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雷竞技电竞平台Dialog Semiconductor提供了一个完整的应用笔记[4]库，包括设计示例以及Dialog IC内的功能和模块的说明。

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介绍

交流电源的频率通常是50Hz或60Hz。在大多数国家，频率变化通常限制在±1%左右。变化通常是由于电网负荷的变化引起的;较高的负载导致频率下降，反之亦然。监测功率频率的重要性在当地建立小型电网时尤其重要，例如太阳能或风力发电装置。在这种情况下，逆变器必须承担监控输出电能质量的责任。

在使用感应电动机等设备的工业装置中，保持适当的频率是很重要的，因为感应电动机的速度是频率的函数。更复杂和敏感的设置可能使用交流驱动器来保持电机的速度，但在许多情况下，电机可能直接连接到电源没有驱动器，在这种情况下，工作频率的变化直接影响电机的速度。

在这篇应用笔记中，我们展示了如何使用GreenPAK SLG46620V和一些外部组件来设计一个频率偏差监控器，如果频率偏离了指定的幅度发出警报。

广泛的设计策略

该设计是基于测量波形的周期。许多设计使用过零检测器作为周期测量的基础。如图1所示，主电源输入被降低，并用几个分量进行半波整流。整流脉冲被馈送到GreenPAK芯片，用于触发在引脚12处的模拟比较器(ACMP)读数。ACMP的IN终端保持在50mV，当它切换时，它启用一个计数器，计数来自内部振荡器的脉冲，直到半周期结束。ACMP的低带宽模式是为了防止由于噪声造成的虚假响应。

为了确定主电源输入频率的偏差是否可接受，我们使用两个DCMPs比较计数器在半周期结束时的输出，两个寄存器存储了我们感兴趣的上下限。DCMPs在GreenPAK 4系列中可用，因此我们选择SLG46620V用于此应用说明。

图2中的图形显示了230V, 50Hz波形的半波周期的前几微秒(黑色曲线)。用上述方式使用半波整流器所引起的误差是相当小的。考虑到输入端的保护肖特基二极管BAT48的存在，我们需要一个最高为350mV的电压来触发ACMP。市电电压达到350mV的时间约为3.6us;如果考虑到斜坡下降，我们会有0.07%的误差，这在大多数主频监控应用中是可以忽略的。雷竞技安卓下载ACMP的输出如图2中的红线所示。

实现与GreenPAK设计师

图3和图4显示了GreenPAK的设计。广泛的想法是驱动FSM1的SET输入低时，市电半周期开始，并把它带回高时，半周期结束。当半周期结束时，INV1产生的上升沿馈入DFF6/7/8，将DCMPs的状态分别锁定到引脚14、16和17，之后上升沿(由DLY7略有延迟)设置FSM1。

要使上述战略在实践中发挥作用，我们需要围绕几件事进行工作。首先，我们注意到GreenPAK 4的DCMP使用8位数据，这为我们提供了只有256中的1部分的分辨率。如果我们想要更高的精确度呢?其次，内部振荡器不像晶体振荡器那样精确，所以如果我们需要保持外部部件计数真的很低，我们需要一种校准频率监视器的方法。我们将描述如何实现这两个目标。

振荡器和计数器设计

我们选择OSC的2MHz RC振荡器。OSC输出分频器和FSM1时钟输入分频器分别设置为2和4，这样计数器频率现在是2000/8 = 250kHz(周期= 4us)。让我们看看标称市电频率为50Hz，半周期为10ms时会发生什么。假设FSM1配置为UP计数，counter data = 0。然后在10ms半周期结束时，FSM1的Q输出为10ms/4us = 2500模256 = 196。让我们将其称为“STOP值”以供进一步讨论。

然而，我们现在需要注意振荡器频率的误差。从设备的数据表中我们可以看到，如果SLG46620V工作在3.3V的电源电压下，2MHz RC振荡器在25°C的频率公差是-1.74% / +1.55%。

我们没有添加外部晶体振荡器，而是演示了如何在实际实现中建立校准程序来补偿这种变化。

作为实现这一目标的第一步，我们设计了一个假定盐含量频率在范围的上端(或稍微超出，以考虑微小的温度变化)的东西。换句话说，我们以这样一种方式设计东西，如果OSC频率误差为+2%，那么停止值将是128，这是停止值可能范围0-255的中点。知道OSC误差实际上小于2%，这意味着实际的STOP值将(略)小于128。下一步是在GreenPAK外部安装一个微调器，当已知输入频率为50Hz时，可以将实际停止值“推”到128。

这将为我们提供一个实际的校准程序，可用于现场。

现在让我们计算出这些数字并计算STOP值:

假设OSC RC频率= 2040kHz/8 = 255kHz

一个RC时钟周期= 3.92us

10ms后的停止值= 246。

DLY8引入的延迟= 118个周期

新的停止值= 246-118=128 (1)

这是我们想要的。

现场校准

当实际OSC频率小于2040 kHz时，STOP值略小于128。我们现在如何使用外部微调器“推”STOP值?

进入ADC(图4)。ADC从引脚8取一个模拟电压，并生成一个标记为CAL的数字值，该值被FSM1用作计数器数据。当Pin 8处的输入电压为零时，CAL值为零。当我们增加电压时，CAL值也增加。由于FSM1在接收到SET信号时从CAL值开始计数，而不是0，所以STOP值也会增加。当输入信号已知为50.00Hz时，我们现在有以下的现场校准程序:引脚8电压从零慢慢增加，直到停止值触及128。此时，DCMP2(其IN- pin引脚被FSM0产生的恒定参考值128输入)在其EQ输出上输出一个信号，该信号点亮引脚17上的LED，表明该单元已校准。

使用VREF微单元在引脚19上输出1V的参考电压，并使用如图1所示的微调器，可以方便地生成引脚8的校准输入电压。

(这里有一个小的微妙-注意，在现场校准后，停止值128不再在计数范围的准确中心，现在小于255;但是，这不会导致严重的问题，因为FSM1 CAL值预计相对较小。)

DCMP0/1界限

接下来是相对简单的部分:决定DCMP0/1的参考值应该是什么。从(1)处的计算我们可以看到，主频中0.1%的误差等于停止值中的2.5的误差。对于本应用说明，我们选择了0.4%和2%的可选灵敏度水平。0.4%的误差等于10 RC循环，2%的误差等于50 RC循环。相应地，DCMPs的上限和下限可以设置为128 +/- 10或128 +/- 50，这取决于所需的灵敏度水平。灵敏度水平是可选择的，使用引脚20上的低/高输入，馈送两个dcmp的MTRX SEL输入，从寄存器0-3中选择，相应的界限被编程。

实施细则及结果

在大多数情况下，该设计可以通过仿真进行测试。

仿真信号发生器的分辨率约为1%，因此可以用不大于1%的灵敏度来测试设计的基本正确性。用主路输入测试面包板单元是很困难的，因为ACMP输入处的杂散嗡嗡声拾音器会导致虚假读数。作者在仿真中对该设计进行了测试，通过仿真对引脚8进行校准输入，在引脚12处的波形输入来自Tektronix SG502 50Hz方波发生器。时间周期使用Tektronix DC503A计数器以0.001ms的分辨率读取时间周期进行验证。

在仿真下，该单元在Pin 8电压约为440mV的校准，对应的CAL值约为28，在此之后，设计在低灵敏度和高灵敏度下都能正确工作。

结论

本应用笔记描述了一种简单但有用的主频监视器设计。该设计可用于简单的警报或数据收集目的，或可作为更详细的反馈回路或转换/关闭电路的一部分，例如，逆变器设计。在实际的实现中，必须小心地布置电路并提供足够的屏蔽，以使ACMP输入没有可能引起假触发和影响设备可靠性的噪声或嗡嗡声。