SSP1837：高性能單相插座表計量芯片的深度解析

在電子設(shè)備的電能計量領(lǐng)域，芯片的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。上海矽朋微電子有限公司推出的SSP1837內(nèi)置時鐘單相插座表計量電路芯片，以其卓越的性能和豐富的功能，成為了單相插座表、單相插排、智能家電控制電路等應(yīng)用的理想選擇。下面，我們就來深入了解一下這款芯片。

文件下載：SSP1837.pdf

一、芯片概述

SSP1837是一顆寬量程單相多功能電能計量芯片，具有較高的性價比。它集成了2路高精度Sigma - Delta ADC、參考電壓、電源管理等模擬電路模塊，以及處理有功功率、電流電壓有效值等電參數(shù)的數(shù)字信號處理電路。該芯片能夠測量單相有功能量、有功功率、電流電壓有效值等參數(shù)，充分滿足了插座表、單相插排、智能家電等領(lǐng)域的需要。

二、芯片特點

高精度測量

在輸入動態(tài)工作范圍2500:1（如2500W:1W 或 12A:4.8mA@2mohm采樣電阻，4000W:1.6W 或18A:7.2mA@1mohm采樣電阻）內(nèi)，非線性測量誤差小于±0.5%。這使得芯片在不同功率和電流條件下都能提供準確的測量結(jié)果。

信號穩(wěn)定性好

• 大信號穩(wěn)定性：采樣電流300mA點，CF輸出跳動小于±0.2%。
• 小信號穩(wěn)定性：采樣電流50mA點CF跳動小于±0.3%。良好的信號穩(wěn)定性保證了測量的可靠性。

雙重防潛動設(shè)計

芯片具有專利防潛動設(shè)計，配合合理的外部硬件設(shè)計，可通過0.5mT外部強磁場干擾實驗。在大于48小時的潛動實驗中，確保不出大于1個脈沖，有效防止了計量誤差。

其他特性

• 芯片給出電壓和電流的有效值，電流測量范圍為4mA - 30A。
• 芯片上有電源電壓監(jiān)測電路，檢測掉電狀況，保證設(shè)備在電源上電掉電時保持正確的操作。
• 芯片內(nèi)置1.2V參考電壓源和振蕩電路，時鐘約2MHz。
• 芯片單工作電源3.3V，低功耗10mW（典型值），符合節(jié)能要求。

三、引腳特征與描述

引腳排列

SSP1837采用SOP8封裝，其引腳排列圖清晰展示了各個引腳的位置。

引腳說明

四、電氣特性

在VDD = 3.3V，GND = 0V，片上基準電壓源，2MHz晶振，常溫的條件下，SSP1837具有以下電氣特性：

電源與功耗

• 電源VDD范圍為3.0 - 3.6V。
• 功耗在VDD = 3.3V時為3mA。

測量誤差與跳動

• 有功功率測量誤差在2500:1輸入動態(tài)范圍（絕對誤差）下CF為0.3 - 0.5%。
• 300mA輸入@1mohm采樣電阻，測試2圈平均時，有功功率測量跳動（大信號）ΔCF為0.1 - 0.2%。
• 50mA輸入@1mohm采樣電阻，測試1圈時，有功功率測量跳動（小信號）ΔCF為0.15 - 0.3%。

通道相角與電源抑制

• 通道間相角引起的測量誤差（容性，PF = 0.8，相位超前37）和（感性，PF = 0.5，相位滯后60）均為0.5%。
• AC電源抑制（輸出頻率幅度變化）和DC電源抑制（輸出頻率幅度變化）均為0.1%。

其他特性

• 電壓有效值測量精度（相對誤差）VRMSerr CF1為0.3%。
• 電流有效值測量精度（相對誤差）IRMSerr Ib CF1為0.3%。
• 電流差分輸入（電流）模擬輸入電平（峰值）為50mV，電壓差分輸入（電壓）模擬輸入電平（峰值）為200mV。
• 模擬輸入阻抗VP/IP/IN為370kΩ，SEL下拉電阻為62kΩ。
• 模擬輸入帶寬(-3dB)為3.5kHz。
• 內(nèi)部電壓基準Vref為1.218V。
• 邏輯輸入高電平為2.6V，邏輯輸入低電平為0.8V。
• 邏輯輸出高電平為VDD - 0.5V（IOH = 5mA），邏輯輸出低電平為0.5V（IOL = 5mA）。
• 過流閾值在1mΩ電流采樣電阻時為24A，過流指示頻率為8KHz，過流響應(yīng)時間為100ms。

五、工作原理

有功計算原理

電能計量主要是將輸入的電壓和電流信號按照時間相乘，得到功率隨時間變化的信息。假設(shè)電流電壓信號為余弦函數(shù)，并存在相位差Ф，功率計算公式如下：

• 當(Phi = 0)時：(p(t)=frac{V I}{2}(1 + cos 2(w t)))
• 當(Phi ≠ 0)時： [ begin{align} p(t)&=V cos (w t) × I cos (w t + Phi) &=V cos (w t) times[I cos (w t) cos (Phi) + sin (w t) sin (Phi)] &=frac{V I}{2}(1 + cos (2 w t)) cos (Phi) + V I cos (w t) sin (w t) sin (Phi) &=frac{V I}{2}(1 + cos (2 w t)) cos (Phi) + frac{V I}{2} sin (2 w t) sin (Phi) end{align} ] p(t)稱為瞬時功率信號，理想的p(t)只包括直流部分和頻率為(2ω)的交流部分，前者又稱為瞬時實功率信號，是電能表測量的首要對象。 在對電流電壓信號高精度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過數(shù)字乘法器得到瞬態(tài)功率信號p(t)，再通過一個截至頻率很低（如1Hz）的取直低通濾波器取出即時實功率信號，然后對該實功率信號對時間進行積分，得到能量信息。根據(jù)積分時間的長短，可以得到即時或平均的能量消耗信息，也可認為是即時或平均功率消耗信息。取直低通濾波器的輸出會被送到數(shù)字 - 頻率轉(zhuǎn)換模塊，將即時實功率轉(zhuǎn)換成與周期性的脈沖信號，輸出的脈沖信號頻率與能量消耗的大小成正比。同樣，電壓和電流有效值計算出來后也會被送到數(shù)字 - 頻率轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換成一定頻率的脈沖信號，頻率與電壓電流有效值的大小成正比。

電源供電監(jiān)視

芯片包含一塊片上電源監(jiān)視電路，能夠連續(xù)檢測電源(VDD)。如果電源電壓小于2.7V ± 5%，則芯片不被激活（不工作），即當電源電壓小于2.7V時，不進行能量累加。這種做法可以保證設(shè)備在電源上電掉電時保持正確的操作。此電源監(jiān)視電路有滯后及濾波機制，能夠在很大程度上消除由于噪聲引起的錯誤觸發(fā)。一般情況下，電源供電的去耦部分應(yīng)該保證在VDD上的波紋不超過3.3V ± 5%。

六、應(yīng)用說明

典型應(yīng)用框圖

SSP1837典型應(yīng)用采用3.3V供電。電流信號通過合金電阻采樣后接入SSP1837的IP和IN管腳，電壓信號則通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)后輸入到SSP1837的VP管腳。CF、CF1、SEL直接接入到MCU的管腳，通過計算CF、CF1的脈沖周期來計算功率值、電流有效值和電壓有效值的大小。

輸出脈沖頻率計算公式

• 實際功率的輸出脈沖頻率計算公式：(F{CF}=2618753 frac{V(V) V(I)}{V{ref}^{2}})
• 電壓有效值輸出脈沖計算公式：(F{CFU}=21500 * frac{V(V)}{V{ref}})
• 電流有效值輸出脈沖計算公式：(F{CFI}=121800 * frac{V(I)}{V{ref}}) 其中，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，Vref為基準電壓（1.218V）。

防潛動與其他特性

SSP1837具有專利防潛動設(shè)計，配合合理的外部硬件設(shè)計，可通過0.5mT外部強磁場干擾實驗。在大于48小時的潛動實驗中，確保不出大于1個脈沖。此外，芯片內(nèi)置振蕩電路，時鐘約2MHz，內(nèi)置1.2V參考電壓源。

SSP1837芯片以其高精度、高穩(wěn)定性、防潛動等特性，為單相插座表等應(yīng)用提供了可靠的電能計量解決方案。電子工程師在設(shè)計相關(guān)電路時，可以充分利用這些特性，開發(fā)出性能優(yōu)良的產(chǎn)品。大家在使用過程中有沒有遇到什么問題或者有什么獨特的應(yīng)用經(jīng)驗?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享交流。