分析解答智能電網(wǎng)的主流計量芯片方案

1. BL6523A的采樣參數設計

控制寄存器(MODE)選擇：例如設計電表Un=220V(Un：額定電壓)10(60)A(電流規格)，電表常數為1600imp/kWh。 BL6523A的電壓、電流輸入通道允許輸入的最大信號為±660mV峰值(即有效值4 6 7mVrms ) 。電壓通道需要考慮滿(mǎn)足130%Un的過(guò)壓，以及信號冗余，可通過(guò)電阻匹配220V AC電壓降至280mV左右，作為電壓通道輸入。電流A通道考慮錳銅的發(fā)熱，10(60)A表可采用200~250μΩ錳銅，假設采用250μΩ錳銅，在 Imax=60A電流時(shí)，電流輸入通道的采樣信號為60A×250μΩ＝15mVrms；根據電流通道的最大允許輸入信號467mVrms，電流A通道可 采用16倍增益。電流B 通道采用互感器1000:1；負載電阻4Ω，電流通道B采用1倍增益。

綜上分析，電流A通道16倍增益，電流B通道1倍增益，電壓通道1倍增益；增益寄存器15H(GAIN)寫(xiě)入00FH，14H(MODE)寫(xiě)入800H。

2. BL6523A分頻系數選擇(WA_CFDIV)

電表常數為1 6 0 0 imp / kWh ，可知在Imax時(shí)對應的CF輸出頻率為(220×60×1600)/(3600×1000)=5.87Hz，此時(shí)電壓通道輸入信號為 280mVrms，1倍增益；電流通道輸入信號為15mVrms，16倍增益，對應到電流電壓通道滿(mǎn)幅信號輸入時(shí)的CF輸出頻率為 5.87×467×467/(280×15×16)=19.05Hz，有功CF縮放比例寄存器19H(WA_CFDIV)可選擇008H。

3.BL6523A其他重要寄存器使用

a.有功防潛動(dòng)閾值設置

如在Ib、Un情況下，有功功率寄存器0AH的值為249F0H(150000)，要求0.4%Ib能正常啟動(dòng)，則可將防潛動(dòng)閾值設為0.2%Ib對應的有功功率，即12CH(300)；有功防潛動(dòng)閾值寄存器設定值為300/(2×1.36)＝110(06EH)。

b.反向指示閾值設置

如在Ib、Un情況下，有功功率寄存器0AH的值為249F0H(150000)，要求大于0.4%Ib能指示反相，則可將反相指示閾值設為 0.4%Ib對應的有功功率，即258H(600)；反相指示閾值寄存器設定值為600/(32×1.36)＝13(00DH)。

c.有功誤差調整

在1 0 0 % U n 、標準電流I b 1 . 0 下測試， 由校表臺獲得誤差E r r ， 如E r r 為負值，則WATTGN=；如Er r為正值， 則WAT T G N =(WATTGN：功率增益)。2EH電流A通道增益調整寄存器 A_CHGN；2FH電流B通道增益調整寄存器 B_CHGN；12位寄存器，補碼形式，增益調整范圍±50%。

d.相位調整

相位補償的原理是將一個(gè)小的時(shí)間延時(shí)或超前引入信號處理電路以對小的相位誤差進(jìn)行補償。相位校正寄存器為8位寄存器；D7為使能位，=1時(shí)開(kāi)啟相位 補償，=0時(shí)關(guān)閉相位補償；D6…D0為延時(shí)或超前時(shí)間，2.2us/1LSB。相應的分辨率為360°× (1/450kHz)×50Hz=0.04°，最大可調5.08°。在100%Un，標準電流Ib 0.5L下測試，測得誤差Err，寄存器值=[int(θ/0.04-1)]0x80，int為取整操作；如果Err為正值，改動(dòng)電流通道相位 寄存器IAPHCAL、IBPHCAL；如果Err為負值，改動(dòng)電壓通道相位寄存器VPHCAL；1EH，電流A相位校正寄存器 IA_PHCAL；1FH，電流B相位校正寄存器 IB_PHCAL；20H，電壓相位校準寄存器 V_PHCAL。

e.小信號補償調整

小電流1.0情況下，如果小信號精度偏差較大，可通過(guò)調整有功功率偏置校準寄存器來(lái)修正小信號偏差。1AH A通道有功功率偏置校準寄存器A_WATTOS，僅影響A通道有功功率測量；1BH B通道有功功率偏置校準寄存器B_WATTOS，僅影響B(tài)通道有功功率測量；均為12位寄存器，補碼形式，可調整范圍+2047~-2047；如小信號情 況下，有功功率寄存器WATT(0AH)的數據為WATT_Data，有功功率誤差為Err，則有功功率偏置校準寄存器的值 為：int(WATT_Data×(-Err)/1.36)(int為取整)。舉例如下：如在5%Ib信號點(diǎn)的有功功率誤差為-0.45%，有功功率寄存 器WATT(0AH)的數據為10,000，則有功功率偏置校準寄存器的值為：10000×0.0045/1.36=33。

f.電壓電流的測量

在100%Un、標準電流Ib1.0情況下得到IARMS、IBRMS寄存器的值，電流有效值系數 IkA=IARMS/Ib，IkB=IBRMS/Ib。而后用戶(hù)可以根據讀取的IARMS、IBRMS寄存器的值除以IkA、IkB，獲得實(shí)際的電流顯示 值。05h，電流A有效值寄存器IARMS；06h，電流B有效值寄存器IBRMS。在100%Un電壓情況下得到VRMS寄存器的值，電壓有效值系數 Uk=VRMS/Un。07h，電壓有效寄存器V_RMS。

g.功率因數COS∮的測量，可以直接讀取PF(08)寄存器。

h.有功功率和視在功率測量，直接讀取相關(guān)寄存器(WATT(0A)，VA(0B))。

4.BL6523A的校準及初始化過(guò)程

第一步，MCU上電，延時(shí)等待400Ms；第二步，對BL6523A的寫(xiě)寄存器的初始值依次寫(xiě)入，完成參數設置及芯片初始化。校準過(guò)程包括了A通道有功校準、B通道有功校準、電流電壓有效值校準、有功功率校準、視在功率校準等。

BL6 5 2 3A正常工作過(guò)程：第一、保證BL6532A初始化過(guò)程的正確性。第二、讀取BL6523A的有用信息。第三、監控BL6523A的工作狀態(tài)，一般監控效驗寄存器CHKSUM的正確性。

BL6523A的校表過(guò)程如圖4所示。

5. BL6523使用中需注意的問(wèn)題

(1)PCB板的地線(xiàn)布置對電磁干擾的防范很重要；
(2)輸入模擬信號盡量平行對稱(chēng)；
(3)晶振的放置位置不要靠近PCB板邊。

電表整體性能測試結果

電表的誤差從測試及實(shí)際使用數據看，計量精度完全滿(mǎn)足要求。1.電表能在0.5~1.3Un范圍內準確測量輸入電壓值。2.測量電流：輸入電壓 220V，使用錳銅測量能在50mA~100A的范圍內準確測量，使用互感器方式，可以在10mA~100A的范圍內準確測量。3.測量功率：從最大 22,000W到最小測量功率在啟動(dòng)電流狀態(tài)下的 4.4W能準確測量。4.測量功率因數：輸入電壓220V，功率因數能從Imax(最大電流)到工作電流在200mA被準確測量。5.通過(guò)測 試，BL6523A對于EMC的抗干擾能力無(wú)論是帶負載或空載情況下都很強。

結論

計量芯片方案作為智能電表的核心方案之一。我們通過(guò)系統設計，驗證了BL6523A完全符合國家電網(wǎng)公司的新一代智能電表的要求標準，其優(yōu)異的性能、優(yōu)秀的抗干擾性使硬件設計變得簡(jiǎn)單可靠，軟件 設計沿用通用的接口方式，便于電表應用工程師的程序設計。此外，BL6523A還可以用于其他工業(yè)電氣測量和民用電氣測量領(lǐng)域。