计量芯片原理(钜泉光电)0903 v0.1
三相电能计量芯片 400hz
三相电能计量芯片400hz三相电能计量芯片，即用于度量三相电能的芯片，具有适用于400Hz频率的特点。
本文将从介绍三相电能计量芯片的原理和结构开始，然后探讨其在400Hz频率下的应用，最后分析其优势和前景。
首先，我们来了解一下三相电能计量芯片的原理和结构。
三相电能计量芯片是一种电子芯片，内部集成了多个功能模块，包括功率采样、AD转换、DSP计算等。
它通过采集三相电流和电压信号，进行一系列的运算和计算，最终得到准确的三相电能数据。
三相电能计量芯片的结构通常包括功率采样模块、信号处理模块、计算模块和通讯模块等。
功率采样模块负责采集电流和电压信号，并进行高精度的模数转换；信号处理模块对采集到的信号进行滤波、增益校正等处理；计算模块利用采集到的信号进行功率和能量计算，并提供相应的接口供外部读取；通讯模块负责与外部系统进行数据交互，实现远程数据传输和监控。
接下来，我们来探讨三相电能计量芯片在400Hz频率应用中的情况。
400Hz电力系统主要应用于航空航天、军事、舰船等特殊领域，要求系统稳定性高、精度要求高。
而传统的50Hz或60Hz电能计量设备往往无法满足这些特殊领域的需求，因此需要专门设计适用于400Hz频率的三相电能计量芯片。
在400Hz频率下，三相电能计量芯片需要克服高频率对精度和稳定性的要求。
一方面，芯片需要采用高精度的模数转换器，确保对电流和电压的采样精度；另一方面，芯片需要采用高速的信号处理和计算算法，确保数据的准确性和实时性。
此外，芯片还需要具备抗干扰和抗高温等功能，以满足特殊领域应用的需求。
三相电能计量芯片在400Hz电力系统中的应用是十分广泛的。
在航空航天领域，它被广泛应用于飞机和卫星的电能计量和监控系统中，实时监测电能消耗和电力负荷，确保系统的正常运行；在军事领域，它被用于战车、军舰等装备的电能管理和控制系统中，保障电力供给的可靠性和稳定性。
三相电能计量芯片在400Hz频率下的应用优势主要体现在以下几个方面。
电能计量芯片工作原理
电能计量芯片工作原理
电能计量芯片是一种用于测量电能消耗的微型芯片。
它通常被安装在
电表中，以实时监测和记录电力使用情况。
以下是电能计量芯片的工
作原理：
1. 采集电信号
电能计量芯片通过连接到主要的供电线路来采集电信号。
这些信号包
括电压和电流，它们随着时间的推移而变化，因此需要实时采集。
2. 数字信号处理
采集到的模拟信号被转换成数字信号，并传输到计算机处理器中进行
处理。
数字信号可以更容易地存储和处理，并提供更高的精度和可靠性。
3. 计算功率
通过对采集到的数字信号进行数学运算，可以计算出当前使用的功率。
功率是通过乘以当前流过线路上的电压和电流得出的。
4. 累积能量
为了获得消耗总能量，需要将功率与时间相乘并累加。
这个过程由芯片内部完成，并将结果存储在内部存储器中。
5. 显示结果
内部存储器中存储了累积能量值，可以通过显示屏或其他通讯接口传输给外部设备进行显示或记录。
总之，电能计量芯片通过采集电信号、数字信号处理、计算功率、累积能量和显示结果等步骤，实现了对电能消耗的测量和记录。
计量芯片原理(钜泉光电)0903 v0.1
• 利用温度传感器改善温度影响量
– 芯片自带的温度传感器精度不会太高 – 需要整表的温度系数一致性好（温度系数可以很大； 一致性不好时，则需要针对不同的样表做多点校正， 工作量太大）
• 选用更好的元器件
– 外围选用温度系数更好的元器件 – 0.2s表采用外接温度系数更好的VREF
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计量芯片原理 --兼谈国标对芯片的要求
钜泉光电科技 mxzhang@
2009-03
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试图解释：
• 计量原理正确吗？
– 能量、功率、有效值的算法正确性
• 国标影响量怎样满足？
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温度影响量
• 温度影响量是芯片及外围的温度系数共同作用的 结果
– 两者的影响相同，则影响量很大；反之，则影响很小
• 芯片的温度系数主要影响VREF，进而使ADC采 到的数据发生改变
– 1mv的变化对精度的影响为0.08%（2.5v VREF) – 30ppm时，-40~80摄氏度VREF变化9mV，影响误差的 变化为0.7%；相当于每度变化0.006% – 国标要求为每度0.03%（0.5s）
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功率算法流程
电流
ADC
电压
LPF LPF
HPF 乘法器 HPF
LPF
ADC
采样
去除高频噪声 去除直流偏置
三相电能计量芯片FAQ
炬力公司三相电能计量芯片FAQ1、炬力公司三相电能计量芯片有哪些型号？炬力公司目前已经推出了五款三相电能专用计量芯片，他们分别满足不同的系统应用：ATT7030A是一颗高精度三相有功电能计量芯片，电阻网络校表，可直接驱动机电式计度器用于显示电能，主要应用于有功三相电能表。
ATT7028A是一颗高精度三相有功电能计量芯片，支持软件校表以及电阻网络校表，可计量分相电能和总电能，主要应用于三相有功电能表。
ATT7026A是一颗高精度三相组合表专用计量芯片，提供有功、无功参数，主要应用于三相电能表。
ATT7022A是一颗高精度三相多功能专用计量芯片，可以完成四象限有功、无功测量，可应用于三相多功能电能表以及电测仪表、工业控制等方面。
ATT7022B是一颗在ATT7022A基础上增加基波/谐波电能计量功能的高精度三相多功能专用计量芯片，可应用于三相多功能电能表以及电测仪表、工业控制等方面。
2、三相电能芯片对复位操作有何要求？芯片复位保持25us左右后，芯片才能复位，芯片复位后，一般等待500us 左右才能进行操作SPI。
3、SIG端子有何用？可否不用？SIG信号只在软件校表时有用。
外围干扰可能导致计量芯片内部数据错乱，或者计量芯片受干扰复位，校表数据必须由外部MCU通过SPI口进行更新，以保证计量的准确性。
SIG信号就是用来通知外部MCU的一个握手信号。
当然也可以不用SIG信号，可以检测工作寄存器的相应状态位，详细信息可以参考芯片用户手册4、晶振的选用范围为10-25MHz,默认为24.576MHz,可选用12MHz晶振?与24.576MHz有何区别？由于芯片计量部分采用了数字滤波器结构，所以为了保证测量精度，建议选用24.576MHz。
5、采样周期是多少？多长时间采样一次？采样频率是3.2KHz。
6、计量芯片内部寄存器更新时间？内部有效值、功率、相位、相角、频率等寄存器的更新时间大约是1/3秒。
而能量寄存器则是与能量脉冲同步更新。
电能计量芯片工作原理
电能计量芯片工作原理电能计量芯片是一种被广泛应用于电力系统中的集成电路芯片。
它具有高精度、低功耗、抗干扰能力强等特点，是实现电能计量和电量控制的重要工具。
本文将从电能计量芯片的工作原理方面进行详细介绍。
一、电能计量芯片的组成电能计量芯片主要由AD转换器、时钟、电量计数器、存储器、通信接口等多个模块组成。
其中，AD转换器是电能计量芯片的核心模块，负责将电能信号转换为数字信号。
电量计数器则用于记录电量计数值，存储器用于存储相关参数，通信接口用于与外部系统进行数据交互。
二、电能计量芯片的工作原理电能计量芯片的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 电压采样电能计量芯片首先需要对电网电压进行采样。
采样电压可以直接使用电网电压，也可以使用变压器进行降压处理后采样。
2. 电流采样电能计量芯片接着需要对电网电流进行采样。
采样电流可以通过变压器进行降流处理后采样，也可以通过电阻分压采样等方式进行。
3. 电量计算电能计量芯片根据采样到的电压和电流信号进行计算，得到电能计量值。
电能计量芯片可以根据不同的电能计量标准进行计算，如国际标准、国家标准等。
4. 数据存储电能计量芯片将计算出的电量数据存储于存储器中。
存储器可以是RAM、EEPROM等。
5. 数据传输电能计量芯片可以通过串口、I2C等通信接口与外部系统进行数据传输。
外部系统可以是计算机、微控制器等。
三、电能计量芯片的优点电能计量芯片具有以下优点：1. 高精度：电能计量芯片采用AD转换器进行信号采样，精度高，可靠性好。
2. 低功耗：电能计量芯片功耗低，适合于长时间工作。
3. 抗干扰能力强：电能计量芯片采用数字信号处理，抗干扰能力强。
4. 体积小：电能计量芯片采用集成电路制造技术，体积小，易于集成。
四、电能计量芯片的应用电能计量芯片广泛应用于电力系统中，如智能电表、电子式电能表、电力质量监测仪等。
随着电力系统的发展，电能计量芯片的应用范围将会越来越广泛。
电能计量芯片是电力系统中非常重要的集成电路芯片。
计量芯片工作原理
计量芯片工作原理哎呀，说起计量芯片，这可真是个神奇又复杂的玩意儿！你知道吗？计量芯片就像是我们家里的超级小管家，专门负责精准地计算各种各样的数据。
它就像一个不知疲倦的小会计，时刻都在认真工作。
比如说，在我们的电表里，计量芯片就在默默地发挥着大作用。
它能精确地计算我们用了多少电。
想象一下，你正在家里开着灯、看着电视、玩着电脑，所有这些电器消耗的电量，计量芯片都能清清楚楚地算出来。
这难道不神奇吗？计量芯片是怎么做到这么厉害的呢？其实啊，它里面有好多好多小小的电路和传感器。
这些东西就像它的小眼睛和小耳朵，能敏锐地感受到电流和电压的变化。
就好像我们的眼睛能看到不同的颜色，耳朵能听到不同的声音一样。
当电流通过的时候，计量芯片里的那些小玩意儿就能迅速感知到，然后开始快速地计算。
它计算的速度可快啦，简直就像闪电一样！“嘿，这计量芯片是不是像个超级聪明的小精灵？”再比如说在水表里面，计量芯片也在辛勤工作着。
它能准确地算出我们用了多少水。
不管是你洗手、洗澡，还是洗衣服、浇花用的水，它都能一一记录下来。
你想想看，要是没有计量芯片，那得多混乱呀！我们怎么知道自己用了多少电，用了多少水，该交多少钱呢？“难道你不觉得计量芯片是个特别重要的存在吗？”在工厂里，计量芯片也大有用处。
它能帮助工人们精确地控制各种生产过程中使用的能源和材料。
就好比是一个严格的监督官，一点儿都不马虎。
老师和同学们，你们说，未来的计量芯片会不会变得更加厉害呢？会不会变得像超级英雄一样，拥有更多更强大的功能呢？我觉得呀，随着科技的不断进步，计量芯片一定会越来越厉害，给我们的生活带来更多的便利和惊喜！。
计量电路芯片介绍
主讲人: 胡
2006－1－12 三星科技有限公司
宁
电子式电能表计量芯片原理与常用计量芯片简介
1．电能计量芯片的原理
电能表是电力部门计费的唯一工具，需保证其性能稳定性、 测量准确性和可靠性。目前已有大量的电子式电能表在实际运 行之中。电子式电能表的技术特性主要取决于电能计量集成电 路的特性，所以对电能表计量芯片进行研究，具有十分重要的 经济价值和理论意义。 电能计量芯片的计量原理主要分为模拟乘法器和数字乘法 器两大类: 模拟乘法器原理主要分为时分割乘法器原理和吉尔波特变跨 导乘法器原理两大类。采用时分割原理的电能计量芯片多数采 用电流平衡型时分割乘法器，利用脉冲宽度调制的方法完成运 算；代表性国产产品有上海贝岭电子公司的BL0931和BL0932 [5]。采用吉尔波特变跨导乘法器原理的电能计量芯片利用晶体 管的伏安特性完成运算，可实现两象限或四象限的线性乘法。
图1 ADE7751管脚定义图
图2 ADE7751电能计量电路原理图
ADE7755 在恶劣的环境条件下仍能保持极高的准确度和长期稳 定性。 ADE7755采用低成本 CMOS工艺，为电能测量提了供单芯 片的低成本解决方案。ADE7755的引脚F1和F2以较低频率输出 平均有功功率，F1和F2引脚上的输出脉冲频率能直接驱动单相 步进电机和机电式脉冲计数器，以及与MCU接口；瞬时有功功 率从CF引脚以较高频率输出，用于电能表校验或与MCU连接。 逻辑输出引脚 REVP 能指示反向功率或接线错误。 ADE7755 内 部相位匹配电路能保证电压和电流通道的相位始终是匹配的。 ADE7755内部的无负载阈值保证了ADE7755在无负载时没有潜 动，而电流通道中的PGA(可编程增益放大器)使得电能表可以采 用小阻值的分流电阻。 ADE7755 采用＋ 5V 单电源供电，功耗低 ( 典型值 15mW) ， 具有外部过驱动性能。ADE755内部有一个对电源引脚 AVDD的 监控电路，在AVDD上升到＋4V±5％之前，ADE7755一直保持 在复位状态。同样，如果AVDD降到＋4V±5％以下，ADE7755 也被复位，此时F1、F2和CF没有输出。
计量芯片的编程原理及应用
计量芯片的编程原理及应用1. 什么是计量芯片计量芯片是一种集成电路芯片，其主要功能是测量、控制和传输物理量，例如温度、压力、电流等。
计量芯片通过内部的编程逻辑实现不同物理量的测量和控制，广泛应用于各个领域，包括工业自动化、医疗设备、汽车电子等。
2. 计量芯片编程原理计量芯片的编程原理主要包括以下几个方面：2.1 芯片架构计量芯片通常采用微控制器或数字信号处理器作为处理器核心，具有内部存储器、计时器、通信接口等功能模块。
芯片架构的选择取决于具体的应用需求，不同的架构具有不同的性能和功耗特性。
2.2 编程语言计量芯片的编程语言可以是低级语言如汇编语言，也可以是高级语言如C、C++等。
低级语言编程可以直接操作芯片的寄存器和内存，对硬件控制更为灵活。
高级语言编程可以提高开发效率和代码可读性。
2.3 寄存器操作计量芯片的寄存器是存储数据和配置芯片功能的重要载体。
编程时需要通过读写寄存器来实现对芯片功能的控制。
寄存器操作包括读取寄存器的值、写入数据到寄存器、对寄存器进行位操作等。
2.4 时钟和定时器计量芯片通常需要定时测量和控制物理量，因此集成了时钟和定时器模块。
编程中需要配置和使用定时器，设置定时中断，实现定时任务的执行。
2.5 通信接口计量芯片通常需要与其他设备进行数据交互，因此需要具备通信接口模块，例如串口、SPI、I2C等。
编程中需要配置和使用通信接口，实现与外部设备的数据传输。
3. 计量芯片的应用计量芯片广泛应用于各个领域，以下列举几个典型应用案例：3.1 工业自动化计量芯片在工业自动化领域中用于测量和控制各种物理量，例如温度、压力、液位等。
通过编程控制，实现工业设备的自动化运行和监控。
3.2 医疗设备计量芯片在医疗设备中用于测量和控制患者的生理参数，例如心率、血压、体温等。
通过编程控制，实现医疗设备的准确测量和安全控制。
3.3 汽车电子计量芯片在汽车电子中用于测量和控制车辆的各种物理量，例如车速、油量、轮胎压力等。
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Q&A
Thanks!
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• 潜动&启动的本质
– 潜动和启动其实是对芯片的线性度的要求 – 目前很多电力局提出“潜动电流”，对线性度
要求更高
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误差的跳动
• CF的输出从理论上存在跳动
– 主要是U*I*cos(2wt)的干扰 – 滤波器对其衰减越大，则跳动越小 – 时间累计的越长,则跳动越小（输入信号越大，则CF频
电压有效值流程
电压 from ADC
HPF
X^2
LPF
SQRT
去除直流偏置 U(t)^2
得到URMS^2
得到URMS
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有效值补偿
• 有效值精度<功率精度，为什么？
– 常规思路，电压、电流有0.1%的err，会导致功率0.2% 的err
– 电流互感器不能保证整个动态范围角差完全一 致，电流饱和/或者电流特别小时都有很大的影 响
• 负载大范围变化对分段的冲击
– 上行点和下行点分开，减小分段点误差的跳动
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功率精度补偿（II）
• OFFSET的影响
– 与算法相关；功率为电压、电流相乘，有效值为自乘， 相关性上后者要大（即同频的信号相乘），噪声也会 大
• OFFSET能否直接减去？
– 直流成分本身已通过高通滤掉 – 从算法上看，需要在开方之前减去 – 其贡献成分可以看作是 Um^2+…+Un^2
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变化为0.7%；相当于每度变化0.006% – 国标要求为每度0.03%（0.5s）
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潜动&启动
• 国标的规定是以电流为判据的 • 大部分芯片均采用功率为判据
– 小信号时功率的精度比有效值精度好 – 接近90度时会造成误判（三相三线 0.5L） – 部分芯片会采用功率+电流双判据
率越快，跳动会越大） – 采样率fs越大，则跳动会越小，因为其分辨率会越好
• 矛盾：CF的及时响应vs跳动
– 滤波器对2wt频率成分衰减越大，跳动会越小；但阶跃 响应的上升时间会越慢（滤波器阶数相同的情况）
– 部分芯片采用先累计一段时间电能的方式，相当于一 个很大的平均值滤波器，跳动会更小；但在断电时可 能造成误差。（大电流时，电流关闭后，CF还会继续 发）
– 谐波对计量的要求 – 频率、电压对计量的影响 – 温度对计量的影响
• 误差为什么会跳动？
– 算法对误差（CF）跳动的影响
• 电表一点校正后，精度还能提升吗？
– 校正 – 功率、有效值补偿 – 温度补偿
• 有效值精度为什么不如电能精度？
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频率&电压影响量
• 频率影响量（频率变化45～65Hz）
– 从算法的推导上看，频率对精度应该无任何影响 – 但数字部分不对称，有滤波器做时序补偿时，则可能
会影响精度（滤波器不同频率的相位会略有差异）
• 电压影响量（电压变化70%～130%）
– 从算法的推导上看，无任何影响 – 需要保证芯片的VCC/AVCC不受影响 – 需要保证130%不能超过芯片规定的量程
U^2 U ^2*cos(2wt)
u(t) U 0 2 *U1* cos(wt) 2 *U 2 * cos(2wt) ... u(t)^2 U0^2 U1^2 U2^2 ...
( AC ...)
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温度补偿
• 温度影响量主要影响增益
– 外围和VREF随温度的变化，可以认为在不同的温度时， 乘上了不同的增益
• 利用温度传感器改善温度影响量
– 芯片自带的温度传感器精度不会太高 – 需要整表的温度系数一致性好（温度系数可以很大；
一致性不好时，则需要针对不同的样表做多点校正， 工作量太大）
• 选用更好的元器件
HiTrend Technologies Proprietary and Confident位数
– ADC的有效位数（或者SINAD）是整个芯片计 量的源头
– 目前集成芯片基本采用sigma-delta ADC
• 模拟部分+数字信号处理，容易做到16bit以上的 ADC （google: sigma delta)
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算法推导（III）：有效值
URMS U0^2 U1^2 U2^2 ...Um^2 ... Un^2
推导：
u(t) 2 *U * cos(wt) u(t)^2 2*U *cos(wt) *U *cos(wt)
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温度影响量
• 温度影响量是芯片及外围的温度系数共同作用的 结果
– 两者的影响相同，则影响量很大；反之，则影响很小
• 芯片的温度系数主要影响VREF，进而使ADC采 到的数据发生改变
– 1mv的变化对精度的影响为0.08%（2.5v VREF) – 30ppm时，-40~80摄氏度VREF变化9mV，影响误差的
fs>3kHz
• 国标对谐波性能的要求 5次谐波相对于基波的含 量： 电压10%U1，电流40%I1
– P=U1*I1+U5*I5=1.04P1; – 影响量<0.1%时，U5*I5*ERR/(1.04P1)<0.1%，U5*I5
的精度<2.5%即可满足
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• 对外围要求低，简单的一阶RC滤波即可达到抗混叠 效果
• 计量算法的截位
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带宽&谐波影响量
• 采样频率（fs）越快，则带宽越宽
– 带宽一般定义为fs/2，只要Fin<fs/2，理论上可以测量； – 假设考虑30次谐波，则带宽需要30*50=1.5kHz，
– OFFSET总是存在的，只要同频的信号相乘，即可产生 DC成分，进而影响到P
– 高通滤波器不能全部滤除功率的OFFSET
• OFFSET的来源
– CROSSTALK:电压通道对电流通道的影响， – 50Hz的工频干扰或其他噪声
• OFFSET可以被校正
– 一般而言，同一块表做好后，OFFSET是一个固定量， 不会随电流的反向而改变，因而可以从功率上直接减 去。
功率算法流程
电流
ADC
LPF
电压
ADC
LPF
HPF
乘法器
LPF
HPF
采样
去除高频噪声 去除直流偏置 得到瞬时功率 得到平均功率
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算法推导（II）：全波功率
P P0 P1 P2 ...
U0 * I0 U1* I1*cos(1) U2 * I2 *cos(2) ...
计量芯片原理 --兼谈国标对芯片的要求
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试图解释：
• 计量原理正确吗？
– 能量、功率、有效值的算法正确性
• 国标影响量怎样满足？
• 如果传感器线性好，板级噪声低，则0.5级、1级 电表只需在100%Ib 阻性和0.5L校好即可
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功率精度补偿（I）
• 分段补偿：增益分段&相位分段
– 在大量程电表上，如果传感器或其他外围的线 性不够好时，则可以使用分段的增益补偿
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校正
• 芯片与外围一起构成测量系统；由于外围和芯片 的初始精度无法保证，因而需要校正
• 阻性校正，校正增益
– 电阻的误差，VREF的不一致会导致增益误差
• 0.5L校正，校正相位
– 虽然芯片内部保证电压、电流的相位，但外围不可能 完全一致，特别是互感器、电容等的影响
推导： u(t) U 0 2 *U1* cos(wt) 2 *U 2 * cos(2wt) ... i(t) I 0 2 * I1* cos(wt 1) 2 * I 2 * cos(2wt 2) ...
p(t) u(t) *i(t) U 0* I 0 2*U1* I1*cos(wt) *cos(wt 1) 2*U 2* I 2*cos(2wt) *cos(2wt 2) ... (AC ...) U0 * I0 U1* I1*cos(1) U2 * I2*cos(2) ... U1* I1*cos(2wt 1) U 2* I 2*cos(4wt 2) .. (AC ...) P0 P1 P2 ... (AC ...)