单相多功能电能表参考设计方案

    寻求一个低成本、优质的方案一直是电能表行业所追求的目标。随着电力改革，新技术的推进及分时电价的调整等用电政策的出台，国家电网公司出台了电能表的新标准，为此，中电公司设计出单相多功能电能表参考解决方案，来满足市场的需求。

    电能表采用了飞思卡尔MC9S08MZ60微控制器为控制核心，整合了CEACSZ、Epson、NS、贝岭BL6523、BL55076等重点高性能器件。整体电能表系统结构如图1。

    当电能表接入交流电路，BL6523对电流电压信号进行采样，两端电流信号和电压信号先后分别经高精度的模数转换(ADC)将模拟信号转换为数字信号，然后通过采样滤波器、高通滤波器滤去高频噪声与直流增益，得到需要的电流采样数据和电压采样数据，如图2所示。

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    其中电流电压瞬态值是将电流采样数据和电压采样数据相乘得到，电流电压瞬态值经过低通滤波器输出平均有功功率。将电流电压采样数据分别通过平方电路、低通滤波器、开平方电路得到电流有效值和电压有效值。

    BL6523对输入数字信号进行处理，完成数字滤波、过零检测、相位校正后得到数据，经过时间积分累计计算获得电能计量。计量芯片BL6523集成一个SPI接口，通过SPI接口与MCU(MC9S08MZ60)之间进行计量参数以及校表参数的传递。MCU中断捕获并对电量脉冲进行计数，并查询记录电量方向。

    主要器件及其性能分析

    主控芯片8位MCU MC9S08MZ60采用增强型HCS08内核，40MHzCPU，20MHz内部总线; 60kB片上flash和2kB片上RAM;等待模式加两个停止模式的低功耗设计;具有掉电自动比较检测功能，缩短开发时间，实现软件零开销。芯片配置较好，性能稳定可靠，功耗和成本低。计量芯片采用贝岭数字防窃电的计量专用芯片BL6523，此芯片具有较高的性价比，集成了高精度Sigma-Delta ADC、参考电压电路、电源管理电路等模拟电路模块，以及处理有功功率、电流电压有效值等电参数的数字信号处理电路。LCD驱动模块采用贝岭BL55076，这是一款通用型液晶控制和驱动单芯片，汉字显示清晰直观。电源管理芯片采用NSLM2841，这是一款低功耗高效率且具有短路保护电源管理芯片。实时时钟采用RX-8025T，内置高稳定度的数字温度补偿晶振荡器，I2C总线速度高达400kbit/s，具备日历、计时、闰年自动调整功能，功耗低，日计时准确度≤0.5s/d。

    中电设计单相多功能电能表，所采用器件都是以高质量、高精度、高稳定性、低功耗、低成本出发，具有一定的价格竞争力。电能表除了具有电能计量功能外，还具有多费率分时计量、预付费、防窃电、存储、时间管理、红外和RS485通讯接口等多种功能。功能完善，适用于居民、商店、学校等场合，是当前用电体制改革，实现电能商品化和高低峰分时计量，调整电网负荷状态的理想电能计量产品。