浅谈电能计量芯片的应用领域.doc

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1、浅谈电能计量芯片的应用领域　　1引言　　目前的电能计量芯片，具备电能计量的功能，即可以计量出用电设备的电压、电流和所消耗电能，基于这样的功能均很完备。而在实际的用电过程中，电器总存在着一定比例的漏电的现象。针对这一现象，市面上有很多漏电检测和漏电保护装置，但均作为另一个外部设备，加装在电表之外[1]。即使这样，这样的漏电检测设备还存在这样的问题：　　（1）漏电检测规格的划分：通常一般的漏电等级分为6mA、10mA、30mA或者100mA以上等等这些规格，而往往一种漏电检测设备只能针对一个规格进行检测或保护，这就造成了针对不同电器只能选

2、择不同规格的漏电检测设备，不同规格的漏电检测设备不能混用，否则会引起误检测或误报警[2]。　　（2）漏电检测往往只能区分漏电电流，而不能分析是何种设备漏电。因为目前的漏电检测方法就是单纯检测漏电电流，对于设备其他的电能特征并不分析，因此并不能判断出是何种设备漏电，因此就更无法进行针对性的报警或处理[3,4]。　　　　2方案设计　　图1表示本设计的电路连接示意图。其包括了电能计量芯片IC1，这枚计量芯片可以使是上海贝岭出产的BL6523系列或BL093X系列计量芯片、剩余电流互感器CT1、计量用电流互感器CT2、计量用电压互感器PT、M

3、CU和继电器驱动。图2表示电能计量芯片IC1的内部结构示意图。　　在图2中可以看出电能计量芯片IC1设有以下引脚：IAN引脚和IAP引脚、IBN引脚和IBP引脚、VP引脚和VN引脚、VREF引脚、两个GND引脚、VDD引脚、/RST引脚、CF引脚、CF1引脚和CF2引脚、RX引脚和TX引脚。　　其中，IAN引脚和IAP引脚形成了第一电流采样通道，IBN引脚和IBP引脚形成了第二电流采样通道，VP引脚和VN引脚形成了电压采样通道。VREF引脚为电能计量芯片IC1提供基准电压，VDD引脚为电能计量芯片IC1提供参考电压源，GND引脚接地，

4、/RST引脚用于复位，CF引脚、CF1引脚和CF2引脚为3个输出引脚，RX引脚和TX引脚为串口，RX引脚用于信号输入，TX引脚用于信号输出。　　在电能计量芯片IC1中还包括信号处理模块和UART（通用异步收发传输器）。信号处理模块分别与第一电流采样通道、第二电流采样通道和电压采样通道连接。信号处理模块还与UART连接，UART提供串口。　　第一电流采样通道用于采样用电回路的漏电电流并将漏电电流传输至信号处理模块，信号处理模块利用漏电电流与预设阈值之间的比较关系进行漏电检测。第二电流采样通道用于采样用电回路的用电电流并将用电电流传输至信

5、号处理模块，电压采样通道用于采样用电回路的用电电压并将用电电压传输至信号处理模块，信号处理模块利用用电电流和用电电压进行电能计量。　　为了采样用电回路的漏电电流，第一电流采样通道的连接方式为。第一电流采样通道（即IAN引脚和IAP引脚）连接剩余电流互感器CT1的次级，剩余电流互感器CT1的初级串接于用电回路的火线L与零线N之间。　　当用电回路未存在漏电时，火线L与零线N间的进线电流和出现电流相等，剩余电流互感器CT1不会产生磁通信号。在用电回路存在漏电电流时，火线L与零线N之间产生电流差，根据基尔霍夫定律，剩余电流互感器CT1的线圈中

6、产生感应电压，剩余电流互感器CT1的次级产生感应信号，第一电流采样通道采样感应信号并将感应信号传输至信号处理模块。信号处理模块对感应信号进行模数转换以得到漏电电流波形，通过对漏电电流波形进行数字信号处理得到漏电电流的幅值并在幅值超过预设阈值时发出报警。　　3漏电预设阈值的设置　　将串口连接至MCU，MCU输入设置预设阈值的指令，串口传输MCU输入的指令至信号处理模块，信号处理模块根据指令设置预设阈值。为了适用于不同的使用环境，满足不同的漏电检测等级需求，可以设置不同的预设阈值。具体地，信号处理模块包括若干报警寄存器，串口与报警寄存器连

7、接，串口根据MCU输入的指令设置报警寄存器的至少一寄存器值，每一寄存器值分别对应一种预设阈值。如表1所示。　　以需要满足6mA的漏电等级检测为例，MCU输入指令通过串口传输至报警寄存器，报警寄存器将寄存器值设为000，此时的预设阈值即为8mV，若漏电电流的幅值超过8mV，则发出报警。　　本方案给出了两种报警方式。　　（1）将CF1引脚和CF2引脚作为用于连接继电器驱动的驱动输出引脚，驱动输出引脚通过输出用于驱动继电器驱动动作的驱动信号来发出报警。　　（2）将CF引脚作为用于输出报警脉冲的脉冲输出引脚，脉冲输出引脚通过输出报警脉冲来发出

8、报警。CF引脚还可以兼具计量脉冲输出的功能，报警脉冲可以为有别于正常计量脉冲的快速脉冲。　　为了实现电能计量，第二采样通道的连接方式为：第二采样通道（即IBN引脚和IBP引脚）连接计量用电流互感器CT2的次级，计量用电流