基于90E32芯片的高精度計量電路的設計與應用

查戀池+彭梅

摘 要 本文主要談論三相電子式電能表，而隨著工業化、電子化、智能化的發展，電能表作為用電戶與電力部門之間的計量器具，其計量的準確性要求也越來越高。結合實際需求，本文將從計量基本原理和計量電路設計兩方面講述高精度計量芯片90E32在三相電子式電能表的應用，其中包括分壓電阻網絡、抗混疊濾波器、電流互感器采樣電路等。

【關鍵詞】電子式電能表 高精度計量 分壓電阻網絡 抗混疊濾波器 電流互感器

隨著社會發展，工業、農業、商業以及居民生活的用電需求迅速增長，電能的交易日益頻繁，因而電能表作為用電戶與電力部門之間的計量器具，其計量的準確性要求也越來越高。同時，微電子技術和電子工業化的高速發展，模擬-數字轉換技術和高集成度電路的逐步完善，對電能計量精度提出了新的要求，但技術的發展始終離不開其核心基本原理，本文將結合實際運用，重點講述高精度計量電路在三相電子式電能表上的設計。

1 電子式電能表的基本原理

電子式電能表是以高集成度的電能計量芯片為核心器件的一種電能計量儀表。相比傳統的感應式電能表，由于沒有轉盤、磁鐵等機構，電子式電能表具有集成化和智能化程度高、準確度高、體積小、重量輕、功耗低等優點。電子式電能表計量電路原理框圖如圖1所示。

如上圖中電能表中通過電壓電流取樣電路后，得到較小的模擬電信號，經過∑-Δ模數轉換器得到對應的數字信號，便于計量芯片進行運算，乘法器為電能計量的核心器件，將電壓和電流信號進行乘法運算，獲得瞬時功率，再通過低通濾波器得到平均功率，平均功率通過P-f功率/頻率轉換器，獲得與平均功率成正比的脈沖信號。

其中電壓電流采樣電路可采用電阻網絡取樣和互感器取樣兩種方式，電阻網絡取樣電路，由于不具有電氣隔離特點，一般僅使用在單相表上，三相表前端多為互感器取樣電路。互感器取樣電路，T1為電壓互感器，T2為電流互感器，如圖2所示。

2 高精度計量電路的設計與實現

2.1 實現方式

本文敘述的電子式電能表采用高集成度計量芯片90E32AS，集ADC轉換器、乘法器、低通濾波器、P-f轉換器于一體，相較于高精度ADC+ 軟件DSP處理方式來說，集成芯片極大地簡化了軟件設計和電路設計，提高了電表運行的可靠性和穩定性。

2.2 設計舉例

2.2.1 設計要求

電壓規格：3*220/380V

電壓波動范圍為：+20%

額定電流：5A

最大電流：60A

準確度等級：1級

起動電流：≤0.004Ib

2.2.2 計算過程

（1）抗混疊濾波器設計。不管怎樣的ADC采樣系統，均會引人混疊信號，為消除混疊信號的影響，最簡單的方法是串入一級RC低通濾波器，對于傳統的互感器方式，推薦此RC低通濾波器截止頻率設計為5KHz。電壓和電流采樣回路均需在計量芯片AD采樣輸入端設計抗混疊濾波器。假定R=1kΩ，則C=f/2πR≈33nF。

（2）計算電壓信號取樣范圍。90E32 ADC差分輸入電壓范圍：120μVrms～720mVrms；考慮電壓+20%調整范圍和過電壓120%，則電壓信號取樣范圍為：

3 結論

本文介紹了基于高精度計量芯片90E32計量電路的設計，電路結構簡單，運用計量芯片自帶DSP模塊，可簡化軟件設計，亦能滿足高精度計量需求。同時在實際應用中，會經過復雜的校表過程，而達到國網標準計量誤差要求，目前的校表方式主要為脈沖校表法，后面出現的功率校表法，由于其大大縮減其校表時間，已逐步替代脈沖校表法。電能表作為一種計量器具，還應不停探索高精度計量方式。

參考文獻

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作者單位

武漢盛帆電子股份有限公司 湖北省武漢市 430020