基于CSE7759的计量插座设计

基于CSE7780的单相智能电表设计CSE7780 是深圳市芯海科技有限公司继2007 年推出高精度单相有功功率计量芯片CSE7755B 实现低成本电表方案，以及2009 年推出填补国内数模混合三相电能计量芯片空缺的三相电能计量芯片CSE7752 后，又成功推出的能够测量电压有效值、电流有效值、平均有功功率等各种电气参数，且具有防窃电功能的单相多功能计量芯片。

基于该芯片的电表方案完全符合国网新标准，从而使得芯海科技成为目前符合国网新标准的少数几个芯片供应商之一。

基于CSE7780 设计的智能电能表旨在使设计方案更加合理，使之成为性价比更具优势的产品。

本文对计量芯片CSE7780 的性能特点和结构电路进行了分析，并从软、硬件两个方面给出符合国网智能电能表要求的设计方法。

符合国网新标准电能计量方案CSE7780 是一款高精度单相电能计量芯片，在动态范围(1500:1)内，非线性误差小于0.1%，提供两路电流有效值、一路电压有效值，在动态400:1 的范围内，有效值误差小于0.5%。

该芯片能够提供有功功率、有功能量、电流有效值、电压有效值、线频率、过零中断等功能，以及提供全数字增益、相位、失调校准，有功能量脉冲从PF 管脚输出。

CSE7780 通过一个SPI 串行接口可以与外部的MCU 进行通信；具有潜动阈值可调功能；内部具有电源监控电路，可以保障芯片的正常工作。

CSE7780 使用5V 单工作电源，内置2.5V 电压参考源，也可以使用外置的2.5V 参考源。

CSE7780 的内部功能结构框图如图1 所示。

在芯片工作时，将采样到的电流、电压信号先经过增益放大器，将采样信号放大，然后再通过高精度的Sigma-Delta、模数转换器(ADC)将模拟信号转换为数字信号，得到的数字信号通过低通滤波器、高通滤波器滤去高频噪声与直流增益，从而得到需要的电流、电压采样量化的数据。

将这些数据相乘，经过低通滤波器输出平均有功功率；电流、电压量化后的数。

基于ZigBee通信技术的电能计量插座设计
侯金华
【期刊名称】《现代建筑电气》
【年(卷),期】2017(8)7
【摘要】基于ZigBee通信技术,介绍了一种具有电能计量和智能控制功能的电能计量插座设计,并从硬件电路和嵌入式软件方面进行分析.测试结果表明,基于ZigBee通信技术的电能计量插座接入ZigBee网络后,可对区域内的用电设备进行远程监控,且各项指标符合设计要求,证实了设计方案的正确性.
【总页数】4页(P15-18)
【作者】侯金华
【作者单位】上海镐喆电子科技有限公司,上海201802
【正文语种】中文
【中图分类】TU855
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CSE7759B 1/19版本历史2/19目录版本历史 (2)1芯片功能说明 (4)1.1芯片主要特性功能 (4)1.2芯片引脚说明 (4)2电气特性 (6)2.1极限值 (6)2.2推荐工作条件 (6)2.3模拟特性 (6)2.4数字特性 (7)2.5开关特性 (8)3芯片应用 (9)3.1CSE7759B典型应用 (9)3.2有功功率F CF信号频率 (10)3.3测量范围 (10)3.4串口协议 (10)3.5校准方式 (14)3.5.1校准地址选择 (14)3.5.2芯片出厂校准参数及电流、电压、功率计算公式 (15)3.6电量计算 (15)3.6.1CF的频率 (15)3.6.2当前电量计算范例 (16)3.7电压、电流、有功功率运算参考流程图 (16)3.7.1电压运算参考流程图 (17)3.7.2电流运算参考流程图 (17)3.7.3有功功率运算参考流程图 (18)3.8芯片的启动阈值与潜动预防 (18)3.9内置振荡器 (18)3.10内置基准源 (18)4C SE7759B封装 (19)3/194/191 芯片功能说明CSE7759B 为单相多功能计量芯片，其提供高频脉冲CF 用于电能计量，通过UART 可以直接读取电流、电压和功率的相关参数（如：系数、周期）；串口波特率为4800 bps （±2%），8位数据，1位偶校验，1停止位。

本芯片采用SOP8封装。

1.1 芯片主要特性功能1. 电量累计误差为±2%。

2. 电流有效值、电压有效值、功率误差范围详见2.3小节。

3. 串口UART 通讯协议波特率为4800bps 。

4. 内置电源监控电路，当电源电压低到4V 时，芯片进入复位状态。

5. 内置2.43V 的电压参考源。

6. 5V 单电源供电，工作电流小于5mA 。

7. 主要应用领域：需要测量电压、电流和功率的场合，例如单相多功能电能表、计量插座、数显表等。

1.2 芯片引脚说明CSE7759B 使用SOP8封装。

基于电能计量芯片HLW8012计量插座方案【摘要】计量插座是一种插座转换装置，可以显示电量、功率、电压、电流、时钟等参数，是针对于家庭电器节能要求而设计。

本文主要讲述计量插座的主要功能、硬件原理图等。

该计量插座可以对单相交流用电的电器进行电量、功率、电压及电流等参数的测量。

此方案采用HLW7031作为控制MCU，以专用电能计量芯片HLW8012为电量采集器件，HT1621为LCD驱动芯片，DS1302作为时钟记录芯片。

【关键词】计量插座，电能计量，功率计量，节能插座，智能插座，HLW8012，智能家电【正文】一、计量插座原理计量插座需要测量功率、电量、电流和电压等参数，同时计量插座产品内部空间小，本次设计使用电能计量芯片HLW8012作为各个电参数的测量器件。

因为HLW8012可以测量功率、电量、电流和电压值，内置晶振、参考源，SOP8封装，外围电路简单，在满足性能要求的同时，可以做到体积更小。

●HLW8012主要特性（1）高频脉冲CF，指示有功功率，在1000:1范围内达到±0.3%的精度（2）高频脉冲CF1，指示电流或电压有效值，使用SEL选择，在500:1范围内达到±0.5%的精度（3）内置晶振、2.43V电压参考源及电源监控电路（4）5V单电源供电，工作电流小于3mA●HLW8012输入输出VIPSELCFCF1输出电流/电压值/电压值图1 HLW8012芯片引脚图（1）V1P，V1N输入电流采样信号：峰峰值V P-P：±43.75mV，最大有效值：±30.9mV。

（2）V2P输入电压采样信号：峰峰值V P-P：±700mV，最大有效值：±495mV。

（3）高频脉冲CF（PIN6）：指示功率，计算电能；输出占空比为1:1的方波。

（4）高频脉冲CF1（PIN7）：指示电流或电压有效值，SEL选择；输出占空比为1:1的方波。

计量插座实际上是一个插座转接设置，电器通过计量插座之后再连接到电网。

基于电能计量芯片CSE7759的计量插座设计
智能家居、物联网的概念逐渐深入人心，越来越多的用户希望自己能
用电用得清楚、用得安全。

可测量电器能耗等参数的节能环保智能插座，正成
为家庭的新宠。

本文介绍一种基于芯海科技有限公司CSE7759 电能计量芯片的计量插座设计方案，该方案能够测量用电设备电压、电流、功率、电量等用电
参数，并配备LCD 显示，通过按键可切换LCD 显示的用电参数。

该方案同时具备功率超额自动切断电源的功能。

一、系统设计
计量插座硬件电路主要包括：电能计量、MCU 控制、液晶驱动、继电
器控制、电源稳压电路，如下图所示。

二、详细设计
2.1、电能计量电路
电压采样采集的是零线上的信号，CSE7759 电压采样输入引脚最大输入信号为±700mV，通过1M 和1K 电阻网络分压输入信号约为220mV，符合输入要求。

电流采样通过采集火线上的电流完成，电流通过锰铜电阻转换为电压信号，CSE7759 电流输入引脚最大输入差分信号为±43.75mV，理论上采样信号越大测量精度越高但锰铜采用电阻选取得太大又会造成功耗过大，具体选值可参
考下表。

2.2、脉冲计数。

芯海科技新一代的双通道电能计量芯片CSE7761及
必要的阻容器件
 本文看点：智能音箱、智能插座2017出货量及2018预测数据支持两通道计量、小体积智能计量模组原理图过载保护可恢复，及其工作原理
 语音技术的快速发展，将智能音箱推送至人工智能最佳入口的高地，据Canalys数据显示，2017年智能音箱出货量突破了3000万台，2018年全球出货量有望达到5630万台。

而随着智能音箱保有量的快速增长，有效带动了智能插座产品的销量，使其迅速抢占了家居智能化的初级入口。

据悉，2017年智能插座出货量超过1000万只，2018年预计将达3000万只。

其中，在各式智能插座产品中，价格低廉、体积小巧的单孔智能插座是当前市场上最为畅销的产品：通过一个小小的智能插座，用户可以对家电实现一些简单的智能控制，如基于智能音箱的语音控制、APP远程控制、定时开关等。

 然而，普通的单孔智能插座功能单一，仅仅能实现设备开关，无法满足用户更多需求，通过增加一颗电能计量芯片，实现电量统计、智能监测等功能成为新潮流。

 图：智能计量插座电路原理图。

CSE7758用户手册V1.0深圳市芯海科技有限公司2007年5月10日目录图形 (3)表格 (3)1主要特点 (4)2功能概述 (4)3原理框图 (5)4管脚定义及功能描述 (5)4.1 管脚排列 (5)4.2 管脚定义及功能描述 (5)5性能指标与实测结果 (6)5.1 CSE7758性能指标 (6)5.2 CSE7758实际测试结果 (7)5.2.1测量准确度 (7)5.2.2参考电压温度特性 (9)6芯片工作原理 (9)6.1 信号流 (9)6.2 功率因子影响 (10)6.3 非正弦电压电流输入 (10)7模拟输入 (11)7.1 电流通道 (11)7.1.1电压输入范围 (11)7.1.2电流传感信号接入方法 (11)7.2 电压通道 (12)7.2.1信号输入范围 (12)7.2.2信号接入方法 (12)8电源电压的检测 (13)9高通滤波与失调电压影响 (13)10功率到频率转换 (14)11输出频率与输入信号的关系 (15)11.1 F1、F2输出频率与输入信号的关系 (15)12电表应用时的参数设置 (16)12.1 锰铜采样电阻的选择 (16)12.2 输出频率与量程的关系 (16)12.3 F1，F2最大输出频率 (17)13F1，F2，CF输出时序 (17)14启动阈值电流 (19)15极限工作条件 (19)16CSE7758封装 (19)17附录1：电表设计时的参数设置 (20)17.1 第1步：首先计算电流通道最大输入电压V1Pp (20)17.2 第2步：计算最大输出频率 (21)17.3 第3步：计算电压通道的输入电压 (21)图形图1.C SE7758功能框图 (5)图2.C SE7758管脚图（顶视图） (5)图3.C SE7758精度测试电路 (7)图4.C SE7758测量精度（PGA＝16） (7)图5.C SE7758变频测试结果1（G＝16，PF＝1） (8)图6.C SE7758变频测试结果2（G＝16，PF＝0.8C） (8)图7.C SE7758变频测试结果3（G＝16，PF＝0.5L） (8)图8.C SE7758基准电压随温度变化图 (9)图9.C SE7758信号流图 (9)图10.电流通道接入方法一（电阻采样） (12)图11.电流通道接入方法二（电流互感CT） (12)图12.电压通道接入方法一（电阻分压） (13)图13.电压通道接入方法二（变压器感应）.......................................错误！未定义书签。

带数字积分器的电能计量数据转换器ADE7759
模拟器件公司(ADI)的ADE7759是用于高精度全电子式电能表的电能计量数据转换器,可以满足及时、精密地数字化抄表的需求。

ADE7759为了能够与di/dt（电流增量与时间增量之比）传感器（例如Rogowski线圈）直接连接,在其电流通道增加了一个数字积分器。

这种Rogowski线圈传感器具备电流互感器（CT）的全部优点,包括电气隔离、测量大电流能力和低功耗。

另外,di/dt传感器消除了直流饱和问题,并且其价格可与分流电阻器相竞争。

因为ADE7759的内部带有数字积分器,所以不需要外部接一个模拟积分器,从而保证了长期稳定性和电流通道与电压通道之间的精密相位匹配。

ADE7759与ADE7756的引脚完全兼容,便于对采用ADE7756设计的现有电能表进行升级。

ADE7759的工作温度范围为－40～+85℃,仅需+5V单电源供电,其功耗典型值仅为15mW。

像ADE775×系列其它产品一样,ADE7759能够提供精确的电能计量,在1000:1电流动态范围内,其精度为0.1%。

ADE7759和ADE7756都能提供用于电源监测的电压跌落（SAG）检测,用于周期之间快速校准的过零检测和用于提供与电源质量有关信息的波形采样数据。

ADE7759通过一个串行口具有双向通信的特点,可以灵活地支持不同结构的电能表进行通道失调校正、相位校准和功率校准。