分析解答智能電網(wǎng)的主流計(jì)量芯片方案

中心議題：

BL6523A的性能介紹和結(jié)構(gòu)分析
實(shí)現(xiàn)電氣測(cè)量的原理電氣測(cè)量原理
從硬件設(shè)計(jì)分析智能電網(wǎng)的計(jì)量芯片BL6523A
從軟件設(shè)計(jì)分析智能電網(wǎng)的計(jì)量芯片BL6523A
解決方案：

智能電表計(jì)量芯片系統(tǒng)方案

在智能電網(wǎng)的諸多應(yīng)用中。智能電表應(yīng)用已率先落地。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司電網(wǎng)智能化建設(shè)規(guī)劃，在國(guó)家電網(wǎng)公司“計(jì)量、抄表和收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)研究”項(xiàng)目成果的基礎(chǔ)上，全國(guó)的大多數(shù)電表企業(yè)均設(shè)計(jì)研發(fā)了符合新一代智能電網(wǎng)要求的電度表。在單相電度表的設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于設(shè)計(jì)周期短，任務(wù)重，各個(gè)廠(chǎng)家對(duì)于設(shè)計(jì)芯片選型、硬件布局等還有待改進(jìn)的地方。本文針對(duì)新一代智能、電網(wǎng)的計(jì)量芯片BL6523A，從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)上進(jìn)行分析。

智能電表原理框圖
由上面方框圖可以看出，智能電表所需IC包括多功能計(jì)量、MCU、通訊、帶溫補(bǔ)的高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘、液晶驅(qū)動(dòng) 、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及電源等。在設(shè)計(jì)中，由于計(jì)量部分要與MCU等其他部分隔離，因此目前的方案計(jì)量部分均采用單獨(dú)的芯片。目前的主流方案計(jì)量芯片通常采用上海貝嶺的BL6523、深圳銳能微RN8209及CS5464等，MCU則大多采用NEC、瑞薩、飛思卡爾等國(guó)外品牌的產(chǎn)品。

BL6523A計(jì)量芯片是結(jié)合國(guó)內(nèi)外計(jì)量要求，集合防竊電技術(shù)、多項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)而設(shè)計(jì)的能實(shí)現(xiàn)包括電壓電流等多種電氣測(cè)量的計(jì)量芯片產(chǎn)品。

BL6523A的性能介紹和結(jié)構(gòu)分析及電氣測(cè)量原理

1.BL6523A的性能介紹

BL6523A是一款高精度、高穩(wěn)定性的計(jì)量芯片，其精度在輸入動(dòng)態(tài)工作范圍(1500:1)內(nèi)，非線(xiàn)性測(cè)量誤差小于0.1%；穩(wěn)定性高，輸出頻率 波動(dòng)小于0.1%。BL6523A可精確測(cè)量正負(fù)兩個(gè)方向的有功功率，輸出快速輸出脈沖(CF)；具有兩個(gè)電流采樣端，采樣火線(xiàn)和零線(xiàn)電流；給出電壓和雙 電流的有效值，以及可測(cè)量范圍(1500:1)。

BL6523A還具有電壓失壓和斷相檢測(cè)功能；芯片上有電源電壓監(jiān)測(cè)電路，檢測(cè)掉電狀；具有防潛動(dòng)功能，可編程防潛閥值設(shè)置；同時(shí)具有可編程調(diào)整脈 沖輸出的頻率；此外，BL6523A還具有可編程增益調(diào)整和相位補(bǔ)償；給出功率因子(PF)，計(jì)算功率因數(shù)；可按需要給出中斷請(qǐng)求信號(hào)(/IRQ)；提供 SPI通信接口，用于數(shù)據(jù)傳輸。

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

2. BL6523A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)BL6523A的結(jié)構(gòu)

如圖1所示。工作時(shí)，電流信號(hào)和電壓信號(hào)先分別經(jīng)高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)采樣濾波器、高通濾波器(HPF) 濾去高頻噪聲與直流增益，得到需要的電流采樣數(shù)據(jù)和電壓采樣數(shù)據(jù)。然后將這兩個(gè)數(shù)據(jù)相乘，便得到瞬時(shí)有功功率，接著經(jīng)過(guò)低通濾波器，輸出平均有功功率。電 流采樣數(shù)據(jù)和電壓采樣數(shù)據(jù)分別通過(guò)平方電路、低通濾波器(LPF2)、開(kāi)平方電路，得到電流有效值和電壓有效值。有功功率通過(guò)一定時(shí)間的積分，可獲得有功 能量。經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)的處理，通過(guò)SPI 接口輸出多種電氣數(shù)字量。

3. BL6523A實(shí)現(xiàn)電氣測(cè)量的原理

BL6523A的測(cè)量部分與主MCU共用5V電源系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了電源成本和設(shè)計(jì)。SPI通訊口使用的速率可以在30kHz以上，推薦使用 30kHz，節(jié)省了主MCU的工作時(shí)間。主MCU上電復(fù)位后，大約需要延后400ms左右，對(duì)BL6523A計(jì)量芯片進(jìn)行初始化。BL6523A的這種設(shè) 計(jì)，可以節(jié)省昂貴的SPI通訊光偶，提高整表的性能。

對(duì)于本地費(fèi)控電表在IC卡座可以使用隔離措施。當(dāng)然BL6523A也可以使用傳統(tǒng)的隔離措施，單獨(dú)供電，與控制MCU進(jìn)行隔離。

BL6523A整表方案
整表的電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)， 對(duì)于電表廠(chǎng)來(lái)說(shuō)， 相對(duì)都比較成熟， 本文重點(diǎn)討論計(jì)量芯片BL6523A的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。