导轨表产品开发之物联网计量选型

为应对气候变化，我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”等庄严的目标承诺，而 “十四五”规划也将“做好碳达峰、碳中和”，加快推动绿色低碳发展列入其中。为此在10月10日，中共中央、国务院印发《国家标准化发展纲要》，将会同有关方面加快制修订覆盖能效、能耗限额、能源基础和管理等方面的节能低碳标准，做好节能降碳工作、助力实现碳达峰碳中和。

导轨式安装电表采用模数化设计，具有体积小，易安装，易组网等优点，易于实现终端电能计量，因此导轨式电表在“碳达峰、碳中和” 能耗监控系统的建设中起着至关重要的作用。导轨式电表的优势显而易见，但针对导轨式电表的设计，尤其是三相导轨电表的设计，却总使各大表厂有着丰富设计经验的工程师犯难。其中，最大的难点在于导轨式三相表的功能与普通三相表相比功能和性能并不降低，但整体尺寸却比普通电表小的多。如图1国家电网三相导轨式电表和图2普通电表的对比，就可以看出导轨式三相表要比普通三相表外形尺寸小的多。

图1 国家电网三相导轨式电表外形尺寸

图2 国家电网普通电表外形尺寸

外形尺寸的压缩，带来的必然是紧凑的设计;紧凑的设计，就必须要求每一个元件都为其量身打造，尽减冗余。上海贝岭股份有限公司，作为计量芯片的专业提供商，本着以专业打造精品的理念，针对三相导轨式电表，创新地提出了全功能、小尺寸的三相计量芯片BL6552，通过下图可以看出，BL6552采用QFN 7×7封装与其它厂家三相计量芯片LQFP 12×12相比，实际布板面积仅为其它厂家芯片布板面积的1/4，更为适合空间狭小的导轨电表使用。

图3 BL6552和其它厂家三相计量芯片尺寸对比

BL6552虽然尺寸被压缩，但其功能却并未“缩水”，其系统框图如图4所示。其内部集成了七路高精度Σ-Δ ADC、参考电压电路、温度传感器等模拟电路模块，以及处理功率、有效值、能量、温度等电参数的数字信号处理电路。可用于测量三相分相及合相的总(基波和谐波)有功功率及能量、无功功率及能量、视在功率及能量;以及基波有功功率及能量、无功功率及能量;以及各相电流、电压有效值、功率因子等参数;具有电流失流监测、电流电压峰值检测、过零检测等电能质量管理;能够给出实时波形。

此外，BL6552集成SPI和UART接口，方便与外部MCU之间进行计量参数以及校表参数的传递。BL6552内部采用数据流计算方式处理各种信号，在外部干扰情况下，有很好的可靠性，内部电源电压监测电路可以保证加电和断电过程中正常工作。

图4 BL6552的系统框图

BL6552还具备如下特点：

•高精度， 8000：1的输入动态范围内有功电能测量功率非线性误差小于<0.1%

•高稳定性，8000：1的输入动态范围内无功电能测量非线性误差输出脉冲信号跳动<0.020.1%@Ib

•提供零线电流输入采样测量

•给出提供分相以及总(基波和谐波)有功、无功、视在功率(24bit，支持两种计算方式);以及基波有功、无功功率(24bit)

•给出提供分相电压、电流有效值(24bit)，检测范围3000：1内相对误差小于0.1%

•给出提供分相电压、电流以及零线电流的波形采样数据(24bit)

•给出提供总(基波和谐波)有功、无功、视在能量(24bit)

•给出提供总(基波和谐波)有功、无功线周期能量

•给出提供总(基波和谐波)正向有功能量和负向有功能量

•给出提供合相以及四象限无功能量

•提供给出每周波300点实时波形

•提供分相、合相给出功率因子

•具有快速有效值输出

•提供给出电压电流相角测量

•具有有功电能和无功电能的快速脉冲输出

•具有电压失压和断相检测功能

•具有电流失流检测功能

•具有电流电压峰值检测、过零检测功能

•具有电压线频率检测功能

•可编程防潜动阀值设置

•可编程调整脉冲输出的频率

•可编程有功、无功、视在功率误差及增益调整

•可编程输入有功相位补偿

•可按照需要给出中断请求信号，方便与外部MCU的控制

•单电源3.3V

•QFN36封装

结论：贝岭BL6552三相计量，因封装小巧，计量精确，功能完备，尤其适合在导轨电表中的使用。