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BL0930

概述

特点

概述

BL0930集成电路是电子式电度表的核心计芯片，它在设计上采用了过采样和数字信号处理技术,从而大大地提高了芯片的测量准确度,同时,在A/D转换后的数据均由数字电路进行运算和处理,保证了芯片的长期稳定性。基于此芯片设计的电子式电度表具有外围电路简单、精度高、稳定性好等特点，适用于单相两线电力用户的电能计量。

BL0930 对正、反向有功功率均可测量,且可将反向有功功率转换成与正向有功功率方向一致的脉冲输出,同时在芯片引脚(Pin12)上给出了反向用电指示。因此, 用BL0930 制成的电子式电度表具有很强的防窃电能力。

BL0930 具有两种不同频率的脉冲输出。Pin14输出以较高频率的脉冲,用于校验和计算机数据处理，而 Pin15和 Pin16输出一组较低频率的脉冲,用于直接驱动步进电机，以推动计度器进行电量累积。在 BL0930 中充分考虑到兼顾电度表潜动和起动性能的不同要求,采用了合理的数字化的防潜动阀值设计,在保证可靠地防止潜动的前提下,使起动电流远低于标准要求。

特点

高精度，在输入动态工作范围（500:1）内，非线性测量误差小于 0.1%

校表过程中高稳定性,输出频率波动小于 0.1%精确测量正、负两个方向的有功功率，且以同一方向计算电能慢速输出脉冲能直接驱动电机工作，快速输出脉冲可用于计算机数据处理防窃电功能，逻辑输出脚 REVP 用于显示反向用电或者错误用电状况芯片上有电压检测电路，检测掉电状况具有防潜动功能

芯片上带参考电压源 2.5V8%（温度系数典型值 30ppm/℃），也可以使用外部电压源芯片上带晶振时钟（芯片内置晶振）单工作电源 5V 低功耗 15mW（典型值）采用 0.35um CMOS 工艺，批量的一致性和产品可靠性得到进一步提高。

极限范围

项目　符号　极值　单位

模拟数字电源电压 VDD　VDD　-0.3~+7(max)　V

VDD 变化　　-0.3~+0.3　V

输入电压(相对于 GND)　V v　VSS+0.5≤Vv≤VDD-0.5　V

工作温度　Topr　-40~+75　℃

贮藏温度　Tstr　-55~+150　℃

功耗（DIP16）　　350　mW ( T = 25 ℃ )

电参数

1) 常温电特性

(T=25℃, VDD= 5V )

测量项目　符号　测量条件　测量点　最小　典型　最大　单位

1 电源电流　IVDD　　Pin1　0.5　4　5　mA

输入高电平　VIH　VDD=5V　　2　　　V

输入低电平　VIL　　　　1　V

标准说明

指标说明

1)非线性误差%

BL0930 的电压通道输入固定 Pin3,pin2 之间交流电压 Vv 为 110mV,功率因数 cos?=1,Pin5 与Pin4 之间电压Vi在对应与 5%Ib~800%Ib 范围内，任何一点输出频率相对于 Ib 点的测量非线性误差小于 0.1% eNL%=[（X 点误差%-Ib 点误差%）/(1+Ib 点误差%)]*100%

2)防潜阈值

典型情况下，CF输出所代表的最小功率为满量程输出的 0.0015%，对于低于该阈值的功率，不输出计量脉冲。

3）正负输入功率

指 Pin3-Pin2 间的电压采样信号 V(V)与 Pin5-Pin4 间的电流通道输入信号 V(I)乘积V(V)*V(I)*cos?的符号, 大于零为正功,小于零为负功。

4)正、负向有功功率误差%

在相等的有功功率条件下，在V(V)=110mV、V(I)对应 Ib（5A）点，BL0930 测得的负向有功功率与正向有功功率之间的相对误差：

eNP%=|[(eN%-eP%)/(1+eP%)]*100%|

eP%:正向有功功率误差；eN%:负向有功功率误差。

5）电源监控电路检测电平（掉电检测电平）

片内电源监测电路检测电源变化情况，当电源电压低于 4伏左右时，内部电路被复位。

当电源电压超过该值时，电路恢复工作在正常状态。

工作原理

电能计量原理

电能计量主要把输入的电压和电流信号按照时间相乘，得到功率随着时间变化的信息，假设

电流电压信号为余弦函数，并存在相位差Ф，功率为：

p(t) =V cos(wt)×Icos(wt , Φ)

令Φ=0 时:

p(t) = VI/2( , cos(2wt)

令Φ ≠0 时:

p(t) =V cos(wt)×Icos(wt , Φ)

=V cos(wt)×[Icos(wt)cos(Φ), sin(wt)sin(Φ)]

= VI/2( 1, cos(2wt))cos(Φ), VIcos(wt)sin(wt)sin(Φ)

(t)称为即时功率信号，理想的 p(t)只包括两部分：直流部分和频率为 2ω的交流部分。前者

又称为即时实功率信号。即时实功率是电能表测量的首要对象。

在通过对电流电压信号高精度采样及模数转换后，电流电压信号通过数字乘法器得到瞬态功率信号 p(t)。让 p(t)通过一个截至频率很低（如 1Hz）的取直低通滤波器，把即时实功率信号取出来。然后对该实功率信号对时间进行积分，得到能量的信息。如果选择积分时间十分的短，可以认为得到的是即时能量消耗的信息，也可以认为是即时功率消耗的信息，因为前后两者成正比关系。如果选择的较长的积分时间，得到的是平均的能量消耗的信息，同样也可以认为是平均功率

消耗的信息。

取直低通滤波器的输出会被送到一个数字-频率转换的模块，在这里即时实功率会根据要求作长时或短时的积分（即累加计数），转换成与周期性的脉冲信号，这就是电子电能表的基本输出信号。输出的脉冲信号的频率与能量消耗的大小成正比。输出脉冲送到片外的计数马达，并最终得到能量消耗的大小的计数值。

可以看出计算出的即时实功率与电压和电流信号的相位差的余弦值 cos(Ф)的有关，该余弦值

被称为这两路信号的功率因子。

输入的直流成分对测量结果的影响

假设电压和电流输入直流成分分别是 Vos和 Ios,且功率因子等于 1（Φ=0 度）

p(t)=(Vcos(wt)+Vos)*(Icos+Ios)

=V*I/2+Vos*Ios+Vos*Icos(wt)+Ios*Vcos(wt)+(V*I)/2*cos(2wt)

令 Ios=0

p(t)=(Vcos(wt)+Vos)*(Icos+0)

=V*I/2+Vos*0+Vos*Icos(wt)+0*Vcos(wt)+(V*I)/2*cos(2wt)

=V*I/2+Vos*Icos(wt)+(V*I)/2*cos(2wt)

从上面的计算看到：如果输入的两路信号同时具有直流成分，会给即时实功率，即乘积的直流部分带来Vos*Ios的误差，还有在ω频率处出现Vos*I+Ios*V 的分量，前者必然引起测量误差，而后者也会当取直低通滤波器的对ω抑制不够时影响即时实功率的输出，带来大的波动。

而当电压或电流中的一路经过数字高通滤波器后，如去掉电流采样信号的直流偏移项。这时仅有一路输入有直流成分时，乘法的结果有了很大的改善：没有了直流误差，w 频率处的分量也减少了。

电压通道输入

电压通道允许最大输入差分电压为165mV，共模电压 100mV。然而，共模电压为 0V 时效果最好。电压通道的典型连接电路如下图所示，其中，第一种是用 PT（电压互感器），第二种是用电阻分压网络提供电压信号。

电流通道输入

电流通道允许最大输入差分电压为660mV，共模电压 100mV。然而，共模电压为 0V 时效

果最好。