分析解答智能电网的主流计量芯片方案

1. BL6523A的采样参数设计

控制寄存器(MODE)选择：例如设计电表Un=220V(Un：额定电压)10(60)A(电流规格)，电表常数为1600imp/kWh。 BL6523A的电压、电流输入通道允许输入的最大信号为±660mV峰值(即有效值4 6 7mVrms ) 。电压通道需要考虑满足130%Un的过压，以及信号冗余，可通过电阻匹配220V AC电压降至280mV左右，作为电压通道输入。电流A通道考虑锰铜的发热，10(60)A表可采用200~250μΩ锰铜，假设采用250μΩ锰铜，在 Imax=60A电流时，电流输入通道的采样信号为60A×250μΩ＝15mVrms；根据电流通道的最大允许输入信号467mVrms，电流A通道可 采用16倍增益。电流B 通道采用互感器1000:1；负载电阻4Ω，电流通道B采用1倍增益。

综上分析，电流A通道16倍增益，电流B通道1倍增益，电压通道1倍增益；增益寄存器15H(GAIN)写入00FH，14H(MODE)写入800H。

2. BL6523A分频系数选择(WA_CFDIV)

电表常数为1 6 0 0 imp / kWh ，可知在Imax时对应的CF输出频率为(220×60×1600)/(3600×1000)=5.87Hz，此时电压通道输入信号为 280mVrms，1倍增益；电流通道输入信号为15mVrms，16倍增益，对应到电流电压通道满幅信号输入时的CF输出频率为 5.87×467×467/(280×15×16)=19.05Hz，有功CF缩放比例寄存器19H(WA_CFDIV)可选择008H。

3.BL6523A其他重要寄存器使用

a.有功防潜动阈值设置

如在Ib、Un情况下，有功功率寄存器0AH的值为249F0H(150000)，要求0.4%Ib能正常启动，则可将防潜动阈值设为0.2%Ib对应的有功功率，即12CH(300)；有功防潜动阈值寄存器设定值为300/(2×1.36)＝110(06EH)。

b.反向指示阈值设置

如在Ib、Un情况下，有功功率寄存器0AH的值为249F0H(150000)，要求大于0.4%Ib能指示反相，则可将反相指示阈值设为 0.4%Ib对应的有功功率，即258H(600)；反相指示阈值寄存器设定值为600/(32×1.36)＝13(00DH)。

c.有功误差调整

在1 0 0 % U n 、标准电流I b 1 . 0 下测试， 由校表台获得误差E r r ， 如E r r 为负值，则WATTGN=；如Er r为正值， 则WAT T G N =(WATTGN：功率增益)。2EH电流A通道增益调整寄存器 A_CHGN；2FH电流B通道增益调整寄存器 B_CHGN；12位寄存器，补码形式，增益调整范围±50%。

d.相位调整

相位补偿的原理是将一个小的时间延时或超前引入信号处理电路以对小的相位误差进行补偿。相位校正寄存器为8位寄存器；D7为使能位，=1时开启相位 补偿，=0时关闭相位补偿；D6…D0为延时或超前时间，2.2us/1LSB。相应的分辨率为360°× (1/450kHz)×50Hz=0.04°，最大可调5.08°。在100%Un，标准电流Ib 0.5L下测试，测得误差Err，寄存器值=[int(θ/0.04-1)]0x80，int为取整操作；如果Err为正值，改动电流通道相位 寄存器IAPHCAL、IBPHCAL；如果Err为负值，改动电压通道相位寄存器VPHCAL；1EH，电流A相位校正寄存器 IA_PHCAL；1FH，电流B相位校正寄存器 IB_PHCAL；20H，电压相位校准寄存器 V_PHCAL。

e.小信号补偿调整

小电流1.0情况下，如果小信号精度偏差较大，可通过调整有功功率偏置校准寄存器来修正小信号偏差。1AH A通道有功功率偏置校准寄存器A_WATTOS，仅影响A通道有功功率测量；1BH B通道有功功率偏置校准寄存器B_WATTOS，仅影响B通道有功功率测量；均为12位寄存器，补码形式，可调整范围+2047~-2047；如小信号情 况下，有功功率寄存器WATT(0AH)的数据为WATT_Data，有功功率误差为Err，则有功功率偏置校准寄存器的值 为：int(WATT_Data×(-Err)/1.36)(int为取整)。举例如下：如在5%Ib信号点的有功功率误差为-0.45%，有功功率寄存 器WATT(0AH)的数据为10,000，则有功功率偏置校准寄存器的值为：10000×0.0045/1.36=33。

f.电压电流的测量

在100%Un、标准电流Ib1.0情况下得到IARMS、IBRMS寄存器的值，电流有效值系数 IkA=IARMS/Ib，IkB=IBRMS/Ib。而后用户可以根据读取的IARMS、IBRMS寄存器的值除以IkA、IkB，获得实际的电流显示 值。05h，电流A有效值寄存器IARMS；06h，电流B有效值寄存器IBRMS。在100%Un电压情况下得到VRMS寄存器的值，电压有效值系数 Uk=VRMS/Un。07h，电压有效寄存器V_RMS。

g.功率因数COS∮的测量，可以直接读取PF(08)寄存器。

h.有功功率和视在功率测量，直接读取相关寄存器(WATT(0A)，VA(0B))。

4.BL6523A的校准及初始化过程

第一步，MCU上电，延时等待400Ms；第二步，对BL6523A的写寄存器的初始值依次写入，完成参数设置及芯片初始化。校准过程包括了A通道有功校准、B通道有功校准、电流电压有效值校准、有功功率校准、视在功率校准等。

BL6 5 2 3A正常工作过程：第一、保证BL6532A初始化过程的正确性。第二、读取BL6523A的有用信息。第三、监控BL6523A的工作状态，一般监控效验寄存器CHKSUM的正确性。

BL6523A的校表过程如图4所示。

5. BL6523使用中需注意的问题

(1)PCB板的地线布置对电磁干扰的防范很重要；
(2)输入模拟信号尽量平行对称；
(3)晶振的放置位置不要靠近PCB板边。

电表整体性能测试结果

电表的误差从测试及实际使用数据看，计量精度完全满足要求。1.电表能在0.5~1.3Un范围内准确测量输入电压值。2.测量电流：输入电压 220V，使用锰铜测量能在50mA~100A的范围内准确测量，使用互感器方式，可以在10mA~100A的范围内准确测量。3.测量功率：从最大 22,000W到最小测量功率在启动电流状态下的 4.4W能准确测量。4.测量功率因数：输入电压220V，功率因数能从Imax(最大电流)到工作电流在200mA被准确测量。5.通过测 试，BL6523A对于EMC的抗干扰能力无论是带负载或空载情况下都很强。

结论

计量芯片方案作为智能电表的核心方案之一。我们通过系统设计，验证了BL6523A完全符合国家电网公司的新一代智能电表的要求标准，其优异的性能、优秀的抗干扰性使硬件设计变得简单可靠，软件 设计沿用通用的接口方式，便于电表应用工程师的程序设计。此外，BL6523A还可以用于其他工业电气测量和民用电气测量领域。