1/9 September 2004 s INTEGRATED LINEAR VREGS TO SUPPLY THE DIGITAL AND ANALOG CORES s ADVANCED BICMOS TECHNOLOGY FOR HIGH PERFORMANCE s OTP FOR CALIBRATION AND CONFIGURATION s INTEGRATED OSCILLATOR WITH EXTERNAL RESISTOR OR CRYSTAL s MONITOR BOTH LIVE AND NEUTRAL FOR TAMPER DETECTION s SIGMA DELTA 1st ORDER CONVERTER s POWER SUPPLY CURRENT LESS THAN 6mA s SUPPORT 50 ÷ 60 Hz – IEC 62052-11, IEC 62053-2X SPECIFICATION FOR CLASS 0.5 AC WATT METERS s PRECISION VOLTAGE REFERENCE ON CHIP: 1.25 V AND 30 ppm/°C MAX s TSSOP20 PACKAGE DESCRIPTION The STPM01 is designed for effective measurement of active energy in a power line system using the Rogowski and/or Shunt principle. This device can be implemented as a single chip 1-phase energy meter or as a peripheral measurement in a microprocessor based 1-phase or 3-phase energy meter. The STPM01 consists, essentially, of two parts:the analog part and the digital part. The former, is composed by preamplifier and 1st order ΣD AD converter blocks, Bandgap voltage reference,Lowdrop voltage regulator and a pair of DC buffer,the latter, is composed by system control, clock generator, hard wired DSP and SPI interface.There is also a OTP block, which is controlled through the SPI by means of a dedicated command set. The configured bits are used for testing, configuration and calibration purpose.From a pair of ΣD output signals coming from analog section, a DSP unit computes the amount of consummated active, reactive and apparent energy, RMS values of voltage and current value.The results of computation are available as pulse frequency and states on the digital outputs of the device or as data bits in a data stream, which can be read from the device by means of SPI interface. This system bus interface is used also during production testing of the device and/or for temporary or permanent programming of bits of internal OTP. In the STPM01 the calibration is very easy: an output signal with pulse frequency proportional to energy is generated, this signal is used to enable the calibration of the energy meter. When the device is fully configured and calibrated,a dedicated bit of OTP block, can be written permanently in order to prevent accidental entering into some test mode or changing any configuration. Table 1: Order Codes Type Temperature Range Package Comments STPM01 -40 to 85 °C TSSOP20 (Tape & Reel) 2500 parts per reel STPM01 PROGRAMMABLE SINGLE PHASE ENERGY METERING IC WITH TAMPER DETECTION This is preliminary information on a new product now in development or undergoing evaluation. Details are subject to change without notice. PRELIMINARY DATA Rev. 1
真有效值AC/DC转换器AD736及其在RMS仪表电路中的应用 1 概述 在科学实际和生产实践中，会遇到大量的非正弦波。传统测量仪表采用的是平均值转换法来对其进行测量，但这种方法存在着较大的理论误差。为了实现对交流信号电压有效值的精密测量，并使之不受被测波形的限制，可以采用真有效值转换技术，即不通过平均折算而是直接将交流信号的有效值按比例转换为直流信号。为了适应现代电子测量的需要，目前测量交流电压真有效值（RMS）的万用表得到了迅速的发展。交流电压的真有效值是通过电路对输入交流电压进行“平方→求平均值→开平方”的运算而得到的。真有效值仪表的最大优点是能够精确测量各种电压波形的有效值，而不必考虑被测波形的参数以及失真。随着集成电路的迅速发展，近年来出现了各种真有效值 AC/DC转换器。美国AD公司的AD736是其中非常典型的一种。 AD736是经过激光修正的单片精密真有效值AC/DC转换器。其主要特点是准确度高、灵敏性好（满量程为200mVRMS）、测量速率快、频率特性好（工作频率范围可达0～460kHz）、输入阻抗高、输出阻抗低、电源范围宽且功耗低最大的电源工作电流为200μA.用它来测量正弦波电压的综合误差不超过±3%. 2 工作原理及管脚功能 AD736 的内部框图。它主要由输入放大器、全波整流器、有效值单元（又称有效值芯子RMS CORE）、偏置电路、输出放大器等组成。芯片的2脚为被测信号VIN输入端，工作时，被测信号电压加到输入放大器的同相输入端，而输出电压经全波整流后送到RMS单元并将其转换成代表真有效值的直流电压，然后再通过输出放大器的Vo端输出。偏置电路的作用是为芯片内部各单元电路提供合适的偏置电压。 AD736采用双列直插式8脚封装，其管脚排列。各管脚的功能如下： +Vs：正电源端，电压范围为2.8～16.5V； -Vs：负电源端，电压范围为-3.2～-16.5V； Cc：低阻抗输入端，用于外接低阻抗的输入电压（≤200mV），通常被测电压需经耦合电容Cc与此端相连，通常Cc的取值范围为10～20μF.当此端作为输入端时，第2脚VIN 应接到COM； VIN：高阻抗输入端，适合于接高阻抗输入电压，一般以分压器作为输入级，分压器的总输入电阻可选10MΩ，以减少对被测电压的分流。该端有两种工作方式可选择：第一种为输出AC+DC方式。该方式将1脚（Cc）与8脚（COM）短接，其输出电压为效流真有效值与直流分量之和；第二种方式为AC方式。该方式是将1脚经隔直电容Cc接至8脚，这种方式的输出电压为真有效值，它不包含直流分量。 COM：公共端； Vo：输出端； CF：输出端滤波电容，一般取10μF； CAV：平均电容。它是AD736的关键外围元件，用于进行平均值运算。其大小将直接响应到有效值的测量精度，尤其在低频时更为重要。多数情况下可选33μF. 3 典型应用电路 AD736 有多种应用电路形式。图3为双电源供电时的典型应用电路，该电路中的+Vs与COM、-Vs与COM之间均应并联一只0.1μF的电容以便滤掉该电路中的高频干扰。Cc起隔直作用。若按图中虚线方向将1脚与8脚短接而使Cc失效，则所选择的就是AC+DC方式；去
单相电能计量芯片MCP3906及其应用 引言电能表作为电能计量的专用仪表，在电能管理仪器仪表中占有很大比例，其性能直接影响着电能管理的效率和科技水平。从产品的功能、性能及经济效益等多方面来看，全电子电能表与传统的感应式电能表相比，存在着明显的优势。而且电能表作为计量管理和用电管理的终端，它所提供的各种功能是实现电力系统自动化管理必不可少的。传统的测量都是采用A／D转换电路，但这种方法使部分电参量测量精度欠佳，性价比不理想，且软件编程相对复杂，微控制器必须对采样电路进行数据处理(如电压、电流的平均值、有效值，有功、无功计算等)。而随着现代电子产业的高速发展，测量电路的集成化、模块化成为未来发展的趋势，各大器件公司也纷纷推出自己的电能计量芯片。这种集成芯片不仅精确度高，而且硬件、软件设计简单，价格便宜，性价比高，极具市场潜力。本文给出了基于Microchip公司的MCP3906单相电能计量芯片，并以AVR公司的ATMega16为MCU设计开发的一款新型单相电能表实现方案。与以往电能表相比，该方案具有设计接口简单、结构紧凑、可靠性高等特点。 1 MCP3906单相电能计量芯片 MCP3906是Microch ip公司推出的单相电能计量芯片，它支持国际电能计量标准技术规范IEC62053，可提供与平均有功功率成比例的频率输出，以及与瞬时功率成比例的高频输出用于电表校准。MCP3906内部包含两个16位△-∑ADC，可用于各种IB和IMAX电流和小分流器(<200μΩ )的电表设计。该芯片还包含一个超低温漂(<15ppm／℃)参考电压，通过特殊设计的带隙温度曲线，可在整个工业级温度范围内使温度梯度达到最小。固定功能的片上DSP模块可用于计算有功功率，此外，片上还有驱动机械计数器的高输出驱动器，可以减少现场故障和机械计数器咬合。芯片的空载门限模块可防止任何电流潜变(Creep)测量，而上电复位(Power on Reset，POR)模块则可在低电压时限制电表测量。因此，MCP3906是具备高现场可靠性的精密电能计量IC，并采用业界标准的引脚配置。 1.1 MCP3906的内部结构及工作原理 MCP3906是混合模拟／数字信号的CMOS集成电路，其内部结构框图。 MCP3906可提供与有功功率成比例的频率输出和与瞬时功率成比例的高频输出来用于校准。它的两个通道均使用16位二阶△-∑ADC，能以MCLK／4的频率对输入进行采样，同时允许对动态范围很宽的输入信号进行采样。可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)扩大了电流输入通道(通道0)的可用范围。其有功功率的计算以及与计算有关的滤波均可在数字域中完成，从而提高了其稳定性和温漂性能。 MCP3906的两个数字高通滤波器(HPF1和HPF2)可以滤除两个通道的系统偏移量，因此，有功功率的计算不含任何电路或系统偏移量。经过高通滤波后，电压和电流信号相乘，即可得出瞬时功率信号。此信号不含直流偏移分量，因此可有效利用求平均法(Averaging Technique)计算出所需的有功功率输出。 瞬时功率信号包含的有功功率信息就是瞬时功率的直流分量。求平均法可用于计算正弦和非正弦波形，以及所有功率因数。瞬时功率经过低通滤波器(LPF)就可以产生瞬时有功功率信号。 通过MCP3906的DTF转换器可对瞬时有功功率信息进行累加，以产生输出脉冲，此脉冲的频率与平均有功功率成比例。FOUT0和FOUT1输出的低频脉冲可用于设计驱动机电式计数器和双相步进电机，以便显示实际消耗的有功功率。每个脉冲对应于一个固定的有功电量值，其功能可由F2、F1和F0的逻辑进行选择。HFOUT输出具有较高的频率设定和较低的积分周
有效值检测设计总结 一、模块设计要求： 检测交流信号的有效值并以直流信号输出。设计要求尽量提高精确度，减小频率的影响。 二、模块完成情况： 工作电压为正负5V的双电源，能够实现各种波形的真有效值检测，但高频率信号和小信号（小于20mv）的检测没能实现。当输入频率低于1KHz的正弦波时输出的还是正弦波而不是一条直线，且输出波形的频率为信号源的两倍！ 三、模块涉及的理论知识： 根据有效值的定义，在一个信号周期内，通过某纯阻负载所产生的热最与一个直流电压在同一负载上产生的热量相等时，该直流电压的数值就是交流电压的有效值。数学表达式如下所示： 式中的T是交流信号的周期，u(t)为电压。根据定义它是被测量的均方根值。一般对有效值的测量时利用二极管的单向导电性，构成整流电路，如半波整流、全波整流、桥式整流等，将交流信号整流成直流信号，再通过电容或电感滤波，最终得到的是平均值形式，根据平均值与有效值确定的系数关系，通过平均值将有效值表示出来。（系数关系如下表） 事实上无论是半波整流、全波整流、还是桥式整流，他们的整流精度都不高所转换后的有效值误差很大。因为而二级管的非线性回产生很大的误差，而当小信号的时候，因输入信号小于二极管的门槛电压，电流基本过不去，其转换误差更严重。而当输入信号不是标准波形而是有失真的信号时也会产生误差。 关于AD637的描述如下：
四、设计与制作过程 根据所学的理论知识以及AD637的工作原理设计的电路原理图及PCB图如下图所示： AD637有效值检测电路原理图
AD637有效值检测电路PCB图 为了节省画图时间，在设计PCB图时我把接在电源旁边的去耦电容都删掉了，因为是贴片比较小也比较容易焊接，在做好板后再加上去也无妨。原理图中靠近电源头的那个磁珠我用电阻代替，贴片灯我用电容代替，因为封装都一样，为了找原理图库方便都这么干，类似于一些芯片的同样的封装都可以统一用一个封装来代替。 按照设计的PCB板焊接好的实物图如下图所示： 五、测试方法
基于功率测量芯片HLW8012的功率显示表设计 [摘要] 功率显示表是一种用于显示电量数据的仪表，是针对电力系统、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的。 本文主要讲述功率显示表的主要功能、硬件原理图等。该功率显示表可以对单相交流电路中的用电设备进行功率、电压和电流等参数的检测。仪表采用HLW7021作为控制MCU,以专用电能计量集成电路芯片HLW8012为电量采集的核心器件，显示电路由芯片SM1642驱动4位数码管显示。 [关键词] 功率显示模块，功率计量，功率检测，功率计量模块，，功率计量方案，HLW8012，智能家电，功率监测模块 [正文] 一、功率显示表原理 为了能够测量单相电路中的电流、电压、功率、电量和功率因系素等有效值，本次设计的采样电路以电能计量芯片HLW8012为主，不需使用复杂的设计电路和编写复杂的软件。因为HLW8012内置了晶振和参考电源，所以外围电路非常简单。 HLW8012主要特性 ●高频脉冲CF，指示有功功率，在1000:1范围内达到±0.3%的精度 ●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 ●内置晶振、2.43V 电压参考源及电源监控电路 ●5V单电源供电，工作电流小于3mA HLW8012输入输出 图1 芯片引脚图 功率显示表是对负载设备的用电情况进行实时的检测，将负载设备的用电数据进行收集，提供给控制终端，并通过4位数码管进行显示。使用HLW8012设计的功率检测模块的测量精度<0.3%,可以准确的测量功率、用电量等信息，具有性能稳定、设计简单等特点。 功率检测模块主要包含以下几个系统模块:电源模块，功率采集模块，主控制器模块和显示模块。 功率显示表的原理框图如下:
真有效值（True RMS）——唯一的真实测量值 许多商业和工业的装置都为断路器的频繁误跳闸所烦扰。这些跳闸看上去经常像是随机的、令人费解的。其实这里面是有其原因可究。造成这种现象的原因一般来说有两个方面。第一个可能原因是一些负载，特别是个人电脑和其它电子设备开机时所产生的冲击电流。关于这种原因，将会在本指南的后面章节里具体讨论。另一个可能原因是回路里的真实电流的测量值低于真实值——换而言之，是实际电流过高而引起的。 在现代化装置中这种电流测量值偏低是个高发现象。既然当前的数字测量仪器如此精确可靠，为什么又会发生这种现象哪？答案就是许多测量仪都不适合于测量失真（畸变）电流，而现在绝大多数的电流都是失真的。 电流失真是由于非线性负荷的谐波电流造成的，特别是个人电脑、配有电子镇流器的荧光灯和变频驱动装置等电子设备为代表。谐波的产生机理及其对电气系统的的影响将在指南的3.1节进行具体阐述。图3所示为个人电脑接入后的典型电流波形图。很明显这不是一个纯正弦波，所以一般适用于正弦波的测量工具和计算方法都不适用。这意味着，在对电力系统进行故障检修或者性能测试分析时，有必要采用能够处理非正弦电流和电压的正确测量工具。 图1 一个电流两种读数，你相信哪个？图中的回路为一个有畸变电流的非线性负载供电。真有效值卡钳式电流表（左）上的读数是正确的，而平均值卡钳式电
流表的读数（右）比正确值要低32%。 图1所示为同一回路上的两种卡钳式电流表的读数差别。两个测量仪都运行正常，且按照生产厂家的要求进行了校准，主要的差别就在于测量方法的不同。 左边的电流表是真有效值测量仪，右边的是按有效值校准的平均值测量仪。在很好的理解它们差异所在之前必须首先了解有效值的确切含义。 什么是有效值（方均根值）？ 交流电流的有效值（RMS）等于在同一电阻性负载回路中，与其产生等热量的直流电流的大小。使用交流电时，电阻产生的热量与一个周波内的平均电流的平方成正比。换而言之，产生的热量和电流平方的平均值成正比，也就是说电流值和这个平方的平均值开方后的值也就是有效值成正比。（由于平方后总是正数，所以不用考虑极性问题） 对于如图2所示的纯正弦波，有效值是峰值的0.707倍（或者说峰值是有效值的即1.414倍）。换句话说，有效值为1安培的纯正弦波电流的峰值电流为1.414安培。如果波形值仅仅被简单的平均（对半个负波形取反），平均值就是峰值的0.636倍，或是有效值的0.9倍。图2所示为这两个重要的比例关系。 波顶因数=峰值/有效值=1.414 波形因数=有效值/平均值=1.111 图2 纯正弦波 在测量一个纯正弦波（仅限于纯正弦波）时，简单的测出平均值（0.636倍峰值），再乘以波形因数1.111（即0.707倍峰值）所得到的数值是完全正确的，这个数值也被称为有效值。这种方法被广泛用于所有的模拟测量仪（此时平均值是靠线圈运动的惯性和阻尼作用来实现的）和所有旧式、仪表和大多数电流表数字万用表上。这种技术被称为“平均读数，按有效值校准”的测量方法。
基于功率计量芯片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，以专用功率计量芯片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，功率计量，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，本次设计使用功率计量芯片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 VIP SEL CF CF1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。MCU从功率计量模块获取用电器的电量、功率、电压、电流等参数，从时钟模块获取当前时钟，MCU将这些数据通过LCD驱动芯片显示在LCD屏上。MCU可以打开或关闭插座孔的电源，通过按键直接操作或设置定时自动操作，电源的打开与关闭是通过MCU控制继电器的闭合与切断实现。 时钟设置是通过按键进行设置，可以设置日期、小时、分、秒，自动设置星期。可以设置一星期内哪几天定时打开或关闭插座孔的电源，实现无人自动控制插座孔的电源。一般在出厂前会设置好时间。计量插座结构框图如图2所示。 图2 计量插座方案结构框图 二、计量插座硬件设计 计量插座硬件设计相对应于结构框图，有6部分模块电路：电源管理电路、功率计量电路、显示模块电路、继电器控制电路、时钟电路及按键。 所有功率计量测量，电压、电流通道的采样方式有2种：互感器采样方式（隔离采样）、电阻采样方式（非隔离采样）。互感器采样方式成本高，本设计使用电阻采样方式。 1、电源管理电路 使用LNK304设计的AC-DC非隔离电源，L与N分别是交流火线与零线，以零线作为地线。此电路无需变压器，稳压5V，可以提供150mA左右的电流，能够保证在AC85V~265V的交流范围内，实现稳定的电压输出，纹波也很小，在50mV左右。此电源为所有模块提供工作电压。
电能计量芯片 ADE7755是ADI公司生产的一款用于电能计量的芯片，其技术指标超过了IEC1036规定的准确度要求[7]。它将有功功率的信息以频率的形式输出。在50 / 60Hz 输入信号时都能满足IEC687 / 1036标准规定的测试精度要求，在1000：1的输入动态范围内，测试误差小于0.1%。其功能框图如图3.1所示，实物图如图3.2所示。 图3.1 ADE7755功能框图 图3.2 ADE7755芯片实物图 3.1 ADE7755的特点 ADE7755 应用了过采样ADC和DSP相结合的技术，对温度的敏感度很低，即使在很高的环境温度下也能维持较高的测试精度。ADE7755只在ADC和基准源中使用模拟电路，所有其他信号处理（如相乘和滤波）都使用数字电路，这使其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。
其主要特点如下： （1）工作温度范围－40～85℃。 （2）低阈值启动，启动电流小于 0.2%Ib。 （3）低成本 CMOS 工艺。 （4）片内设有电源监控电路。 （5）片内带有防潜动功能（空载阈值）。 （6）片内带有抗混叠滤波器。 （7）+5V 单电源、低功耗（典型值 15mW）。 （8）具有负功率或错线指示功能。 （9）5V 单电源工作，正常工作时芯片功耗 30Mw。 （10）1Vpeak-peak 的最大模拟信号输入范围。 （11）电流通道具有 1/2/8/16 四种增益选择，以便灵活选用不同大小的锰铜采样电阻。 （12）2.5V 片内高精度参考电压源，绝对偏差小于!4%，温漂小于!20ppm/℃。 （13）片内基准电压 2.5V±8%（温度系数典型值 30ppm/℃）,能为外部电路提供基准。 （14）带有电源电压检测功能，当电源电压降低到 80％VDD 时芯片自动复位。 （15）灵活的模拟信号输入电路，既可单端输入也可全差分输入并且输入共模电压可在 0V 和2V 之间选择，由管脚 SCOM 控制。 （16）有功功率平均值从 ADE7755 引脚 F1 和 F2 以频率方式输出，且F1、F2能直接驱动步进电机。 （17）有功功率瞬时值从引脚 CF 以较高频率方式输出,能用于仪表校验;逻辑输出引脚 REVP 能指示负功率或错线;FI 和 F2 能直接驱动机电式计度 器和两相步进电机;电流通道中的可编程增益放大器（PGA）使仪表能使 用小阻值的分流电阻。 3.2 ADE7755工作原理 ADE7755内部拥有两个16位的二阶∑-△模数转换器，这两个ADC对来自电流 和电压传感器的电压信号进行数字化，过采样速率达900KHz。AD7755的模拟 输入结构具有宽动态范围，大大简化了传感器接口(可以与传感器直接连接)，也
电能计量芯片CS5460及其应用 1. 概述 CS5460是CRYSTAL公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片。与目前在电子式电度表应用中广泛使用的 AD7750和AD7755（见《国外电子元器件》1999年第3期文章）相比较，CS5460增加了以下功能： ●具有片内看门狗定时器（Watch Dog Timer）与内部电源监视器； ●具有瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电流有效值、电压有效值、功率有效值测量及电能计量功能； ●提供了外部复位引脚； ●双向串行接口与内部寄存器阵列可以方便地与微处理器相连接； ●外部时钟最高频率可达20MHz； ●具有功率方向输出指示。 这些增加的功能更加便于与微处理器（MPU）接口，并能方便地实现电压、电流、功率的测量和用电量累积等功能。
2. 基本结构与技术指标 2.1 内部结构 CS5460内部集成了两个△-∑A/D转换器、高、低通数字滤波器、能量计算单元、串行接口、数字-频率转换器、寄存器阵列和看门狗定时器等模拟、数字信号处理单元,其内部结构框图如图1所示。 2.2 引脚排列及功能 CS5460的引脚排列如图2所示。各引脚的功能如下： 1脚XOUT：晶体振荡器输出； 2脚CPUCLK：CPU时钟输出； 3脚VD+：数字电路电源正极； 4脚DGND：数字地； 5脚SCLK：串行时钟输入； 6脚SDO：串行数据输出； 7脚CS：片选； 8脚NC：空脚； 9脚VIN+：差分电压正输入端； 10脚VIN-：差分电压负输入端；
11脚VREFOUT：参考电压输出；12脚VREFIN：参考电压输入； 13脚VA-：模拟地； 14脚VA+：模拟电源正极； 15脚IIN-：差分电流负输入端；16脚IIN+：差分电流正输入端；17脚PFMON：电源掉电监视输出；18脚NC：空脚； 19脚RESET：复位输入； 20脚INT：中断输出； 21脚EOUT：电能脉冲输出； 22脚EDIR：功率方向指示输出；23脚SDI：串行数据输入； 24脚XIN：晶体振荡器输入。 2.3 主要技术指标 ●差分电压输入范围：150mV； ●温度系数：＜60ppm/℃
谐波-真有效值（True RMS）??唯一的真实测量值 我司推系列的真有效值的万用表，如203T钳形万用表，68T数字万用表，为了使客户对真有效值有一个全面的了解。我们结合生活中现实情况讲解下真有效值和平均值的区别。 真有效值（True RMS）??唯一的真实测量值 许多商业和工业的装置都为断路器的频繁误跳闸所烦扰。这些跳闸看上去经常像是随机的、令人费解的。其实这里面是有其原因可究。造成这种现象的原因一般来说有两个方面。第一个可能原因是一些负载，特别是个人电脑和其它电子设备开机时所产生的冲击电流。关于这种原因，将会在本指南的后面章节里具体讨论。另一个可能原因是回路里的真实电流的测量值低于真实值??换而言之，是实际电流过高而引起的。 在现代化装置中这种电流测量值偏低是个高发现象。既然当前的数字测量仪器如此精确可靠，为什么又会发生这种现象哪？答案就是许多测量仪都不适合于测量失真（畸变）电流，而现在绝大多数的电流都是失真的。 电流失真是由于非线性负荷的谐波电流造成的，特别是个人电脑、配有电子镇流器的荧光灯和变频驱动装置等电子设备为代表。谐波的产生机理及其对电气系统的的影响将在指南的3.1节进行具体阐述。图3所示为个人电脑接入后的典型电流波形图。很明显这不是一个纯正弦波，所以一般适用于正弦波的测量工具和计算方法都不适用。这意味着，在对电力系统进行故障检修或者性能测试分析时，有必要采用能够处理非正弦电流和电压的正确测量工具。
图1 一个电流两种读数，你相信哪个？图中的回路为一个有畸变电流的非线性负载供电。真有效值卡钳式电流表（左）上的读数是正确的，而平均值卡钳式电流表的读数（右）比正确值要低32%。 图1所示为同一回路上的两种卡钳式电流表的读数差别。两个测量仪都运行正常，且按照生产厂家的要求进行了校准，主要的差别就在于测量方法的不同。 左边的电流表是真有效值测量仪，右边的是按有效值校准的平均值测量仪。在很好的理解它们差异所在之前必须首先了解有效值的确切含义。 什么是有效值（方均根值）？ 交流电流的有效值（RMS）等于在同一电阻性负载回路中，与其产生等热量的直流电流的大小。使用交流电时，电阻产生的热量与一个周波内的平均电流的平方成正比。换而言之，产生的热量和电流平方的平均值成正比，也就是说电流值和这个平方的平均值开方后的值也就是有效值成正比。（由于平方后总是正数，所以不用考虑极性问题） 对于如图2所示的纯正弦波，有效值是峰值的0.707倍（或者说峰值是有效值的即1.414倍）。换句话说，有效值为1安培的纯正弦波电流的峰值电流为1.414安培。如果波形值仅仅被简单的平均（对半个负波形取反），平均值就是峰值的0.636倍，或是有效值的0.9倍。图2所示为这两个重要的比例关系。
电能计量SA9904B, 1引言新型集成芯片不仅精确度高，而且硬件软件设计简单性价比高 1引言 新型集成芯片不仅精确度高，而且硬件软件设计简单、性价比高。着重介绍SA9904B，ATT7026A及CS54633种三相电能计量芯片的工作原理，比较其性能指标，为合理选择电能芯片提供了有力的帮助。 2电能计量芯片 SA9904B是南非微电子系统有限公司设计开发的一种电能计量芯片， ATY7026A是珠海炬力集成电路设计有限公司开发的电能计量芯片，CS5463是美国CRYSTAL公司推出的带有串行接口的单相双向功率／电能计量集成电路芯片。这三者都用于三相多功能电能计量，均适用于三相三线制的具有50Hz 或60Hz标准频率的电网，支持电阻网络校表和软件校表两种方式。由于电能计量、参数测量和数据读取是电能芯片的核心部分。下面主要从有功计量、无功计量、视在功率／电能计量、有效值测量、中断和SPI接口6个方面介绍芯片原理。 2．1SA9904B简介 SA9904B有20个引脚，PDIP封装，12个元暂存器。SA9904B包含9个代表各相的有功电能、无功电能与电源电压的24位元暂存器。第10个24位元暂存器代表任何有效相位的市频，包含3个位址以保存与SA9604A的兼容性。3个位址的任何其一可用于存取频率暂存器。每相位的有功与无功功率被积存于24位元暂存器。被测电路的电能或功率不直接提供给用户，但是可以通过公式计算。计算每相的有功或无功电能：电能每计数=(VRATED×IRATED)／320 000；计算每相的有功或无功功率：功率=VRATED×IRATED×N／INTTIME／320 000。其中：VRATED为电表的额定电源电压，IRATED为电表的额定电源电流，N=相继读数间的暂存器数值差数(△值)，INTTIME为相继读数间的时间差值(单位为秒)。若要求合相有功电能，只能通过程序对三相有功电能求和，或通过有功功率脉冲输出F50计数。芯片内的3个电压暂存器包含各相位测得的RMS电压值．用户可以直接从暂存器中读取。SA9904B不具有中断功能。串行周边的接口汇流排(SPI)为一同步汇流排，使用于微控器与SA9904B之间的数据传输。引脚D0(串行数据出端)，DI(串行数据入端)，CS(芯片选项)与SCK(串行时脉)用于此汇流排的应用。SA9904B为从器件，。而微控器为汇流排主器件。CS 输入启始与终止数据传输。SCK信号(微控器发送的)选通微控器与SA9904B的SCK引脚间的数据。DI与DO引脚为SA9904B的串行数据输入与输出引脚。2．2ATT7026A简介 ATT7026A44个引脚，QFP44封装，102个寄存器翻。有功功率通过求瞬时功率代数均值获得。分相、合相有功功率分别存入指定寄存器，供用户读取。。无功功率是通过将电压采样信号作一90°相移，再求瞬时功率的代数均值获得。分相、合相无功功率同样提供给用户。芯片中有电能累加寄存器，能够提供分相、合相有功、无功电能，但不提供电网周期累加模式。芯片通过能量脉冲生成器，提供校表脉冲CFl和驱动步进电机的低频脉冲F1／F2。由于芯片提供电流和电压有效值，用户也可用公式S=VRMS×IRMS，通过MCU计量分相、合相视在功率。有效值测量通过对电压、电流的采样数据求均方值实现。能够同时计算6通道的有效值，结果存在指定的寄存器中供用户读取。此外，芯片不仅提供分相电流、电压有效值．还提供三相电流、电压矢量和的有效值，用户可在指定寄存
电子知识 2015年10月23日 深圳华强北华强集团2号楼7楼 电池管理系统能实时监控电池状态，延长电池续航时间、避免电池过充过放的情况出现，在电子产品中起着至关重要的作用。特别是可穿戴设备的兴起对电池管理系统提出新的挑战，此次“消费电子电池管理系统技术论坛”，我们将邀请业界领先的半导体厂商、方案设计商与终端产品制造商，共探消费电子电池管理系统市场发展趋势及创新技术，助力设计/研发工程师显著改进电池管理系统，进而从技术的层面为业界解决电子产品的电池续航问题。 立即报名>> IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。 IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。 IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化
方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。 IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。 IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。 IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。 IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准
电能计量芯片应用心得之选型篇 什么是计量芯片 计量芯片是测量交流电信号的一类芯片，因最早是使用于电表产品，所以在行业内也俗称电表芯片，它可以统计用电负载的用电量、测量用电负载的功率大小和电流大小，以及市电的电压。市电一般分为单相电和三相电，所以电表芯片有两大类，一类是单相计量芯片，一类是三相计量芯片。 随着近几年物联网行业的发展，许多智能产品除了增加无线通讯的功能外，在和市电使用相关的产品中，比如WIFI PLUG、充电桩、智能交通灯和火灾检设备等产品上面都增加了计量芯片，用于测量电能参数，因此电表芯片慢慢从工业应用产品走向了消费类应用产品。 计量芯片有哪些功能 计量芯片最基础的功能是测量用电量、功率大小、有效电流和有效电压，这是计量芯片最基础的测量功能。还有一些计量芯片除了基础的测量功能外，还可以测量功率因素、市电的线性频率、相角、过零点、视在功率等参数，这类计量芯片的功能比较多。下表是列举了几类计量芯片功能分类 下表是不同型号的计量芯片的性能和功能差异表
以上我们基本对于计量芯片有一个初步的了解，也了解到计量芯片可以测量哪些电参数。 现在要回到我们的产品本身，根据产品的定义，要选择合适的计量芯片。 要做一个什么样的产品 选定一款合适的计量芯片之前，我们要先知道我们需要设计一个什么样的产品，这个产品有哪些功能，需要用到计量芯片的哪些功能参数，才能实现这些功能。目前市面上的计量芯片一般都能满足产品的大部分功能，只需要我们关注几个细微的指标,就能够做出判断。 下面给出一个简单的方法，将产品的功能进行分解，然后根据这些功能进行 反向寻找，找出合适的计量芯片。
功率计量芯片HLW8012介绍与应用 一、引言 HLW8012是深圳市合力为科技推出的单相电能计量芯片，可以测量有功功率、电量、电压有效值、电流有效值；SOP8封装，体积小，广泛应用于智能家电、节能插座，智能路灯、智能LED 灯等应用场合。本文主要内容：1、HLW8012介绍；2、HLW8012应用硬件电路；3、HLW8012脉冲软件测量；4、HLW8012应用场合及展望。 二、、HLW8012介绍 1、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 2、HLW8012引脚图 VDD VIP VIN CF1 SEL V2P CF 选择CF1输出 电流/电压值 /电压值 图1芯片引脚图 引脚序号 引脚名称 输入/输出 说明 1 VDD 芯片电源 芯片电源 2，3 V1P ，V1N 输入 电流差分信号输入端，最大差分输入信号为±43.75mV 4 V2P 输入 电压信号正输入端。最大输入信号±700mV 5 GND 芯片地 芯片地 6 CF 输出 输出有功高频脉冲，占空比50% 7, CF1 输出 SEL=0，输出电流有效值，占空比50%； SEL=1，输出电压有效值，占空比50%； 8 SEL 输入 配置有效值输出引脚，带下拉
● 模拟信号输入 （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 。 ● 数字信号输出 （1）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。 （2）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。 注：MCU 与HLW8012的接口不是使用协议进行读取，而是通过测量CF 、CF1引脚输出高频脉冲的周期来计算功率、电流、电压值。 3、芯片内部框图 SEL CF1CF 图2 芯片内部框图 HLW8012内部带有2路PGA 及ADC ，对电流、电压采样信号进行模数转换，得到数字信号，芯片内部计算有功功率值、电流有效值、电压有效值，经过频率转换模块，HLW8012将有功功率值、电流有效值、电压有效值转换为方波脉冲输出（占空比1:1），各数值的大小与频率的大小成正比，与周期的大小成反比。 三、HLW8012应用硬件设计 所有电能计量测量，电压、电流通道的采样方式有2种：互感器采样方式、电阻采样方式。互感器采样方式成本高，本文只介绍电阻采样方式。外围硬件主要包含几部分：电源电源、功率计量电路、MCU 接口。 1、电源电路 为了配合电阻采样方式（即从电网直接采样，非隔离），电源电路必须为非隔离电源，非隔离电源有2种方式：AC-DC 非隔离电源、阻容降压电源。两者的比较如下：
最小尺寸的功率计量模块 [摘要] 合力为科技推出的电能计量芯片HLW8012，可以监测用电设备及系统的用电信息，包括功率、用电量、电压、电流及功率因素。而基于HLW8012设计的功率监测模块，在目前市场是体积可以做的最小的电能计量模块，最小尺寸可以做到20mm(L)*20mm(W),满足许多不同应用需求的应用场合，如智能插座、智能家电等产品。 [关键词] 功率计量，功率检测，功率计量模块，功率计量芯片，功率计量方案，HLW8012 [正文] 一、功率计量模块原理 功率检测模块是对负载设备的用电情况进行实时的检测，将负载设备的用电数据进行收集，提供给控制终端。使用HLW8012设计的功率检测模块的测量精度<0.3%,可以准确的测量功率、用电量等信息，具有性能稳定、设计简单等特点。 功率检测模块主要包含以下几个系统模块:电源模块，功率采集模块，主控制器模块和系统隔离模块。功率计量模块的功率大约在8mA左右，不仅体积小，功耗也很低。 功率检测模块的原理框图如下: 图1 功能检测模块原理框图 二、功率检计量模块硬件设计 电能检测有两种方法，一是隔离采样，二是非隔离采用。隔离采用是指采用互感器的方法进行采用，前端的电量信号使用电压互感器和电流互感器进行隔离并采样，此方法的缺点是造成模块的体积大且成本高。我们使用第二种方法进行采样。 1、电源模块 由于HLW8012的供电电压是5V，所以需要使用单独的电源供电，可以采用非隔离的AC-DC电源芯片输出5V。
图2 AC-DC 电路原理图 此电路可以提供50mA 以内的电流，具有较宽的电源输入范围，能够保证在AC85V~265V 的交流范围内，实现稳定的电压输出，纹波也很小，在50mV 左右。 2、功率检测模块 HLW8012内置了晶振及参考电源，所以外围采样电路非常精简，外围只需要12个电阻电容器件，即组成了对电量信息的采集电路。电压采样通过电阻分压的方法进行测量，将市电上的电压经5个电阻进行分压，降至100mV 左右进行采样。电流采样部分由0.002欧姆的鏮铜电阻，及R28,C11等滤滤阻容件组成。负载电流从鏮铜电阻流过，使得电流信号转换成电压信号，再通过HLW8012进行采集。图3是功率检测模块的原理图。 图3 功率检测原理图 HLW8012将功率、电压、电流等数据通过CF 、CF1脚以脉冲的方式输出。CF 脚输出的脉冲频率大小即表示有功功率值，CF 输出的脉冲个数表示的是用电量的信息。当SEL 为高电平时，CF1输出的脉冲频率表示电压有效值上，当SEL 为低电平时，CF1输出的是电流有效值。 HLW8012的CF 脚输出的脉冲频率的周期表示功率值P ，功率越大，CF 脚输出的脉冲频率越大，且成比例变化。即: = ;所以，己知Pref 、fref 和F ，就可以计算出当前负载的功率值。同理，电压及电流也适用于此公式。