BL0937 V1.0 cn

BL0937 内置时钟单相插座表计量芯片
版本信息
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内容
2015-10-30
hm & che
初始版本
2016-05-06
HCJ
V1.0：对外发布版本；主要修改脉宽描述，过流功能描
述
上海贝岭股份有限公司
上海市宜山路 810 号 021-24261000
www.belling.com.cn
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V1.0
BL0937 内置时钟单相插座表计量芯片
特点


概述
高精度，在输入动态工作范围 2500:1 内，非
BL0937 是一颗宽量程单相多功能电能计量芯
线性测量误差小于±0.5%
片，适用于单相插座表、单相插排、智能家电控制
大信号稳定性，采样电流 300mA 点，CF 输出
电路等应用，具有较高的性价比。
跳动小于±0.2%




BL0937 集成了 2 路高精度 Sigma-Delta ADC，
小信号稳定性，采样电流 50mA 点 CF 跳动小
参考电压，电源管理等模拟电路模块，以及处理有
于±0.3%
功功率、电流电压有效值等电参数的数字信号处理
芯片给出电压和电流的有效值，电流测量范围
电路。提供高频 CF1 用于指示电流/电压有效值，
（4mA~30A）@1mohm
高频 CF 用于电能计量。
芯片具有防潜动设计，确保无电流时噪声功率
BL0937 能够测量单相有功能量、有功功率、
切除。
电流电压有效值等参数；能够充分满足插座表、单
芯片上有电源电压监测电路，检测掉电状况，
相插排、智能家电等领域的需要。
工作电压低于 2.7V 时，芯片进入复位状态
BL0937 具有专利防潜动设计，配合合理的外

芯片内置 1.2V 参考电压源

芯片内置振荡电路，时钟约 2MHz

芯片单工作电源 3.3V，低功耗 6mW（典型值）

SOP8 封装
部硬件设计，
相关专利申请中
管脚与系统框图
VDD
Power On/Reset
Internal Clock
1
IP
2
IN
3
VP
4
BL0937
VDD
8
SEL
7
CF1
6
CF
5
GND
IP
IN
PGA
ADC
RMS
DSP
VP
PGA
Reference
Voltage
SOP8
WATT
ADC
Voltage to
Frequency
Converter
SEL
CF1
CF
1.25V
BL0937
GND
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1 引脚定义（SOP8）
管脚号
符号
说明
1
VDD
2，3
IP，IN
电流通道的模拟输入，管脚的最大差分电压±50mV。由于内部有 ESD 保
护电路，如果电压过压在±1.5V 时，仍然不会出现太大的破坏。
4
VP
电压信号正输入端，最大差分电压±200mV。（同上，信号最大幅度为
±1.5V）
5
GND
6
CF
1) 有功功率高频脉冲输出，输出脉宽固定为 38uS，频率与功率值成正比
2) 过流指示脚。当过流时，输出 6.78KHz 的脉冲
7
CF1
SEL=0 时,输出电流有效值,输出脉宽固定为 38uS,频率与电流值成正比
SEL=1 时,输出电压有效值, 输出脉宽固定为 38uS,频率与电压值成正比
8
SEL
配置有效值输出引脚,带下拉。
芯片电源（+3.3V），正常工作时电压应保持在+3.0V~3.6V 之间。
芯片地。
2 封装尺寸
3 极限范围
（T = 25 ℃）
项目
符号
极值
单位
电源电压 VDD
VDD
-0.3 ~ +4
V
模拟输入电压（相对于 GND）
IP、IP、VP
-4 ~ +4
V
数字输入电压（相对于 GND）
SEL
-0.3 ~ VDD+0.3
V
数字输出电压（相对于 GND）
CF、CF1
-0.3 ~ VDD+0.3
V
工作温度
Topr
-40 ~ +85
℃
贮藏温度
Tstr
-55 ~ +150
℃
功耗（SOP8）
P
10
mW
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4 电参数
（VDD =3.3V，GND＝0V，片上基准电压源，2MHz 晶振，常温，高频输出降频后测量）
测量项目
符号
测量条件
测量点
最小
典型
电源 VDD
VDD
功耗
Iop
VDD=3.3V
有功功率测
量误差
（绝对误差）
WATTerr
2500:1 输入动态
范围
CF
0.3
0.5
%
有功功率测
量跳动
（大信号）
Δ
@6%Ib,Ib=5A
300mA 输入@
1mohm 采样电
阻，测试 2 圈平
均
CF
0.1
0.2
%
有功功率测
量跳动
（小信号）
Δ @1%Ib，
Ib=5A
50mA 输入@
1mohm 采样电
阻，测试 1 圈
CF
0.15
0.3
%
通道间相角
引起测量误
差（容性）
PF08err
相位超前 37
（PF=0.8）
0.5
%
通道间相角
引起测量误
差（感性）
PF05err
相位滞后 60
（PF=0.5）
0.5
%
AC 电源抑制
（输出频率
幅度变化）
ACPSRR
IP/N=100mV
0.1
%
DC 电源抑制
（输出频率
幅度变化）
DCPSRR
VP/N=100mV
0.1
%
电压有效值
测量精度（相
对误差）
VRMSerr
电流有效值
测量精度（相
对误差）
IRMSerr
3.0
Ib
最大
单位
3.6
V
3
mA
CF1
0.3
%
CF1
0.3
%
模拟输入电
平（电流）
电流差分输入
（峰值）
50
mV
模拟输入电
平（电压）
电压差分输入
（峰值）
200
mV
模拟输入阻
抗
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VP/IP/IN
4/8
370
kΩ
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SEL 下拉电
阻
SEL（下拉）
80
kΩ
模拟输入带
宽
（-3dB）
3.5
kHz
1.218
V
内部电压基
准
Vref
VREF
逻辑输入高
电平
VDD=3.3V±
5%
逻辑输入低
电平
VDD=3.3V±
5%
逻辑输出高
电平
VDD=3.3V±
5%
IOH=5mA
逻辑输出低
电平
VDD=3.3V±
5%
IOL=5mA
过流阈值
1mΩ 电流采样
电阻
2.6
V
0.8
V
VDD-0.5
过流指示频
率 CF
过流响应时
间
V
0.5
V
36
A
6.7
KHz
200
ms
5 工作原理
5.1 有功计算原理
电能计量主要把输入的电压和电流信号按照时间相乘，得到功率随着时间变化的信息，
假设电流电压信号为余弦函数，并存在相位差Ф ，功率为：
p(t )  V cos(wt )  I cos(wt  )
令  =0 时：
p(t ) 
令   0 时：
VI
(1  c o s2(wt )
2
p(t )  V cos( wt )  I cos( wt  )
 V cos( wt )  I cos( wt ) cos( )  sin( wt ) sin()
VI
(1  cos(2wt )) cos()  VI cos( wt ) sin( wt ) sin()
2
VI
VI

(1  cos(2wt )) cos()  sin(2wt ) sin()
2
2

p(t)称为瞬时功率信号，理想的 p(t)只包括两部分：直流部分和频率为 2ω 的交流部分。
前者又称为瞬时实功率信号，瞬时实功率是电能表测量的首要对象。
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在通过对电流电压信号高精度采样及模数转换后，电流电压信号通过数字乘法器得到瞬
态功率信号p(t)。让p(t)通过一个截至频率很低（如1Hz）的取直低通滤波器，把即时实功
率信号取出来。然后对该实功率信号对时间进行积分，得到能量的信息。如果选择积分时间
十分的短，可以认为得到的是即时能量消耗的信息，也可以认为是即时功率消耗的信息，因
为前后两者成正比关系。如果选择的较长的积分时间，得到的是平均的能量消耗的信息，同
样也可以认为是平均功率消耗的信息。
取直低通滤波器的输出会被送到一个数字-频率转换的模块，在这里即时实功率会根据
要求作长时或短时的积分（即累加计数），转换成与周期性的脉冲信号。输出的脉冲信号频
率与能量消耗的大小成正比。
同样，电压和电流有效值计算出来后也会被送到数字-频率转换模块，转换成一定频率
的脉冲信号，频率与电压电流有效值的大小成正比。
5.2 电源供电监视
芯片包含一块片上电源监视电路，能够连续检测电源（VDD）。如果电源电压小于 2.7V
±5%，则芯片不被激活（不工作）
，也就是说当电源电压小于 2.7V 时，不进行能量累加。这
种做法可以保证设备在电源上电掉电时保持正确的操作。此电源监视电路有滞后及滤波机
制，能够在很大程度上消除由于噪声引起的错误触发。一般情况下，电源供电的去耦部分应
该保证在 VDD 上的波纹不超过 3.3V5%。
6 芯片应用
6.1 BL0937 典型应用
BL0937 典型应用框图如下所示。采用 3.3V 供电。电流信号通过合金电阻采样后接入
BL0937 的 IP 和 IN 管脚，电压信号则通过电阻分压网络后输入到 BL0937 的 VP 管脚。CF、
CF1、SEL 直接接入到 MCU 的管脚，通过计算 CF、CF1 的脉冲周期来计算功率值、电流有效
值和电压有效值的大小。
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N
L
220V  3.3V
 DC
AC
510
IN
510 68nF
VP
SEL
CF1
MCU
CF
GND
200K
68nF
200K
200K
510
200K
200K
6.2
200K
负载
BL0937
合金电阻
1mΩ
VDD
IP
68nF
CF、CF1 的频率
BL0937对输入的电压和电流两个通道的输入电压求乘积，并通过信号处理，把获取的有
功功率信息转换成频率；在这个过程中，同时通过运算计算出电压有效值和电流有效值并转
换成频率。有功功率、电压和电流有效值分别以高电平有效的方式从CF、CF1输出相关的频
率信号。
（1）有功功率的输出脉冲频率计算公式：
FCF = 1721506 *
V(V)*V(I)
Vref2
（2）电压有效值输出脉冲计算公式：
FCFU = 10889 *
V(V)
Vref
（3）电流有效值输出脉冲计算公式：
FCFI = 94638 *
V(I)
Vref
V(V)——电压通道管脚的输入电压有效值
V(I)——电流通道管脚的输入电压有效值
Vref——基准电压（1.218V）
6.3
防潜动
BL0937 具有专利防潜动设计，配合合理的外部硬件设计，可确保在无电流时噪声功率
不被计入电能脉冲。防潜动阈值为满量程输入信号对应有功功率的十万分之 3.5
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6.4
过流检测
BL0937 内部有快速过流检测功能，能在 200mS 内检测电流过载，同时在 CF 管脚输出
过流指示信号。便于设计过流保护电路。
6.5
电流/电压有效值输出
BL0937 的电流/电压有效值通过 SEL 选择从 CF1 管脚输出，SEL=0 时 CF1 管脚输出电
流有效值对应的高频脉冲，SEL=1 时 CF1 管脚输出电压有效值对应的高频脉冲。内部电流
、电压有效值计算模块独立，SEL 切换等待时间<10uS。
注：由于工艺和设计变化等原因所引起的以上规范的变化，不另行通知。请随时索取最新版本的
产品规范。
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