分析解答智能電網的主流計量晶片方案

2020-12-04 電子產品世界

中心議題：

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201804.htm

BL6523A的性能介紹和結構分析
實現電氣測量的原理電氣測量原理
從硬體設計分析智能電網的計量晶片BL6523A
從軟體設計分析智能電網的計量晶片BL6523A
解決方案：

智能電錶計量晶片系統方案

在智能電網的諸多應用中。智能電錶應用已率先落地。根據國家電網公司電網智能化建設規劃，在國家電網公司「計量、抄表和收費標準化建設研究」項目成果的基礎上，全國的大多數電錶企業均設計研發了符合新一代智能電網要求的電度表。在單相電度表的設計過程中，由於設計周期短，任務重，各個廠家對於設計晶片選型、硬體布局等還有待改進的地方。本文針對新一代智能、電網的計量晶片BL6523A，從硬體設計和軟體設計上進行分析。


智能電錶原理框圖
由上面方框圖可以看出，智能電錶所需IC包括多功能計量、MCU、通訊、帶溫補的高精度實時時鐘、液晶驅動 、數據存儲及電源等。在設計中，由於計量部分要與MCU等其他部分隔離，因此目前的方案計量部分均採用單獨的晶片。目前的主流方案計量晶片通常採用上海貝嶺的BL6523、深圳銳能微RN8209及CS5464等，MCU則大多採用NEC、瑞薩、飛思卡爾等國外品牌的產品。

BL6523A計量晶片是結合國內外計量要求，集合防竊電技術、多項專利技術而設計的能實現包括電壓電流等多種電氣測量的計量晶片產品。

BL6523A的性能介紹和結構分析及電氣測量原理

1.BL6523A的性能介紹

BL6523A是一款高精度、高穩定性的計量晶片，其精度在輸入動態工作範圍(1500:1)內，非線性測量誤差小於0.1%；穩定性高，輸出頻率 波動小於0.1%。BL6523A可精確測量正負兩個方向的有功功率，輸出快速輸出脈衝(CF)；具有兩個電流採樣端，採樣火線和零線電流；給出電壓和雙 電流的有效值，以及可測量範圍(1500:1)。

BL6523A還具有電壓失壓和斷相檢測功能；晶片上有電源電壓監測電路，檢測掉電狀；具有防潛動功能，可編程防潛閥值設置；同時具有可編程調整脈 衝輸出的頻率；此外，BL6523A還具有可編程增益調整和相位補償；給出功率因子(PF)，計算功率因數；可按需要給出中斷請求信號(/IRQ)；提供 SPI通信接口，用於數據傳輸。

BL6523A帶參考電壓源2.5V，也可使用外部2 . 5V電壓。晶片外接3.58MHz晶振。晶片單工作電源5V，功耗(典型值)低至25mW。

2. BL6523A的內部結構BL6523A的結構

如圖1所示。工作時，電流信號和電壓信號先分別經高精度的模數轉換(ADC)將模擬信號轉換為數位訊號，然後通過採樣濾波器、高通濾波器(HPF) 濾去高頻噪聲與直流增益，得到需要的電流採樣數據和電壓採樣數據。然後將這兩個數據相乘，便得到瞬時有功功率，接著經過低通濾波器，輸出平均有功功率。電 流採樣數據和電壓採樣數據分別通過平方電路、低通濾波器(LPF2)、開平方電路，得到電流有效值和電壓有效值。有功功率通過一定時間的積分，可獲得有功 能量。經過數位訊號的處理，通過SPI 接口輸出多種電氣數字量。

3. BL6523A實現電氣測量的原理

BL6523A的測量部分與主MCU共用5V電源系統，大大簡化了電源成本和設計。SPI通訊口使用的速率可以在30kHz以上，推薦使用 30kHz，節省了主MCU的工作時間。主MCU上電復位後，大約需要延後400ms左右，對BL6523A計量晶片進行初始化。BL6523A的這種設 計，可以節省昂貴的SPI通訊光偶，提高整表的性能。

對於本地費控電錶在IC卡座可以使用隔離措施。當然BL6523A也可以使用傳統的隔離措施，單獨供電，與控制MCU進行隔離。


BL6523A整表方案
整表的電路設計和軟體設計， 對於電錶廠來說， 相對都比較成熟， 本文重點討論計量晶片BL6523A的硬體設計和軟體設計。

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