _UC 3 0x C 相电压通道 ADC 采样数据 35H r_esa 3 0x A 相视在电能 ( 可配置为读后清零 ) 36H r_esb 3 0x B 相视在电能 ( 可配置为读后清零 ) 37H r_esc 3 0x C 相视在电能 ( 可配置为读后清零 ) 38H r_est 3 0x 合相视在电能 ( 可配置为读后清零 ) 39H r_fstcnta 3 0x A 相快速脉冲计数 3AH r_fstcntb 3 0x B 相快速脉冲计数 3BH r_fstcntc 3 0x C 相快速脉冲计数 3CH r_fstcntt 3 0x 合相快速脉冲计数 3DH r_pflag 3 0x 有功 / 无功功率方向, 正向为 0, 负向为 1 3EH r_chksum 3 0x01D4CD 校表数据校验和 ( 三相四线模式下 ) 3 0x01E0CD 校表数据校验和 ( 三相三线模式下 ) 3FH Reserved 3 0x reserved 5CH r_vrefgain 3 0x Vref 自动补偿系数 5DH r_chipid 3 0x7026E0 芯片版本指示寄存器 5EH r_chksum1 3 0x01F2F5 新增校表寄存器校验和 (0x60~0x70) Rev Page26 of 53

27 4.2 计量参数寄存器说明 功率寄存器 ( 地址 :0x01~0x08) 功率寄存器包括 : 有功功率 无功功率 Addr 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0A 0x0B 0x0C Reg Pa Pb Pc Pt Qa Qb Qc Qt Sa Sb Sc St Active Power Register (Pa~Pt) Address: 01H~04H Bit Bit0 Read: P23 P22 P21 P20 P3 P2 P1 P0 X X X X X X X Rective Power Register (Qa~Qt) Address: 05H~08H Bit Bit0 Read: Q23 Q22 Q21 Q20 Q3 Q2 Q1 Q0 X X X X X X X Apparent Power Register (Sa~St) Address: 09H~0CH Bit Bit0 Read: S23 S22 S21 S20 S3 S2 S1 S0 X X X X X X X HT7038 功率寄存器采用补码形式给出, 最高位是符号位, 所以根据 HT7038 功率寄存器给出的有功和无功功率的 方向, 可以直接得到当前所处的象限 视在功率总是大于或者等于 0, 所以视在功率的符号位始终为 0 功率寄存器格式定义 : A/B/C 分相功率参数 :X X:24 位数据, 补码形式 如果 X>2^23, 则 XX=X-2^24 否则 XX=X 实际的 A/B/C 分相功率参数为 :XXX=XX*K( 其中 K 为功率参数系数, 所有功率参数共用 ) A/B/C 合相功率参数 :T T:24 位数据, 补码形式 如果 T>2^23, 则 TT=T-2^24 否则 TT=T 实际的合相功率参数为 :TTT=TT*2*K( 其中 K 为功率参数系数, 所有功率参数共用 ) 单位 : 功率单位是瓦 (W), 功率系数 K=2.592*10^10/(HFconst*EC*2^23) 其中 HFconst 为寄存器 HFconst 写入值,EC 为电表常数 Rev Page27 of 53

28 4.2.2 有效值寄存器 ( 地址 :0x0D~0x013 0x2B) Addr 0x0D 0x0E 0x0F 0x10 0x11 0x12 0x13 0x2B Reg UaRms UbRms UcRms IaRms IbRms IcRms ItRms UtRms Voltage Rms Register (Urms) Address: 0DH~0FH 2BH Bit Bit0 Read: Urms23 Urms22 Urms21 Urms20 Urms3 Urms2 Urms1 Urms0 X X X X X X X Current Rms Register (Irms) Address: 10H~13H Bit Bit0 Read: Irms23 Irms22 Irms21 Irms20 Irms3 Irms2 Irms1 Irms0 X X X X X X X 终为 0 HT7038 有效值寄存器采用补码形式给出, 最高位是符号位, 有效值总是大于或者等于 0, 所以有效值的符号位始 分相 Vrms:24 位数据, 补码形式 实际分相电压有效值为 :Urms = Vrms/2^13 实际分相电流有效值为 :Irms = (Vrms/2^13)/N ( 比例系数 N 定义 : 额定电流 Ib 输入到芯片端取样电压为 50mV 时, 对应的电流有效值寄存器值为 Vrms,Vrms/2^13 约等于 60, 此时 N=60/Ib, Ib=1.5A,N=60/1.5=40,Ib=6A,N=60/6=10 同理, 当输入到芯片端取样电压为 25mV 时,Vrms/2^13 约等于 30,Ib=1.5A,N=30/1.5=20,Ib=6A,N=30/6=5 可根据当前 Ib 电流的实际值, 计算 N 值 ) 合相 Vrms:24 位数据, 补码形式 实际合相电压有效值为 :Urms=Vrms/2^12 实际合相电流有效值为 :Irms = (Vrms/2^12)/N (N 为比例系数, 计算方法同上 ) 单位为 : 伏特 (V) 或者安培 (A) 关于电流矢量和的计算方式, 本处兼顾三相四线制使用零线电流互感器和不使用零线电流互感器的情况 : 采用那种算法由寄存器控制位 ISUMSel( 校表参数 0x70 bit2) 决定 : Rev Page28 of 53

29 当 ISUMSel=0, 采用算法 1; 当 ISUMSel=1, 采用算法 功率因数寄存器 ( 地址 :0x14~0x017) Addr 0x14 0x15 0x16 0x17 Reg Pfa Pfb Pfc Pft Power Factor Register (PF) Address: 10H~13H Bit Bit0 Read: PF23 PF22 PF21 PF20 PF3 PF2 PF1 PF0 X X X X X X X HT7038 功率因数寄存器采用补码形式给出, 最高位是符号位, 功率因数的符号位与有功功率的符号位一致 PF:24 位数据, 补码形式 如果 PF>2^23, 则 PFF=PF-2^24 否则 PFF=PF 实际功率因数为 :pf=pff/2^ 功率角和电压夹角寄存器 ( 地址 :0x18~0x1A 0x26~0x28) Addr 0x18 0x19 0x1A 0x26 0x27 0x28 Reg Pga Pgb Pgc YUaUb YUaUc YUbUc Power Angle Register (Pg) Address: 18H~1AH Bit Bit0 Read: Pg23 Pg22 Pg21 Pg20 Pg3 Pg2 Pg1 Pg0 X X X X X X X 相角寄存器采用补码形式给出, 高位是符号位, 表示 -180 ~+180 之间的夹角 θ:21 位数据, 补码形式 如果 θ>=2^20, 则 α=θ-2^24 否则 α=θ 实际相角为 :Pg=(α/2^20)*180 度 或者 Pg=(α/2^20)*pi 弧度 Voltage2voltage Angle Register Address: 26H~28H (Ug) Bit Bit0 Read: Ug23 Ug22 Ug21 Ug20 Ug3 Ug2 Ug1 Ug0 X X X X X X X 电压夹角寄存器 21 位数据有效, 表示 0 ~360 之间的夹角 电压夹角测量精度在 0.1 度, 三个电压夹角寄存器 YUaUb/ YUaUc/ YUbUc 分别表示 AB/AC/BC 电压的夹角 θ:21 位数据 电压夹角公式为 :YUaUb=(YUaUb/2^20)*180 度 或者 YUaUb=(YUaUb/2^20)*pi 弧度 Rev Page29 of 53

30 根据采样信号 Ua/Ub/Uc 中的某一信号为参考, 例如以 UA 通道为相角基准, 则 YIb 表示 Ib 和 Ua 间的相角 用户可通过简单运算得知任意两个向量的相角, 如 Ia 和 Ib 的相角 YIaIb=YIa-YIb 其中 YUa 复用 YUaUb 寄存器,YUb 复用 YUaUc 寄存器,YUc 复用 YUbUc 寄存器,YIa 复用 YUaIa 寄存器,YIb 复用 YUbIb 寄存器,YIc 复用 YUcIc 寄存器 采用那种算法通过寄存器 Ymodsel( 校表参数 0x70 bit3) 控制 线频率寄存器 ( 地址 :0x1C) Voltage Frequency Register (Freq) Address: 1CH Bit Bit0 Read: Freq23 Freq22 Freq21 Freq20 Freq3 Freq2 Freq1 Freq0 X X X X X X X 电压线频率寄存器采用 24 位补码形式给出, 最高位为符号位, 符号位总是为 0 Freq:24 位数据, 补码形式 实际频率为 :f=freq/2^13, 单位 : 赫兹 (Hz) 温度传感器数据寄存器 ( 地址 :0x2A) temperature Data Register (TPSD) Address: 2AH Bit Bit0 Read: TPSD 23 TPSD 22 TPSD 21 TPSD 20 Freq3 TPSD 2 TPSD 1 TPSD 0 X X X X X X X 温度传感器需要配置寄存器 0x31,TPS_En=1 开启,TPS_Sel=0 选择 PN 温度传感器 数据格式为 TM:24 位数据的低 8 位有效 如果 TM 大于 128, 则 TMM=TM-256 否则 TMM=TM 外部 MCU 读取该寄存器的值, 按照上述变换之后, 再根据下列公式得到真实温度值 : 真实温度 TP=TC *TMM 其中 TC 为校正值, 当室温为 25 度时, 进行温度校正得到 TC 能量寄存器 ( 地址 :0x1E~0x25,0x35~0x38) Addr 0x1E 0x1F 0x20 0x21 0x22 0x23 0x24 0x25 0x35 0x36 0x37 0x38 Reg Epa Epb Epc Ept Eqa Eqb Eqc Eqt Esa Esb Esc Est Active Energy Register (EP) Address: 1E~21H Bit Bit0 Read: EP23 EP22 EP21 EP20 EP3 EP2 EP1 EP0 X X X X X X X Reactive Energy (EQ) Address: 22~25H Rev Page30 of 53

31 Bit Bit0 Read: EQ23 EQ22 EQ21 EQ20 EQ3 EQ2 EQ1 EQ0 X X X X X X X Apparent Energy (ES) Address: 35~38H Bit Bit0 Read: ES23 ES22 ES21 ES20 ES3 ES2 ES1 ES0 X X X X X X X HT7038 提供的能量寄存器可配置为 : 累加型能量寄存器和清零型能量寄存器, 累加型能量寄存器可以从 0x 到 0xFFFFFF, 继续累加, 又回到 0x 开始累加, 在 0xFFFFFF 溢出到 0x00000 时, 会产生溢出标志, 参考电能寄存 器工作状态寄存器部分说明 能量寄存器 :24 位寄存器, 无符号数 该参数与设定的脉冲常数有关, 最小单位为 (1/EC)kWh 如设定的脉冲常数为 3200imp/kwh, 则这些能量寄存器的单位为 1/3200kwh 快速脉冲计数寄存器 ( 地址 :0x39~0x3C) Addr 0x39 0x3A 0x3B 0x3C Reg FstCntA FstCntB FstCntC FstCntT Fast Pulse Counter (FPC) Address: 39H~3CH Bit Bit0 Read: FPC23 FPC22 FPC21 FPC20 FPC3 FPC2 FPC1 FPC0 X X X X X X X 为了防止上下电时丢失电能,HT7038 提供快速脉冲计数寄存器 当快速脉冲计数寄存器 FstCntA / FstCntB / FstCntC/ FstCntT 计数的值大于等于 HFconst 时, 相应的能量寄存器 Epa / Epb / Epc/ Ept 会相应的加 1 快速脉冲计数寄存器 :24 位寄存器, 补码格式, 高位为符号位 该参数与设定的高频脉冲常数 HFconst 及脉冲常数 EC 有关, 最小单位为 (1/EC/HFconst)kWh 如设定的高频脉冲常数 HFconst=0x100=256, 脉冲常数 EC=3200imp/kwh, 则快速脉冲计数寄存器的单位为 : 1/256/3200kwh 标志状态寄存器 ( 地址 :0x2C) EMU State Register (EMUState) Address: 2CH Bit 23 Bit 22 Bit 21 Bit 20 Bit 19 Bit 18 Bit 17 Bit 16 Read: Line Line Line Cstart Bstart Astart X X X X X X X X 0 Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Rev Page31 of 53

32 Read: Sync_err Sync_ready Negq Negp Cstart Bstart Astart - X X X X X X X X 0 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Read: - Revq Revp Iorder Uorder PC PB PA X X X X X X X X Reset: 位名称 描述 Bit00 PA =1, 表示 A 相失压 ;=0,A 相未失压 Bit01 PB =1, 表示 B 相失压 ;=0,B 相未失压 Bit02 PC =1, 表示 C 相失压 ;=0,C 相未失压 Bit03 Uorder =1, 表示电压相序错 ;=0, 电压未错相序 Bit04 Iorder =1, 表示电流相序错 ;=0, 电流未错相序 Bit05 Revp =1, 表示至少有一相有功功率为负 ;=0, 所有相有功功率为正 Bit06 Revq =1, 表示至少有一相无功功率为负 ;=0, 所有相无功功率为正 Bit09 Bit10 Bit11 Bit12 Bit13 Bit14 Bit15 Bit17 Bit18 Bit19 =1, 表示 A 相处于潜动状态 ;=0,A 相处于起动状态 =1, 表示 B 相处于潜动状态 ;=0,B 相处于起动状态 =1, 表示 C 相处于潜动状态 ;=0,C 相处于起动状态 =1, 表示合相有功功率为负 ;=0, 合相有功功率为正 =1, 表示合相无功功率为负 ;=0, 合相无功功率为正 =1, 表示同步数据缓存完毕,Sync_En 写 0 清除 =1, 表示同步数据功能系数超出范围,ync_En 写 0 清除 =1, 表示 A 相基波处于潜动状态 ;=0,A 相基波未潜动 =1, 表示 B 相基波处于潜动状态 ;=0,B 相基波未潜动 =1, 表示 C 相基波处于潜动状态 ;=0,C 相基波未潜动 注 : 电流逆序判别条件, 原 HT7038 以潜动标志 ( 可选电流防潜或功率防潜 ) 为屏蔽条件, 以功率防潜时存在只加电流不加电压的潜动状态, 导致电流逆序置位 ( 误判 ); 新版 (5000:1) 修正电流逆序的屏蔽条件为起动电流, 与潜动标志无关, 因此配置起动阈值时, 需要同时写起动电流阈值 ( 校表参数 0x1D) 与起动功率阈值 ( 校表参数 0x36) 电能寄存器工作状态寄存器 ( 地址 :0x1D) Energy Overflow Register (Eov) Address: 1DH Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Read: StOV ScOV SbOV SaOV X X X X X X X X 0 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Read: QtOV QcOV QbOV QaOV PtOV PcOV PbOV PaOV X X X X X X X X 0 该寄存器读后自动清零 当电能寄存器采用读后不清零方式时, 用于指示电能寄存器是否发生过溢出 位名称 描述 Rev Page32 of 53

33 Bit00 Bit01 Bit02 Bit03 Bit04 Bit05 Bit06 Bit07 Bit08 Bit09 Bit10 Bit11 =1, 表示 A 相有功电能溢出 ;=0, 未溢出 =1, 表示 B 相有功电能溢出 ;=0, 未溢出 =1, 表示 C 相有功电能溢出 ;=0, 未溢出 =1, 表示合相有功电能溢出 ;=0, 未溢出 =1, 表示 A 相无功电能溢出 ;=0, 未溢出 =1, 表示 B 相无功电能溢出 ;=0, 未溢出 =1, 表示 C 相无功电能溢出 ;=0, 未溢出 =1, 表示合相无功电能溢出 ;=0, 未溢出 =1, 表示 A 相视在电能溢出 ;=0, 未溢出 =1, 表示 B 相视在电能溢出 ;=0, 未溢出 =1, 表示 C 相视在电能溢出 ;=0, 未溢出 =1, 表示合相视在电能溢出 ;=0, 未溢出 功率方向寄存器 ( 地址 :0x3D) Power Sign Register (Psign) Address: 3DH Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Read: X X X X X X X X 0 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Read: QtSign QcSign QbSign QaSign PtSign PcSign PbSign PaSign X X X X X X X X 0 功率方向指示寄存器, 用于指示 A/B/C/ 合相有功及无功功率的方向 位名称 Bit00 Bit01 Bit02 Bit03 Bit04 Bit05 Bit06 Bit07 描述 =1, 表示 A 相有功功率反向 ;=0, 正向 =1, 表示 B 相有功功率反向 ;=0, 正向 =1, 表示 C 相有功功率反向 ;=0, 正向 =1, 表示合相有功功率反向 ;=0, 正向 =1, 表示 A 相无功功率反向 ;=0, 正向 =1, 表示 B 相无功功率反向 ;=0, 正向 =1, 表示 C 相无功功率反向 ;=0, 正向 =1, 表示合相无功功率反向 ;=0, 正向 中断标志寄存器 ( 地址 :0x1B) Interrupt Flag Register (Iflag) Address: 1BH Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Read: - TPS_Ok Buffer Full X X X X X X X X 0 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Read: WaveIE UcZx UbZx UaZx Updata IRQ X X X X X X X X 0 当中断使能开启后, 若置位表示发生相应事件, 标志位采用读后清零 位名称 Bit00 Bit01 Bit02 Bit03 Bit04 Bit05 Bit06 描述芯片 IRQ 信号,=1, 表示提示用户校表, 写校表清零 =1, 表示计量参数更新中断 ;=0, 未发生此中断 =1, 表示发生 A 相电压过零中断 ;=0, 未发生此中断 =1, 表示发生 B 相电压过零中断 ;=0, 未发生此中断 =1, 表示发生 C 相电压过零中断 ;=0, 未发生此中断 =1, 表示发生 ADC 采样数据寄存器数据更新中断 ;=0, 未发生此中断 =1, 表示发生 SAG 事件 ;=0, 表示未发生 SAG 事件 Rev Page33 of 53

34 Bit07 Bit13 Bit14 =1, 表示发生过流事件 ;=0, 表示未发生过流事件 =1, 表示发生缓冲 buffer 满中断 ;=0, 未发生此中断 =1, 表示发生 TPS 转换结束中断 ;=0, 未发生此中断 ADC 采样数据寄存器 ( 地址 :0x2F~0x34) Addr 0x2F 0x30 0x31 0x32 0x33 0x34 Reg Sample_IA Sample_IB Sample_IC Sample_UA Sample_UB Sample_UC ADC Sampledata Register (SampleData) Address: 0x2F~0x34 Bit Bit0 Read: Sample23 Sample22 Sample21 Sample20 Sample3 Sample2 Sample1 Sample0 X X X X X X X ADC 采样数据为 19 位补码数据, 高 6 位为符号位, 即 bit18~23 为符号位, 实时存储 ADC 采样数据, 可配合中断 WaveIE 得到 ADC 实时采样数据 校表数据校验和寄存器 ( 地址 :0x3E/5E) Cali-Checksum Register (Scheck) Address: 3EH/5EH Bit Bit0 Read: Chksum23 Chksum22 Chksum21 Chksum20.. Chksum2 Chksum1 Chksum0 Chksum3 X X X X X X X HT7038 提供校验和寄存器 ChkSum, 用于存放 HT7038 内部所有校表数据的校验和, 外部 MCU 可以检测这个寄存器 的值来监控 HT7038 的校表数据是否错乱 注意, 校验和是从地址 0x01 到 0x39 的所有校表数据之和, 采用无符号方式累 加, 且只保留低 24 位 新增校表寄存器校验和 (0x5E) 存放的是校表参数地址 0x60 到 0x71 的所有校表数据之和, 采用无符号方式累加, 且 只保留低 24 位 通讯数据备份寄存器 ( 地址 :0x2D) BackupData Register (BCKREG) Address: 2DH Bit Bit0 Read: BCKData2 BCKData22 BCKData2 BCKData20..BCKDa BCKData2 BCKData1 BCKData0 3 1 ta3 X X X X X X X BCKREG 寄存器是保存上一次 SPI 通讯传输的数据, 共 3 个字节, 分别存储 SPI 通讯读取数据或者写入的上一次数据的 高, 中, 低字节 通讯校验和寄存器 ( 地址 :0x2E) ComChecksum Register (Ccheck) Address: 2EH Bit Bit0 Read: Ccheck23 Ccheck 22 Ccheck 21 Ccheck20.. Ccheck 3 Ccheck 2 Ccheck 1 Ccheck 0 X X X X X X X 通讯校验和寄存器 : 每次 SPI 通讯的命令和数据都被累加放入 r_comchksum 寄存器的低两个字节 ComChecksum 的高 Rev Page34 of 53

35 8 位 bit16.bit23 会保存 SPI 通讯的上一次的命令 SPI 通讯中的数据为单字节长度的加法 4.3 校表参数寄存器 表 5-2 校表参数寄存器列表 :(Read/Write) 地址 名称 字长 复位值 功能描述 00 Reserved 2 0xAAAA 校表参数寄存器起始标志 01 w_modecfg 2 0x89AA 模式相关控制 02 w_pgactrl 2 0x0000 ADC 增益选择 03 w_emucfg 2 0x0804 EMU 模块配置寄存器 04 w_pgaina 2 0x0000 A 相有功功率增益 05 w_pgainb 2 0x0000 B 相有功功率增益 06 w_pgainc 2 0x0000 C 相有功功率增益 07 w_qgaina 2 0x0000 A 相无功功率增益 08 w_qgainb 2 0x0000 B 相无功功率增益 09 w_qgainc 2 0x0000 C 相无功功率增益 0A w_sgaina 2 0x0000 A 相视在功率增益 0B w_sgainb 2 0x0000 B 相视在功率增益 0C w_sgainc 2 0x0000 C 相视在功率增益 0D w_phsregapq0 2 0x0000 A 相相位校正 0 0E w_phsregbpq0 2 0x0000 B 相相位校正 0 0F w_phsregcpq0 2 0x0000 C 相相位校正 0 10 w_phsregapq1 2 0x0000 A 相相位校正 1 11 w_phsregbpq1 2 0x0000 B 相相位校正 1 12 w_phsregcpq1 2 0x0000 C 相相位校正 1 13 w_poffseta 2 0x0000 A 相有功功率 offset 校正 14 w_poffsetb 2 0x0000 B 相有功功率 offset 校正 15 w_poffsetc 2 0x0000 C 相有功功率 offset 校正 16 w_qphscal 2 0x0000 无功相位校正 17 w_ugaina 2 0x0000 A 相电压增益 18 w_ugainb 2 0x0000 B 相电压增益 19 w_ugainc 2 0x0000 C 相电压增益 1A w_igaina 2 0x0000 A 相电流增益 1B w_igainb 2 0x0000 B 相电流增益 1C w_igainc 2 0x0000 C 相电流增益 1D w_istarup 2 0x0160 起动电流阈值设置 1E w_hfconst 2 0x0500 高频脉冲输出设置 Rev Page35 of 53

36 1F w_failvoltage HT7038 用户手册 (P ) 2 0x0600 失压阈值设置 ( 三相四线模式 ) 2 0x1200 失压阈值设置 ( 三相三线模式 ) 20 Reserved 3 0x reserved 21 w_qoffseta 2 0x0000 A 相无功功率 offset 校正 22 w_qoffsetb 2 0x0000 B 相无功功率 offset 校正 23 w_qoffsetc 2 0x0000 C 相无功功率 offset 校正 24 w_uarmsoffse 2 0x0000 A 相电压有效值 offset 校正 25 w_ubrmsoffse 2 0x0000 B 相电压有效值 offset 校正 26 w_ucrmsoffse 2 0x0000 C 相电压有效值 offset 校正 27 w_iarmsoffse 2 0x0000 A 相电流有效值 offset 校正 28 w_ibrmsoffse 2 0x0000 B 相电流有效值 offset 校正 29 w_icrmsoffse 2 0x0000 C 相电流有效值 offset 校正 2A w_uoffseta 2 0x0000 A 相电压通道 ADC offset 校正 2B w_uoffsetb 2 0x0000 B 相电压通道 ADC offset 校正 2C w_uoffsetc 2 0x0000 C 相电压通道 ADC offset 校正 2D w_ioffseta 2 0x0000 A 相电流通道 ADC offset 校正 2E w_ioffsetb 2 0x0000 B 相电流通道 ADC offset 校正 2F w_ioffsetc 2 0x0000 C 相电流通道 ADC offset 校正 30 w_emuie 2 0x0001 中断使能 31 w_modulecfg 2 0x3527 电路模块配置寄存器 32 w_allgain 2 0x0000 全通道增益, 用于校正 ref 自校正 33 w_hfdouble 2 0x0000 脉冲常数加倍选择 34 w_linegain 2 0x2C59 基波增益校正 35 w_pinctrl 2 0x000F 数字 pin 上下拉电阻选择控制 36 w_pstartup 2 0x0030 起动功率阈值设置 37 w_iregion0 2 0x7FFF 相位补偿区域设置寄存器 60 w_iregion1 2 0x0000 相位补偿区域设置寄存器 1 61 w_phsregapq2 2 0x0000 A 相相位校正 2 62 w_phsregbpq2 2 0x0000 B 相相位校正 2 63 w_phsregcpq2 2 0x0000 C 相相位校正 2 64 w_poffsetal 2 0x0000 A 相有功功率 offset 校正低字节 65 w_poffsetbl 2 0x0000 B 相有功功率 offset 校正低字节 66 w_poffsetcl 2 0x0000 C 相有功功率 offset 校正低字节 67 w_qoffsetal 2 0x0000 A 相无功功率 offset 校正低字节 68 w_qoffsetbl 2 0x0000 B 相无功功率 offset 校正低字节 69 w_qoffsetcl 2 0x0000 C 相无功功率 offset 校正低字节 6A w_itrmsoffset 2 0x0000 电流矢量和 offset 校正寄存器 6B w_tpsoffset 2 0x0000 TPS 初值校正寄存器 6C w_tpsgain 2 0x0000 TPS 斜率校正寄存器 Rev Page36 of 53

37 6D w_tccoffa 2 0xFEFF Vrefgain 的二次系数 6E w_tccoffb 2 0xEF7A Vrefgain 的一次系数 6F w_tccoffc 2 0x047C Vrefgain 的常数项 70 w_emcfg 2 0x0000 新增算法控制寄存器 注 : 用户在通过 SPI 通信读写校表寄存器时, 校表数据需放置在 3 个数据字节的低 2 个字节里 4.4 校表参数寄存器说明 模式配置寄存器 ( 地址 :0x01) Mode Config (ModeCfg) Address: 01H Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Read: Chop_REF_ RmsLpf_E En UbSel PRFCFG CIB_ADC1 CIB_ADC0 SampleR1 SampleR0 n Reset: Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Read: Chop_ADC_ EnADC6 EnADC5 EnADC4 EnADC3 EnADC2 EnADC1 - En Reset: 位名称 描述 - - Bit01 =1 表示开启 Ia 通道 adc;=0 关闭 Bit02 =1 表示开启 Ua 通道 adc;=0 关闭 Bit03 =1 表示开启 Ib 通道 adc;=0 关闭 Bit04 =1 表示开启 Ub 通道 adc;=0 关闭 Bit05 =1 表示开启 Ic 通道 adc;=0 关闭 Bit06 =1 表示开启 Uc 通道 adc;=0 关闭 Bit07 =1 表示开启 adc 的 chop 功能 ;=0 关闭 推荐关闭 Bit09 Bit08 SampleR1/0: 用于选择 femu 时钟 X MHz 921.6kHz/ 460.8kHz Bit11 Bit10 CIB_ADC1/0: 用于选择 iref 偏置电流 uA 7.5uA 5uA 5uA 在降低芯片功耗与得到更好的 ADC 性能矛盾, 折中推荐 0x10 选择 7.5uA Bit12 有效值和功率的更新速率选择,=1 表示慢速 (1.76Hz);=0 快速 (14.4Hz) 正常运用时, 为得到稳定的有效值与功率值, 推荐慢速方式 ; 在全失压模式下, 为快速得到电流有效值, 推荐选用快速 Femu=1.8432MHz 时, 更新速率慢速为 3.52Hz, 快速为 28.8Hz Bit13 选择有效值的稳定时间,=1 表示慢速, 跳动小 ;=0 快速, 跳动大 正常运用时, 为得到稳定的有效值, 推荐慢速方式 ; 在全失压模式下, 为快速得到电流有效值, 推荐选用快速 Bit14 三相三线时 Ub 有效值数据源选择,=1 表示内部 (ua-uc);=0 表示 ub 通道 Bit15 =1 表示开启 ref 的 chop 功能 ;=0 关闭 为得到更稳定的 Vref, 推荐打开 注 : 单 adc 的功耗为 600uA ADC 增益配置寄存器 ( 地址 :0x02) Analog PGA Control(PGACtrl) Address: 02H Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Rev Page37 of 53

38 Read: UPGA1 UPGA0 0 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Read: IcPGA1 IcPGA0 IbPGA1 IbGA0 IaPGA1 IaPGA0 0 位名称 Bit03 Bit02 Bit05 Bit04 Bit07 Bit06 Bit09 Bit08 描述表示 A 相电流通道 ADC 增益放大,00/01/10/11 分别表示为 1/2/8/16 倍增益表示 B 相电流通道 ADC 增益放大,00/01/10/11 分别表示为 1/2/8/16 倍增益表示 C 相电流通道 ADC 增益放大,00/01/10/11 分别表示为 1/2/8/16 倍增益表示三相电压通道 ADC 增益放大,00/01/10/11 分别表示为 1/2/8/8 倍增益 EMU 单元配置 ( 地址 :0x03) EMU Config (EMUCfg) Address: 03H Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Read: SRun QRun PRun StartSel - WaveSel1 WaveSel0 Reset: Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Read: EnergyClr EAddmode Zxd1 Zxd0 Smode SPL2 SPL1 SPL0 Reset: 位名称 描述 Bit02 Bit01 Bi00 SPL[2:0]: 波形采样频率选择, 当 fosc=5.5296m,femu=921.6khz 时, 选择 频率如下 : 1XX K 7.2K 3.6K 1.8K 0.9K 当 femu=1.8432mhz /460.8kHz 时, 选择的波形采样频率与上表成正向比例 变化 Bit03 =1, 视在功率 / 能量寄存器采用 RMS 方式计量 ; =0, 视在功率 / 能量寄存器采用 PQS 方式计量 Bit05 Bit04 ZXD: 选择电压过零中断方式 X 正向过 0 中断 / 负向过 0 中断 / 双向过 0 中断 Bit06 =1, 三相四线制使用代数和累加方式, 三相三线下使用绝对值和累加方式 ; =0, 三相四线制使用绝对值和累加方式, 三相三线下使用代数和累加方式 Bit07 =1, 能量寄存器读后清 0; =0 能量寄存器读后不清 0 Bit09 Bit08 WaveSel[1:0]: 波形缓冲数据源选择, =00, 选择 ADC 采样数据来源于未经高通的原始数据 ; =01, 选择 ADC 采样数据来源于经高通且增益校正后的数据 ; =1x, 选择 ADC 采样数据来源于经基波滤波器后的数据 Bit11 =1, 选择功率作为潜动起动判断依据 ; =0, 选择电流有效值作为潜动起动判断依据 推荐使用功率作为潜动起动判断依据 Bit12 =1, 开启有功能量 CF1 通路能量计量功能 ;=0, 关闭 CF1 计量功能 Bit13 =1, 开启无功能量 CF2 通路能量计量功能 ;=0, 关闭 CF2 计量功能 Bit14 =1, 开启视在能量能量计量功能 ;=0, 关闭视在能量计量功能 Rev Page38 of 53

39 4.4.4 功率增益补偿寄存器 ( 地址 :0x04~0x0C) HT7038 用户手册 (P ) Addr 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0A 0x0B 0x0C Reg Pa Pb Pc Qa Qb Qc Sa Sb Sc Active Power Gain (Pga~Pgc) Address: 04H~06H Bit Bit0 Read: Pg15 Pg14 Pg13 Pg12 Pg3 Pg2 Pg1 Pg0 Ractive Power Gain (Qga~Qgc) Address: 07H~09H Bit Bit0 Read: Qg15 Qg14 Qg13 Qg12 Qg3 Qg2 Qg1 Qg0 Apparent Power Gain (Sga~Sgc) Address: 0AH~0CH Bit Bit0 Read: Sg15 Sg14 Sg13 Sg12 Sg3 Sg2 Sg1 Sg0 在功率因数 cos(φ)=1 时进行功率增益校正, 其中有功功率增益校正寄存器 无功功率增益校正寄存器 视在功率 增益校正寄存器写入同一个校正值 已知 : 标准表上读出误差为 err% 计算公式 : err% Pgain = 1 + err% 如果 Pgain>=0, 则 GP1=INT[Pgain*2^15] 否则 Pgain<0, 则 GP1=INT[2^16+Pgain*2^15] 相位校正寄存器 ( 地址 :0x00D~0x12,0x61~0x63) Power Phase Calibrate (Pha~Phc) Address: 0DH~12H 0x61~0x63H Bit Bit0 Read: Ph15 Ph14 Ph13 Ph12 Ph3 Ph2 Ph1 Ph0 在功率因数 cos(φ)=1 时功率增益已经校正好之后, 再进行相位补偿, 相位校正在 cos(φ)=0.5l 出进行校正 已知 :0.5L 处标准表误差读数为 err% 相位补偿公式 : Rev Page39 of 53

40 err% θ = θ >=, PhSregpq = INT[ q *2 ^15] 如果 0 否则 θ < 0, PhSregpq = INT[2 ^16 +q * 2 ^15] 功率 offset 校正 ( 地址 :0x13~0x15,0x21~0x23,0x64~0x69) Active Power Offset (Posa~Posc) Address: 13H~15H Bit Bit0 Read: Pos15 Pos14 Pos13 Pos12 Pos3 Pos2 Pos1 Pos0 Reactive Power Offset (Qosa~Qosc) Address: 21H~23H Bit Bit0 Read: Qos15 Qos14 Qos13 Qos12 Qos3 Qos2 Qos1 Qos0 在功率增益校正及相位校正后, 进行功率 offset 校正, 输入小信号 x%ib(5% 或者 2%) 点的电表误差为 Err% x%ib 点在阻性下读取标准表上输出的有功功率值 Preal 应用公式来计算,Poffset = INT[(Preal*EC*HFCONST*2^31*(-Err%))/(2.592*10^10)] 计算值 Poffset 的高 16bit 写入原寄存器 ( 校表参数 0x13~0x15/0x21~23); 低 8 位写入新增加的寄存器 (0x64~0x69) 电压增益校正寄存器 ( 地址 :0x17~0x19) Voltage Gain (Uga~Ugc) Address: 17H~19H Bit Bit0 Read: Ug15 Ug14 Ug13 Ug12 Ug3 Ug2 Ug1 Ug0 在 Ugain=0 时, 标准表上读出实际输入电压有效值 Ur, 通过 SPI 口读出测量电压有效值寄存器的值为 DataU 已知 : 实际输入电压有效值 Ur 测量电压有效值 Urms=DataU/2^13 计算公式 : Ugain=Ur/Urms-1 如果 Ugain 0, 则 Ugain=INT[Ugain*2^15] 如果 Ugain<0, 则 Ugain=INT[2^16+ Ugain*2^15] Rev Page40 of 53

41 4.4.8 电流增益校正寄存器 ( 地址 :0x1A~0x1C) Current Gain (Iga~Igc) Address: 1AH~1CH Bit Bit0 Read: Ig15 Ig14 Ig13 Ig12 Ig3 Ig2 Ig1 Ig0 在 Igain=0 时, 标准表上读出实际输入电流有效值 Ir, 通过 SPI 口读出测量电压有效值寄存器的值为 DataI 已知 : 实际输入电流有效值 Ir 测量电压有效值 Irms=(DataI/2^13)/N ( 额定电流对应取样信号为 25mV, 则 N=30/Ib; 额定电流对应取样信号为 50mV, 则 N=60/Ib; 详见 有效值寄存器描述 ) 计算公式 : Igain=Ir/Irms-1 如果 Igain 0, 则 Igain=INT[Igain*2^15] 如果 Igain 0, 则 Igain=INT[2^16+ Igain*2^15] 起动电流设置寄存器 ( 地址 :0x1D) Current Start (Istart) Address: 1DH Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Read: Is15 Is14 Is13 Is12 Is11 Is10 Is9 Is8 1 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Read: Is7 Is6 Is5 Is4 Is3 Is2 Is1 Is0 Reset: 已知 : 启动电流选择 Io 处 计算公式 :Istartup=INT[0.8*Io*2^13] 其中 Io=Ib*N* 比例设置点 ( 额定电流对应取样信号为 25mV, 则 N=30/Ib; 额定电流对应取样信号为 50mV, 则 N=60/Ib;) 例如, 启动电流设置为 0.4%,Ib=1.5A 取样信号 50mV, 则 Io=1.5*40*0.4% N 与电流有效值计算公式中的系数 N 相同 配置起动阈值时, 需要同时写起动电流阈值 ( 校表参数 0x1D) 与起动功率阈值 ( 校表参数 0x36) 高频脉冲常数设置 ( 地址 :0x1E) High Freqency Constant(HFconst) Address: 1EH Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Read: HF15 HF14 HF13 HF12 HF11 HF10 HF9 HF8 Reset: Rev Page41 of 53

42 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Read: HF7 HF6 HF5 HF4 HF3 HF2 HF1 HF0 0 参数 HFconst 决定校表用的高频脉冲输出 CF 的频率,HFconst 不能写入大于 0x000D00, 或小于 0x 的参数值 已知 : 高频脉冲常数 EC 额定输入电压 Un 额定输入电流 Ib 电压输入通道取样电压 Vu( 实际输入信号 * 模拟增益倍数 ) 电流输入通道取样电压 Vi( 实际输入信号 * 模拟增益倍数 ) HT7038 增益 G HFconst 计算公式 : HFConst=INT[2.592*10^10*G*G*Vu*Vi/(EC*Un*Ib)] 注 : 上式中 G=1.163,INT[ ] 表示取整操作, 如 :INT[5.68]= 失压阈值设置寄存器 ( 地址 :0x1F) Voltage Fail (Ufail) Address: 1FH Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Read: Uf15 Uf14 Uf13 Uf12 Uf11 Uf10 Uf9 Uf8 Reset: Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Read: Uf7 Uf6 Uf5 Uf4 Uf3 Uf2 Uf1 Uf0 0 注意 : 三相四线时, 默认值为 0x0600, 三相三线时, 默认值为 0x1200. 失压阈值是根据校正后的电压有效值进行设定的 具体公式为 : 失压阈值 FailVoltage=Un*2^5*D Un: 表示校正后的电压有效值 D: 表示失压电压百分比 例如, 三相四线制, 校正后的额定电压值 Un 为 220V, 失压电压百分比 D 为 10%, 则失压阈值寄存器的参数为 220*2^5*10%=0x02C0 也就是说将 0x02C0 设定到失压阈值寄存器之后, 当输入电压低于 Un 的 10%, 即 22V 时, 将给出 失压指示 三相三线制, 校正后的额定电压值 Un=100V, 失压电压百分比 D=60%, 则失压阈值寄存器的参数为 100*2^5*60%=0x0780 这样设置失压阈值寄存器之后, 当电压低于 Un 的 60%, 即 60V 时, 将给出失压指示信号 Rev Page42 of 53

43 有效值 offset 校正 ( 地址 :0x24~0x29,0x6A) Voltage Offset (Uosa~Uosc) Address: 24H~26H Bit Bit0 Read: Uos15 Uos14 Uos13 Uos12 Uos3 Uos2 Uos1 Uos0 Current Offset (Iosa~Iosc) Address: 27H~29H 0x6A Bit Bit0 Read: Ios15 Ios14 Ios13 Ios12 Iosh3 Ios2 Ios1 Ios0 在有效值增益校正之前, 进行 offset 校正 已知 : 输入信号为 0 的时候, 读取寄存器的值 Irms 计算公式 :IrmsOffset = (Irms^2)/ (2^15) 在分相有效值增益校正之前, 进行 ItRmsoffset 校正 ( 校表参数 0x6A) 已知 : 输入信号为 0 的时候, 读取寄存器的值 Itrms 计算公式 :ItRmsoffset = (Irms^2)/ (2^15) ADC offset 校正 ( 地址 :0x2A~0x2F) Addr 0x2A 0x2B 0x2C 0x2D 0x2E 0x2F Reg adc_ua adc_ub adc_uc adc_ia adc_ib adc_ic Adc Offset (adc_ua~adc_ic) Address: 2AH~2FH Bit Bit0 Read: ADCos15 ADCos14 ADCos13 ADCos12 ADCos3 ADCos2 ADCos1 ADCos0 ADC Offset 校正在高通滤波器关闭情况下使用, 用来滤除 ADC 直流偏置 在输入信号为 0 情况下多次读取 ADC 实 时采样数据, 取平均值后写入校正寄存器 注意 :ADC 实时采样数据为 19 位, 且高位补符号位, 而 ADC offset 寄存器为 16 位, 即 ADC offset 与 ADC 采样数据 19 位中的高 16 位对齐 中断使能寄存器 ( 地址 :0x30) Mode Config (ModeCfg) Address: 30H Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Read: - BufferFu TPS_Ok ll 0 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Read: SampleE UcZx UbZx UaZx Updata SIG 1 Rev Page43 of 53

44 只有使能相应的中断位, 相应中断标志才会输出 不管 EMUIE 有没有使能,r_INTFlag 寄存器在相应的事件发生后都会被置 1 位名称 Bit01 Bit02 Bit03 Bit04 Bit05 Bit13 Bit14 描述有效值功率等参数寄存器更新中断使能位,=1 表示使能 ;=0 关闭 A 相电压过零中断使能位,=1 表示使能 ;=0 关闭 B 相电压过零中断使能位,=1 表示使能 ;=0 关闭 C 相电压过零中断使能位,=1 表示使能 ;=0 关闭 ADC 采样数据更新中断使能位,=1 表示使能 ;=0 关闭 缓冲 buffer 写满的中断使能位,=1 表示使能 ;=0 关闭 注意同步采样功能该位无效温度传感器转换结束中断使能位,=1 表示使能 ;=0 关闭 模拟模块使能寄存器 ( 地址 :0x31) Analog ModuleConfig (ModuleCfg) Address: 31H Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Read: Ana_Cfg6 Ana_Cfg5 Ana_Cfg4 Ana_Cfg3 SPI_Mode Ana_Cfg2 Ana_Cfg1 Ana_Cfg0 Reset: Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Read: TPS_sel IRQCFG Bor_En TPS_En Rosi_en HPFONU HPFONI Reset: 位名称 描述 Bit00 Bit01 =1, 开启电流通道数字高通滤波器 ;=0 关闭 Bit02 =1, 开启电压通道数字高通滤波器 ;=0 关闭 Bit03 =1, 选择使能电流通道的罗氏线圈功能 ;=0 关闭 Bit04 =1, 选择开启 TPS 功能 ;=0 关闭 Bit05 =1, 选择开启 BOR 功能 ;=0 关闭 Bit06 =1, 中断选择高电平有效 ;=0 低电平有效 Bit07 温度传感器类型选择信号,=0, 选择 PN 传感器 ( 推荐 );=1, 选用电阻传感 器 Bit11 =1, 选择 SPI 低速模式 (SCLK 频率 0~1.4MHz); =0 选择 SPI 高速模式 (SCLK 频率 0~10MHz) Bit15~12,10~8 模拟性能配置, 推荐配置为 0011, 全通道增益寄存器 ( 地址 :0x32) All Channel Gain (ACG) Address: 32H Bit Bit0 Read: ACG15 ACG14 ACG13 ACG12 ACG3 ACG2 ACG1 ACG0 对 7 路 ADC 增加一个整体的增益校正, 主要针对 VREF 的变化引起 ADC 的满量程发生变化 已知 : 由于 Vref 变化导致的有效值变化 err%, 注意是有效值的 err, 如果是电能误差则为 err/2 计算公式 : err% Allgain = 1 + err% 如果 Allgain>=0, 则 GP1=INT[Allgain*2^15] Rev Page44 of 53

45 否则 Allgain<0, 则 GP1=INT[2^16+Allgain*2^15] 脉冲加倍寄存器 ( 地址 :0x33) All Channel Gain (ACG) Address: 33H Bit Bit0 Read: ACG15 ACG14 ACG13 ACG12 ACG3 ACG2 ACG1 ACG0 HT7038 提供脉冲常数加倍选择寄存器 HFDouble, 用于控制小电流时的脉冲常数加倍, 从而使小电流时的校表速 度加快,HFDouble 加倍是通过将功率值放大实现的, 功率寄存器的值也同时放大, 便于进行 Poffset 校正 注意 : 脉冲常数加倍是通过将功率值进行放大实现的, 所以仅推荐小电流时使用该功能, 在大信号时不使用脉冲 常数加倍功能, 以免大信号时由于功率信号放大导致内部寄存器溢出而产生未知错误 此功能主要用于小电流点的校表应用, 当校表结束后请将该功能关闭 HFDouble 寄存器内容 0x33CC 0x33CD 0x33CE 0x33CF 其他值 脉冲常数放大倍率脉冲常数放大 2 倍脉冲常数放大 4 倍脉冲常数放大 8 倍脉冲常数放大 16 倍脉冲常数不变 基波增益寄存器 ( 地址 :0x34) Fundamental Gain (Fgain) Address: 34H Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Read: FG15 FG14 FG13 FG12 FG11 FG10 FG9 FG8 Reset: Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Read: FG7 FG6 FG5 FG4 FG3 FG2 FG1 FG0 Reset: HT7038 提供基波增益校正寄存器, 对基波增益进行补偿, 在基波增益寄存器 LineGain(0x34)=0x2C59( 复位值 ) 情况 下进行, 标准表上读出实际输入基波有效值 Ur, 通过 SPI 口读出测量基波有效值寄存器的值为 DataU 一般情况下, 全 波有效值校正好即可, 不需要单独校正基波增益 已知 : 实际输入基波有效值 Ur 测量基波有效值 Urms=DataU/2^13 计算公式 :LineGain=INT[(Ur/Urms)*11346] IO 状态配置寄存器 ( 地址 :0x35) Mode Config (ModeCfg) Address: 01H Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Read: Reset: Rev Page45 of 53

46 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Read: DinCtrl SclkCtrl CsiCtrl SelCtrl Reset: 位名称 描述 Bit00 必须置 1 Bit01 SPI 接口 CS 脚的内部状态,=1 表示 300k 上拉电阻 ;=0 为 floating Bit02 SPI 接口 SCLK 脚的内部状态,=1 表示 300k 上拉电阻 ;=0 为 floating Bit03 SPI 接口 DIN 脚的内部状态,=1 表示 300k 上拉电阻 ;=0 为 floating 起动功率寄存器 ( 地址 :0x36) Power Start (Pstart) Address: 36H Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 Write Ps15 Ps14 Ps13 Ps12 Ps11 Ps10 Ps9 Ps8 Read Reset Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 Write Ps7 Ps6 Ps5 Ps4 Ps3 Ps2 Ps1 Ps0 Read Reset 已知 : 额定电压 Ub, 基本电流 Ib, 启动电流点 k 计算公式 : Pstartup=INT[0.6*Ub*Ib*HFconst*EC* k *2^23/(2.592*10^10)] 相位补偿区域设置寄存器 ( 地址 :0x37/0x60) Phase Iregion (Iregion) Address: 37H Bit Bit0 Read: Ir15 Ir14 Ir13 Ir12 Ir3 Ir2 Ir1 Ir0 Reset: 为了更好的满足外部互感器特性, 相位补偿可分为 3 段, 此寄存器用于设置电流分段点, 与电流有效值高 16bit 对齐 ; 相位补偿寄存器配合使用相位分段寄存器 Iregion0( 校表参数 0x37) 及新增加相位分段寄存器 Iregion1( 校表参数 0x60), 相位补 偿寄存器 0( 校表参数 0x0D~0x0F), 相位补偿寄存器 1( 校表参数 0x10~0x12) 新增加相位补偿寄存器 2(0x61~0x63) 当电流值有效值 I>Iregion0( 校表参数 0x37), 使用 PhSregXpq0 进行相位补偿, 当电流值有效值 Iregion1<I<Iregion0, 使 用 PhSregXpq1 进行相位补偿, 当电流值有效值 I<Iregion1, 使用 PhSregXpq2 进行相位补偿 相位分段设置寄存器与原 HT7038 一致, 注意设置阈值 Iregion0> Iregion1 已知 : 电流设置区域 Is 计算公式 :Iregion =INT[Is*2^5] 其中 Is=Ib*N* 比例设置点 ( 额定电流对应取样信号为 25mV, 则 N=30/Ib; 额定电流对应取样信号为 50mV, 则 N=60/Ib;) 例如, 启动电流设置为 15%,Ib=1.5A 取样信号 50mV, 则 Is=1.5*40*15% Rev Page46 of 53

47 N 与电流有效值计算公式中的系数 N 相同 自动温度补偿相关寄存器 (0x6B~0x6F) 新增加 Toffset 校正寄存器 ( 校表参数 0x6B) 进行 TPS 一致性校正, 使得 TPSData( 计量参数 0x2A) 值在常温 (25 度 ) 输出为 0x00 校正方式: 直接读取 TPSData ( 计量参数 0x2A) 在常温 (25 度 ) 输出值, 直接写入 Toffset 校正寄存器 ( 校表参数 0x6B) 即可 新增加 Tgain 校正寄存器 (0x6C) 用于补偿 TPS 的系数, 不需要校正 新增 Vrefgain 的补偿曲线系数 TCcoffA,TCcoffB,TCcoffC(0x6D~0x6F) 1) 外围电阻选用 20ppm 正温度系数电阻时推荐系数 :0x6D=0xFF11;0x6E=0x2B53;0x6F=0xD483 2) 只补偿 HT7038 本身的 Vref 温度特性时推荐系数 :0x6D=0xFF00;0x6E=0x0DB8;0x6F=0xD1DA 新增加的算法控制寄存器 (0x70) 新增控制寄存器 (w_emcfg) Address:0x70H Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 Write Fcntmod CHLSel1 Read Reset Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 Write CHLSel EnHarmonic QEnergySel Ymodsel ISUMSel VrefAotu_e Read n ModSel Reset 位名称 描述 Bit00 ModSel = 0 为三相四线制 ; ModSel = 1 为三相三线制 ; Bit01 VrefAotu_en: 基准自动补偿使能 VrefAotu_en=1, 使用自动补偿, 此时内部计算的 allgain = Vrefgain, 来自内部计算值, 同时 写入寄存器 VrefGain VrefAotu_en=0, 关闭自动补偿, 功能同原 HT7038, 即内部计算的 allgain=allgain(0x32, 来源 于校表寄存器 ) Bit02 ISUMSel: 电流矢量算法选择位, 公式详见 章节 ISUMSel=0, 采用算法 1; ISUMSel=1, 采用算法 2. Bit03 Ymodsel: 角度算法选择位 计量参数地址 Ymodsel = 0(old 算法一 ) Ymodsel = 1(new 算法二 ) 0x26 YUaUb YUa 0x27 YUaUc YUb 0x28 YUbUc YUc 0x18 Pga YIa 0x19 Pgb YIb 0x1A Pgc YIc Bit04 QEnergySel: 无功能量选择寄存器, QEnergySel=0, 选择全波无功 ; Rev Page47 of 53

48 Bit05 Bit8~7 ChlSel[1..0] Bit09 QEnergySel=1, 选择基波无功 ; EnHarmonic: 基波测量和谐波测量切换控制位 EnHarmonic=1, 选择谐波测量 ;EnHarmonic=0, 选择基波测量 夹角选择新算法时选择以哪路信号作为参考 ChlSel1 ChlSel0 参考向量 0 0 Ua 0 1 Ub 1 0 Uc Fcntmod: 电能及快速脉冲累加方式选择位 Fcntmod=0, 为正 Fcnt+1, 为负则 Fcnt-1( 老方式 ) Fcntmod=1, 全部采用 Fcnt+1 方式 ( 新方式 ) Rev Page48 of 53

49 5 电气规格 5.1 电气参数 测试条件 :Vcc=AVcc=3.3V,EMU 时钟选择 921.6kHz( 默认 ), 室温 参数 最小值 典型值 最大值 单位 测试条件 电能计量参数有功电能测量误差 0.1 % 5000:1 无功电能测量误差 0.2 % 5000:1 电压有效值测量误差 % 500:1 5000:1 电流有效值测量误差 % 500:1 5000:1 ADC 参数输入电压范围 ±710 mv 有效值 500mV 直流输入阻抗 530 kω 信噪比 (SNR) 75 db ADC 采样速率 khz EMU 时钟 MHz EMU 时钟 921.6kHz 带宽 (-3dB) khz EMU 时钟 MHz EMU 时钟 921.6kHz 参考电压 V 参考电压温度系数 ±10 ±15 Ppm 功耗 EMU 时钟选择 921.6kHz ma 6 路 ADC 全部打开只开 3 路电流 ADC EMU 时钟选择 MHz ma 6 路 ADC 全部打开只开 3 路电流 ADC 直流参数数字电源电压 Vcc V 模拟电源电压 AVcc V 脉冲口 CF 输出驱动电流 5 10 ma VOH(CF1\CF2\CF3\CF4\REVP) 0.9*Vcc V VOL(CF1\CF2\CF3\CF4\REVP) 0.1*Vcc V 逻辑输入高电平 0.8*Vcc V 逻辑输入低电平 0.2*Vcc V 逻辑输出高电平 0.9*Vcc V 逻辑输出低电平 0.1*Vcc V 晶体 MHz 工作温度范围 度 存储温度范围 度 Rev Page49 of 53

50 6 校表过程 在对 HT7038 设计的电表进行校正时, 必须提供标准电能表 利用标准电能表校表时, 有功能量脉冲输出 CF1 可以直接连接到标准表上去, 然后根据标准电能表的误差读数对 HT7038 进行校正,HT7038 只需要对有功功率进行校正即可, 无功功率增益校正寄存器写入和有功功率增益校正相同的系数即可 校表流程 : 参数设置 : 分相校正 : Rev Page50 of 53

51 6.1 校表及推荐 1) 模式配置寄存器 (0x01) 写入 :0xB97E 开启 Vref Chopper 功能提升 Vref 性能 ; 开启功率有效值慢速模式, 减小跳动 ; 配置 EMU 时钟 921.6kHz, 降低功耗 ; 开启 6 路 ADC, 关闭 In 通道, 2) EMU 单元配置寄存器 (0x03) 写入 :0xF804 开启能量计量, 使用功率作为潜动起动依据 3) 模拟模块使能寄存器 (0x31) 写入 :0x3427, 开启高通滤波器 ; 开启 BOR 电源监测电路 4) 写入 HFconst 参数 ( 同一款表写入同样的 HFconst 值 ) 方式 1: 根据输入信号电压计算 HFConst=INT[ *G*G*Vu*Vi/(EC*Un*Ib)] 其中 G=1.163,INT 为取整计算举例说明 : 电表表常数 (EC) 设置为 6400, 功率因数为 1 Un( 额定电压 ) 为 220V,Ib( 额定电流 ) 为 1.5A,Vu( 电压通道的电压 ) 为 0.22V Vi( 电流通道的电压 ) 为 50mV 根据公式 :HFConst=2.592*Vu*Vi*10^10*1.163*1.163*/(EC*Un*Ib) 计算得到 HFConst = 2.592*0.22 *0.05*10^10*1.163*1.163 / (6400*220*1.5) = 0x00B6 方式 2: 根据误差调整 HFconst 比如,HFconst 写入初值 0x0080, 从标准表上读到误差为 err%, 则按照公式将误差调整到 ±10% 以内 : HFconst=0x0080*(1+err%) 举例说明 : 电表表常数 (EC) 设置为 6400, 功率因数为 1,HFCONST 寄存器写入值 0x0080, 观察标准表上显示的误差为 Rev Page51 of 53

52 52.8% 根据公式 :HFCONST = 0x0080 * (1+Err) 计算得到 :HFCONST = 0x0080 * (1+52.8%) = 0x00C3 5) 功率增益校正根据功率增益校正寄存器说明计算, 注意 Pgain\Qgain\Sgain 写入相同值即可 6) 相位校正参见校正寄存器说明 7) 电压 电流有效值校正参见校正寄存器说明 Rev Page52 of 53

53 7 芯片封装 LQFP 典型运用电路原理图 Rev Page53 of 53