上海貝嶺BL0910十相交/直流電能計量芯片：高精度與多功能的完美融合

在電子工程領域，電能計量芯片是實現(xiàn)精準電力測量和監(jiān)控的關鍵組件。上海貝嶺的BL0910十相交/直流電能計量芯片憑借其卓越的性能和豐富的功能，為5G基站、數(shù)據(jù)中心等眾多應用場景提供了可靠的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款芯片。

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產(chǎn)品簡述：高性價比的多通道計量方案

BL0910是一顆內置時鐘多路免校準電能計量芯片，最多可實現(xiàn)10相交/直流電能計量，適用于5G基站直流檢測模塊、數(shù)據(jù)中心PDU、5G基站宏單元多回路電表、配電柜、多路故障檢測等應用。它集成了11路高精度Sigma - Delta ADC，可同時測量11路信號（電流或電壓），能夠測量電流、電壓有效值、有功功率、有功電能量等參數(shù)，還具備快速電流有效值輸出（用于漏電監(jiān)控、過流保護等故障檢測）、溫度檢測、波形輸出等功能，并通過UART或高速SPI接口輸出數(shù)據(jù)，充分滿足物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)采集的需要。此外，芯片出廠通道測量誤差校準到<1%，在整機不校準情況下，外部使用高精度采樣電阻時，整機測量誤差小于2%；若需要滿足高精度測量需求（整機誤差<0.3%），則需要整機校準。

基本特征：高精度與多功能并存

主要特點

• 多通道計量：支持10路電能計量模式，共用1路電壓，分別與10路電流產(chǎn)生10路電能計量。
• 高精度測量：在輸入動態(tài)范圍（5000:1）內，有功電能非線性測量誤差小于0.1%；電壓和電流的有效值，測量動態(tài)范圍（2500:1）內，有效值誤差小于0.1%。
• 波形處理靈活：對于輸入波形，可通過選擇不同濾波器，獲得全波、基波或直流有效值及功率。
• 直流測量可選：可選直流信號測量，輸入動態(tài)范圍2000:1，測量誤差<±1%。
• 免校表設計：批次出廠增益誤差小于1%，外圍采用高精度電阻、電容可免校表，滿足二級表需求。
• 豐富功能集成：內置波形寄存器用于波形分析；具備漏電監(jiān)控功能，可測量1mA以上漏電，響應時間最快10mS，漏電監(jiān)控閾值及響應時間可設置；每路過流輸出指示，過流閥值可設置，響應時間可設置；內置溫度傳感器，測量范圍 -40℃~85℃，測量精度±2℃，滿足產(chǎn)品本身過溫監(jiān)控、室溫測量等需求；可分析負載形式；內置有功、能量、電流/電壓有效值及夾角寄存器；支持UART /SPI輸出；具備防潛動設計，確保無電流時噪聲切除；電源掉電監(jiān)測，低于2.7V時芯片復位；內置基準參考電壓源和振蕩電路，時鐘約8MHz；單工作電源3.3V，低功耗40mW（典型值），采用LQFP48封裝。

系統(tǒng)框圖與管腳排列

系統(tǒng)框圖展示了芯片的內部結構，包括多個PGA Σ - ΔADC、DSP、溫度傳感器、基準電壓源等模塊，各模塊協(xié)同工作實現(xiàn)電能計量和相關功能。管腳排列（LQFP48）詳細說明了每個管腳的功能和用途，如溫度檢測端、基準電壓輸入輸出端、電流和電壓通道差分輸入端、SPI和UART通訊腳等，為工程師進行硬件設計提供了清晰的參考。

性能指標

電參數(shù)性能指標涵蓋了有功功率測量誤差、無功功率測量誤差、通道間相角引起的測量誤差、AC和DC電源抑制、電壓和電流有效值測量精度、模擬輸入和邏輯輸入輸出的相關參數(shù)、電源電壓和功耗等方面。極限范圍規(guī)定了電源電壓、模擬輸入和輸出電壓、數(shù)字輸入和輸出電壓、工作溫度、貯藏溫度和功耗的極值，確保芯片在安全可靠的范圍內工作。

工作原理：精準計量的核心奧秘

電流電壓波形產(chǎn)生原理

芯片共有11路相同結構的高精度ADC，采用雙端差分信號輸入。輸入信號通過模擬模塊放大器（PGA）和高精度的模數(shù)轉換（ADC）轉換后的PDM碼傳輸給數(shù)字模塊，數(shù)字模塊經(jīng)過相位校準、降采樣濾波器（SINC）、可選高通濾波器（HPF）或基波低通濾波器或取直流低通濾波器后，通過增益及偏置校正等模塊，得到需要的電流波形數(shù)據(jù)和電壓波形數(shù)據(jù)。11通道的PGA增益可調，具體設置見通道PGA增益調整寄存器說明。同時，還涉及相位補償、通道偏置校正和通道增益校正等環(huán)節(jié)，以確保波形數(shù)據(jù)的準確性。

有功功率計算原理

電流和電壓波形通過數(shù)字乘法，然后依順序經(jīng)過低通濾波器、增益和偏差校準、防潛動判斷及平均處理后獲得功率信號。每個通道都可分別選擇有功波形，通過用戶模式寄存器MODE1進行設置。對應10路電流分別乘以1路電壓，獲得10路功率信號，可通過add_sel寄存器設置總有功功率的加法方式（絕對值加或代數(shù)和加）。此外，還包括有功功率校準、有功功率的防潛動和有功功率小信號補償?shù)裙δ?，以提高有功功率測量的準確性。

有功能量計量原理

提供10通道的電能脈沖累計，每個通道的有功功率通過一段時間的積分，獲得這段時間有功能量，并進一步把能量轉化成對應頻率校驗脈沖CF。對CF脈沖的計數(shù)可以獲得能量（用電量），存放在相應的能量累計寄存器中。可通過MODE3寄存器選擇CF管腳輸出電能脈沖，以及設置總能量的相加方式（代數(shù)和加或絕對值加），還可通過CF_DIV寄存器設置能量累計的快慢。

電流電壓有效值計算原理

每個通道的原始波形經(jīng)過平方電路、有效值低通濾波器、開根電路，得到有效值的瞬時值，再經(jīng)過平均得到每個通道的平均值。有效值輸出存于相應的寄存器中，可通過設置MODE2寄存器選擇有效值計算輸入波形、有效值平均刷新時間。同時，包含有效值校準和有效值的防潛動功能，確保有效值測量的準確性。

快速漏電/過流檢測原理

11個通道均有快速有效值寄存器，可檢測半周波或周波有效值，用于漏電或過流檢測。輸入波形通過取絕對值，然后在規(guī)定時間內積分，獲得快速有效值，該值與預先設定的閾值比較，超出則給出標志?？赏ㄟ^相關寄存器設置快速有效值輸入選擇、累計時間和閾值、電網(wǎng)頻率等參數(shù)，還具備快速有效值超限數(shù)據(jù)保存、過流指示和繼電器控制等功能。

無功計算

無功只計算1相，通過寄存器選擇需要計算的那一相位（10路和合相），缺省計算基波無功。電流和電壓波形通過Hillbert濾波器后，再進行數(shù)字乘法，然后依順序經(jīng)過低通濾波器、增益和偏差校準、防潛動判斷及平均處理后獲得無功功率信號，經(jīng)過積分后獲得無功能量脈沖累計。包括無功功率輸出、校準、防潛動、小信號補償、無功能量輸出和輸入選擇等功能。

視在和功率因子計算

視在功率只計算1相，通過寄存器選擇需要計算的那一相位（10路），功率因子也只計算一相。電流和電壓有效值進行數(shù)字乘法，然后依順序經(jīng)過增益和偏差校準獲得無功功率信號，經(jīng)過積分后獲得無功能量脈沖累計。有功功率除以視在功率可獲得功率因子。包括視在功率和能量輸出、校準以及功率因子的計算等功能。

溫度計量

提供內部測溫和片外測溫，外部和內部測溫讀數(shù)分別存于TPS1和TPS2兩個寄存器中，并給出了內部測溫公式和外部測溫的相關說明。

電參數(shù)計量

包括線周期計量、線頻率計量、相角計算和功率符號位等功能。線周期計量具有線周期能量累計計算器，線周期的周期數(shù)可通過LINECYC寄存器選擇；線頻率計量根據(jù)電壓輸入通道信號進行測試；相角計算通過計算電流和電壓的正向過零之間的時間差得到相位差；功率符號位指示每個CF的方向，表明對應累計能量的方向（用電或供電）。

故障檢測

具備過零檢測、峰值超限、線電壓跌落、過零超時、電源供電指示和ADC關斷等故障檢測功能。過零檢測可輔助在過零點關斷繼電器，減少繼電器黏連現(xiàn)象；峰值超限可通過編程方式設定電流和電壓有效值的門限值；線電壓跌落可通過編程指示，當線電壓有效值低于某一峰值的時間超過一定半周期數(shù)時給出指示；過零超時可檢測過零信號超時情況；電源供電指示可連續(xù)檢測模擬電源，保證設備在電源上電掉電時保持正確操作；ADC關斷可通過寄存器控制11個通道ADC的使能，降低功耗。

內部寄存器：配置與控制的關鍵

電參量寄存器

包含波形寄存器、有效值寄存器、快速有效值寄存器、有功功率寄存器、無功功率寄存器、視在功率寄存器、電能脈沖計數(shù)寄存器、波形夾角寄存器、快速有效值保持寄存器、功率因數(shù)寄存器和線電壓頻率寄存器等，用于存儲和讀取各種電參量數(shù)據(jù)。

校表寄存器（外部寫）

用于對芯片進行校準和設置，包括通道PGA增益調整寄存器、相位校正寄存器、有效值增益調整寄存器、有效值偏置校正寄存器、有功小信號補償寄存器、無功小信號補償寄存器、防潛動閾值寄存器、快速有效值相關設置寄存器、過流報警及控制寄存器、ADC使能控制寄存器、能量讀后清零設置寄存器、用戶寫保護設置寄存器和軟復位寄存器等。

OTP寄存器

存儲一些重要的校準參數(shù)，如通道增益調整寄存器、通道偏置調整寄存器、有功功率增益調整寄存器、有功功率偏置調整寄存器、無功功率增益調整寄存器、無功功率偏置調整寄存器、視在功率增益調整寄存器、視在功率偏置調整寄存器、CF縮放比例寄存器等。

模式寄存器

包括模式寄存器1（MODE1）、模式寄存器2（MODE2）和模式寄存器3（MODE3），用于設置芯片的工作模式，如有功波形選擇、有效值波形選擇、快速有效值選擇、無功電流計量通道選擇、電能脈沖輸出選擇等。

中斷狀態(tài)寄存器（STATUS1/STATUS2）

用于記錄各種中斷狀態(tài)，如線電壓跌落、過零超時、通道過零信號、通道峰值超限信號等。

通訊接口：數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?/h2>

SPI接口

采用從模式，半雙工通訊，最大通訊速率1.5M，8 - bit數(shù)據(jù)傳輸，MSB在前，LSB在后，固定時鐘極性/相位（CPOL = 0，CPHA = 1）。介紹了工作模式、幀結構、讀出操作時序、寫入操作時序和容錯機制等內容，確保數(shù)據(jù)的準確傳輸。

UART接口

通過管腳SEL選擇，通信波特率為4800bps/9600bps/19200bps/38400bps，無校驗，停止位1。CS和SCLK管腳作為波特率設置管腳。詳細說明了每個字節(jié)格式、讀取時序、寫入時序和保護機制，保證UART通信的可靠性。

典型應用圖與封裝信息

典型應用圖展示了芯片在實際應用中的電路連接方式，對于1U10I應用，每個電流通道外部線路圖相同，電壓通道需要信號分壓。封裝信息介紹了芯片的訂單信息（LQFP48封裝）、濕敏等級（MSL 3）、質保期（兩年）、包裝方式（盤裝）以及封裝外觀的尺寸參數(shù)，為工程師進行硬件設計和選型提供了全面的參考。

上海貝嶺的BL0910十相交/直流電能計量芯片以其高精度、多功能和豐富的配置選項，為電子工程師在電能計量和監(jiān)控領域提供了一個強大而可靠的解決方案。無論是在5G基站、數(shù)據(jù)中心還是其他電力應用場景中，BL0910都能發(fā)揮其優(yōu)勢，幫助工程師實現(xiàn)精準的電力測量和有效的故障檢測。在實際設計中，工程師需要根據(jù)具體應用需求，合理配置芯片的寄存器和參數(shù)，充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。你在使用類似電能計量芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。