ST AN2317 APPLICATION NOTE

AN2317

Application Note

STPM01 Programmable, Single-Phase

Energy Metering IC External Circuits

Introduction

The STPM01 is implemented in an advanced 0.35µm BCD6 technology. It is designed for active, reactive, and apparent energy measurement, including Root Mean Square (VRMS and I RMS), instantaneous, and harmonic voltage and current.

This application note describes the STPM01 external circuits which are comprised of:

a crystal oscillator,

a power supply circuit,

a voltage sensing circuit, and

two current sensing circuits.

Note:

This document should be used in conjunction with the STPM01 datasheet.

April 2006

Rev 1

1/27

www.st.com

Contents

AN2317 - Application

 

 

Contents

1

External Circuit Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 4

 

1.1

Current Sensing Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

 

 

1.1.1

Primary Current Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 6

 

 

1.1.2

Secondary current sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 9

 

1.2

Anti-aliasing Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

 

1.3

Voltage Sensing Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

 

1.4

Crosstalk Cancellation Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

 

1.5

Capacitive Power Supply Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

1.5.1 Varistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.5.2 Capacitive Power Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.5.3 EMC Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

 

1.6

Clock Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

2

Revision History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

2/27

AN2317 - Application

List of Figures

 

 

List of Figures

Figure 1. STPM01 External Circuit Schematics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Figure 2. Primary Current Sensing Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Figure 3. Current Sense Transformer-to-Power Line Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Figure 4. Shunt Module-to-Power Line Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figure 5. Anti-aliasing Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Figure 6. Anti-aliasing Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Figure 7. Anti-aliasing Filter Magnitude Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Figure 8. Anti-aliasing Filter Phase Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Figure 9. Voltage Sensing Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Figure 10. Crosstalk Network. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Figure 11. Capacitive power supply (with EMC Filter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Figure 12. Capacitive Power Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Figure 13. Internal RC Recommended Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Figure 14. Quartz Recommended Connections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Figure 15. External Clock Source Recommended Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3/27

External Circuit Design

AN2317 - Application

 

 

1 External Circuit Design

Figure 1 on page 5 shows an implementation example of the STPM01 in a simple Stepper Counter Connector design. The main external circuits include:

a Current Sensing Circuit,

an Anti-aliasing Filter on page 11,

a Voltage Sensing Circuit on page 15,

a Capacitive Power Supply Circuit on page 18, and

a Clock Generation on page 24 (RC oscillator, quartz, or external clock).

4/27

ST AN2317 APPLICATION NOTE

AN2317 - Application

External Circuit Design

 

 

Figure 1. STPM01 External Circuit Schematics

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

D2

1

2

D3

1

2

 

D4

1

2

 

D5

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

1N4148

 

1

1N4148

1

1N4148

1

1N4148

 

 

 

 

 

 

 

 

R21

 

33.0R

 

R22

 

1K

 

C16

1MY

 

W6

 

 

 

C17

10N

 

C18

10N

 

C19

10N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VODNIK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

PI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

W5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G08 10-2V

2

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

VODNIK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

Q4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

Q3

BC8578

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

BC8578

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

6

 

 

3

 

 

 

31

R23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VDD

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VDDA 7

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

47K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SRD 200mcd

1

 

 

 

 

SRD 200mcd

 

2

SRD 200mcd

 

2

 

9

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

2

 

2

 

1

 

 

2

 

 

 

D6

2

 

 

 

 

 

1

 

1SRD200mcd

1

 

 

 

 

C2

 

1.0N

C3

1.0N

C6

 

1MY

C7

1MY

C4

1.0N

C5

1MY

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

D7

 

1

D8

 

1D9

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R20

2.4K

 

 

 

 

R19

2.4K

R18

2.4K

R17

2.4K

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

1

 

1

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

U1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

2

 

 

 

SBG

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

STPM01E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1N4148

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SDA

 

 

 

 

 

 

 

D1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LED

 

SDA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SCL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MON

 

SCL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SCS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MOP

 

SCS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 VDD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SYN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VDD

 

SYN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VSS

CLKOUT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VCC

CLKIN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VDDA

8

14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VDDA

 

VIN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VOIP

 

VIP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IIP1

 

IIN2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

11

 

 

 

 

 

 

 

1

R15

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

IIN1

 

IIP2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E4622/X503

4

 

 

 

1

 

1.0k

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

Y1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R5

30.1R

 

C8

 

10N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TR1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14194.304kHz

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2 1

R1

2

2

 

 

1

R13

2

 

 

 

 

 

 

 

 

C12

15P

 

C13

15P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.0k

 

 

 

 

 

2M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ANTI-ALIASING FILTER

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

R3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E4622/X503

4

 

 

 

1

 

1.0k

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TR2

 

R6

30.1R

 

C9

 

10N

 

 

1

R14

2

 

 

 

 

 

 

 

 

CRYSTAL OR RTC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OSCILLATOR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

1

R4

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CURRENT SENSING

 

 

 

 

 

 

1.0k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C11

 

 

 

C10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.7my

 

 

10N

VOLTAGE SENSING

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

R8

2

 

1

R9

2

1

R10

2

1

R7

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

261K

 

 

261K

 

 

261K

 

 

475R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

R11

2

 

1

R12

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

150K

 

 

 

2.21k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

C20 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

220N

 

 

 

 

 

 

VDD

W1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VODNIK

 

 

 

L6

 

 

 

 

 

 

 

C1 2

 

 

D11

 

 

VODNIK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

1 R24 2

 

1

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

CAPACITIVE POWER SUPPLY

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

220MYH

 

1

82R

 

 

470N

 

1

DIF60

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W4

V4

 

510V

 

C14

 

 

1.0N

 

 

 

 

D10

DIF60

 

C15 +

1000M

D12

 

5.6V

W2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VODNIK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VODNIK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

2

1

L3

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

220MYH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AI12296

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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External Circuit Design

AN2317 - Application

 

 

1.1Current Sensing Circuit

The STPM01 has two external current sensing circuits (see Figure 1 on page 5):

1.Primary channel, and

2.Secondary channel.

1.1.1Primary Current Sensing

The primary channel uses a current transformer to couple the mains current (see Figure 2).

The Burden resistor is used to produce a voltage between VIN1 and VIP1. The Low-pass filter (LPF) is used to filter out the high frequency interference and has little influence on the voltage drop between VIN1 and VIP1.

Figure 2. Primary Current Sensing Circuit

I1

I2

Burden Resistor

 

 

LPF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

R2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

1.0k

 

1

 

 

R23

1R

R25

6.8R

 

 

C9

10N

 

 

 

2

 

2

1

R1

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.0k

 

 

VIN1

+

U0

VIP1

AI12297

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AN2317 - Application

External Circuit Design

 

 

Primary current sensing is calculated as follows:

Equation 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I2

=

N1

I1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Equation 2

 

R23 R25

 

 

 

 

 

 

R23 R25

U0 UA

= I2

=

N1

I1

R

 

+ R

 

N

 

R

 

 

+ R

 

 

 

-------------------------------

 

--------

 

 

-------------------------------

 

 

 

23

 

 

25

 

 

 

2

 

 

 

 

23

 

25

Assuming I1PEAK, the calculation will proceed as:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Equation 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I1PEAK

=

N2

=

2000

 

 

 

 

 

 

 

 

I------------------2PEAK

N------1

------------

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Equation 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I2PEAK =

I1PEAK

= 3mA

 

 

 

 

 

 

------------------2000

 

 

 

 

 

 

Equation 5

 

 

 

 

 

 

 

 

R23 R25

 

 

 

U0PEAK = UAPEAK = I2PEAK

= 2.6mV

R-------------------

23

+ R------

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The maximum differential input voltage between VIN1 and VIP1 is dependent on the Programmable Gain Amplifier (PGA) selection. For the purposes of this application, use 8x as the gain value, then U0PEAK = 0.15V.

Equation 6

UAPEAK = U0PEAK = 0.15V

Equation 7

I2PEAK

= UAPEAK

R23

+ R25

------------------------- = 172mA

 

 

R23

R25

Equation 8

I1PEAK = 2000I2 PEAK = 344A

Equation 9

I1PEAK

I1RMS = ------------------ = 243A

2

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External Circuit Design

AN2317 - Application

 

 

The primary current sensing circuit can be connected to mains as follows (see Figure 3):

1.The hot line voltage wire must be connected to pin F of the module.

Normally, this wire is also connected to the hot line current wire. However, during production or to verify phases, this wire may be connected to some other line voltage source.

2.The neutral line voltage wire must be connected to pin N of the module. This wire is also connected to the neutral line current wire.

3.The hot line current wire must be placed through the current transformer TR1 hole (becoming the hot load wire).

Use insulated 4mm2 copper wire.

4.The neutral line current wire must be placed through the current transformer TR2 hole. Use insulated 4mm2 copper wire.

Figure 3. Current Sense Transformer-to-Power Line Connections

Neutral Line

 

 

Neutral Load

Hot Line

 

 

Hot Load

F

N

TR2

TR1

 

 

 

 

 

W6

 

 

 

W5

 

 

*

P1

 

Comp side

 

 

 

 

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AN2317 - Application

External Circuit Design

 

 

1.1.2Secondary current sensing

The secondary channel uses shunt resistor structure (see Figure 4). The 420µW shunt resistor is used to maximize the use of the dynamic range of the current sensing circuit. However, there are some important considerations when selecting a shunt structure for energy metering applications.

The power dissipation in the shunt must be minimized.

The maximum rated current for this design element is 20A, so the maximum power dissipated in the shunt is calculated as follows:

(20A)2 × 420μ Ω = 168mW

The higher power dissipation may make it difficult to manage the thermal issues.

Although the shunt is manufactured from manganin material, which is an alloy with a low thermal resistance, an apparent error may occur when it reaches a high temperature.

The shunt should be able to resist the shortage of the phase circuit. This reduces the shunt resistance is much as possible.

The design values used are:

Mains voltage = 220VRMS,

Ib = 2A, and

Shunt resistance = 420µΩ.

The remaining design elements calculated from these values are as follows:

Voltage across shunt:

2A × 420μΩ = 0.00084V

Mains power dissipation:

220V × 2A = 0.44kW

Error:

1.68 × 103 ⁄ 0.44 × 103 × 100percent = 0.0004percent

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