上海貝嶺 BA7755 單相雙向電能計量芯片：高精度計量的理想之選

在電能計量領(lǐng)域，高精度、高穩(wěn)定性的計量芯片至關(guān)重要。上海貝嶺的 BA7755 單相雙向電能計量芯片憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為了眾多電子工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這款芯片。

文件下載：BA7755.pdf

一、芯片特點

高精度與穩(wěn)定性

BA7755 在輸入動態(tài)工作范圍（500:1）內(nèi)，非線性測量誤差小于 0.1%，校表過程中輸出頻率波動小于 0.1%。這意味著它能夠在較寬的輸入范圍內(nèi)保持高精度的測量，為電能計量提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

雙向計量與防竊電功能

該芯片可以精確測量正、負(fù)兩個方向的有功功率，并以同一方向計算電能。同時，邏輯輸出腳 REVP 用于顯示反向用電或者錯誤用電狀況，大大增強了電表的防竊電能力。

靈活的電流通道增益

電流通道增益可變，在電流通道輸入端可以使用小的分流電阻，這為電路設(shè)計提供了更多的靈活性。

多用途脈沖輸出

慢速輸出脈沖能直接驅(qū)動電機工作，快速輸出脈沖可用于計算機數(shù)據(jù)處理，滿足不同的應(yīng)用需求。

其他功能特性

芯片上有電壓檢測電路，可檢測掉電狀況，還具有防潛動功能。此外，芯片自帶參考電壓源 2.42V±8%（溫度系數(shù)典型值 30ppm/℃），也可以使用外部電壓源，單工作電源 5V，低功耗 15mW（典型值），采用 0.35um CMOS 工藝，保證了批量的一致性和產(chǎn)品可靠性。

二、芯片概述

BA7755 是電子式電度表的核心計量芯片，采用過采樣和數(shù)字信號處理技術(shù)，大大提高了測量準(zhǔn)確度。A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)均由數(shù)字電路進行運算和處理，保證了芯片的長期穩(wěn)定性?；诖诵酒O(shè)計的電子式電度表具有外圍電路簡單、精度高、穩(wěn)定性好等特點，適用于單相兩線電力用戶的電能計量。

三、管腳與框圖

四、極限范圍與電參數(shù)

極限范圍

芯片的模擬電源電壓 AVDD 和數(shù)字電源電壓 DVDD 范圍為 -0.3~+7(max)V，DVDD 相對 AVDD 為 -0.3~+0.3V，輸入電壓（相對于 AGND）在 VSS+0.5 ≤ V ≤ VDD-0.5 之間，工作溫度范圍為 -40~+85℃，貯藏溫度范圍為 -55~+150℃，最大功耗為 400mW。

常溫電特性

在 (T = 25^{circ}C)，AVDD = 5V，DVDD = 5V，(CLKIN = 3.58MHz) 的條件下，芯片的各項電參數(shù)如下：

• 電源電流：模擬電源電流 IAVDD 典型值為 2mA，數(shù)字電源電流 IDVDD 典型值為 1mA。
• 邏輯輸入腳：輸入高電平 VIH 為 2V，輸入低電平 VIL 為 1V，輸入電容 CIN 最大為 10pF。
• 邏輯輸出腳：輸出高電平 VOH 典型值為 4.4V，輸出低電平 VOL 最大為 0.5V，輸出電流 IO 典型值為 10mA。
• 基準(zhǔn)參考電壓：Vref 典型值為 2.5V，溫度系數(shù)典型值為 30ppm/℃。
• 模擬輸入腳：最大輸入電平 VAIN 為 ? 1V，直流輸入阻抗為 330Kohm，輸入電容為 6 - 10pF。
• 精度：電流通道在不同增益下的非線性測量誤差小于 0.1%，兩個通道相位誤差在特定條件下小于 0.1 度。
• 其他參數(shù)：防潛閾值在 Ib = 5A 時為 0.0015 - 0.003%，負(fù)向有功功率測量誤差最大為 0.1%，增益誤差為 ? 5%，增益匹配誤差為 0.2 - 1%，電源監(jiān)控電路檢測電平（掉電檢測電平）為 3.9 - 4.1V。

五、指標(biāo)說明

非線性誤差

BA7755 的電壓通道輸入固定交流電壓 Vv 為 110mV，功率因數(shù) (cos varphi = 1) 時，Pin 5 與 Pin6 之間電壓 Vi 在對應(yīng)與 5%Ib~800%Ib 范圍內(nèi)，任何一點輸出頻率相對于 Ib 點的測量非線性誤差小于 0.1%。

防潛閾值

典型情況下，CF 輸出所代表的最小功率為滿量程輸出的 0.0015%，對于低于該閾值的功率，不輸出計量脈沖。

正負(fù)輸入功率

指 Pin8 - Pin7 間的電壓采樣信號 V(V) 與 Pin5 - Pin6 間的電流通道輸入信號 V(I) 乘積 V(V)V(I)cos? 的符號，大于零為正功，小于零為負(fù)功。

正、負(fù)向有功功率誤差

在相等的有功功率條件下，在 (V(V) = pm 110 mV)、V(I) 對應(yīng) Ib(5A) 點，BA7755 測得的負(fù)向有功功率與正向有功功率之間的相對誤差計算公式為 (eNP % = |[(eN % - eP %) /(1 + eP %)] * 100 % |)。

增益誤差

由于工藝偏差造成的芯片與芯片的增益略有不同，這種偏離相對于標(biāo)稱值的百分比為增益誤差。

增益匹配誤差

同一芯片中，不同增益選擇條件下，對于相同輸入功率，輸出頻率的誤差。

電源監(jiān)控電路檢測電平（掉電檢測電平）

片內(nèi)電源監(jiān)測電路檢測電源變化情況，當(dāng)電源電壓低于 4 伏左右時，內(nèi)部電路被復(fù)位；當(dāng)電源電壓超過該值時，電路恢復(fù)工作在正常狀態(tài)。

六、時序特性

七、工作原理

電能計量原理

電能計量主要把輸入的電壓和電流信號按照時間相乘，得到功率隨著時間變化的信息。假設(shè)電流電壓信號為余弦函數(shù)，并存在相位差 Ф，功率計算公式為 (p(t) = V cos (w t) × I cos (w t + Phi))。理想的 p(t) 只包括直流部分和頻率為 (2 omega) 的交流部分，前者又稱為即時實功率信號，是電能表測量的首要對象。

電能計量信號流

電能計量信號流在通過對電流電壓信號高精度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換后，電流電壓信號通過數(shù)字乘法器得到瞬態(tài)功率信號 (p(t))。讓 p(t) 通過一個截至頻率很低（如 1Hz）的取直低通濾波器，把即時實功率信號取出來。然后對該實功率信號對時間進行積分，得到能量的信息。輸出的脈沖信號的頻率與能量消耗的大小成正比，輸出脈沖送到片外的計數(shù)馬達，最終得到能量消耗的大小的計數(shù)值。

輸入的直流成分對測量結(jié)果的影響

如果輸入的兩路信號同時具有直流成分，會給即時實功率帶來誤差，還會在 ω 頻率處出現(xiàn)分量，影響即時實功率的輸出。而當(dāng)電壓或電流中的一路經(jīng)過數(shù)字高通濾波器后，乘法的結(jié)果有了很大的改善。

電壓通道與電流通道輸入

電壓通道和電流通道允許最大輸入差分電壓為 ? 660mV，共模電壓 100mV，共模電壓為 0V 時效果最好。電壓通道可以用 PT（電壓互感器）或電阻分壓網(wǎng)絡(luò)提供電壓信號。

八、工作方式

芯片工作計算公式

BA7755 對輸入的電壓和電流兩個通道的輸入電壓求乘積，并通過信號處理，把獲取的有功功率信息轉(zhuǎn)換成頻率。以低電平有效的方式從 F1,F2 腳輸出與功率相關(guān)的頻率信號。實際功率的輸出脈沖（F1,F2）計算公式為 (Freq = frac{8.34 × V(V) × V(I) × gain × F{Z}}{V{R E F}^{2}})，其中 Freq 為引腳 F1,F2 輸出脈沖頻率，V(V) 為電壓通道的輸入電壓的有效值，V(I) 為電流通道的輸入電壓有效值，Gain 為電流通道的系統(tǒng)增益，由 G0 和 G1 的邏輯輸入決定，Vref 為基準(zhǔn)電壓（2.5 ? 8%），F(xiàn)z 由主時鐘分頻獲得，分頻系數(shù)由 S0 和 S1 確定。

工作模式選擇

系統(tǒng)增益選擇

輸入及輸出范圍