BL0932B 特点 单相双向功率电能计量芯片 概述 适用于单相电度表的设计 BL0932 系列（包括 BL0932、BL0932B）集成电 线性好，动态工作范围大 路是目前国内广泛使用的电子电度表的核心芯片， 明显改善校表误差跳动 基于此系列芯片设计的电子电度表具有外围电路 精确测量正、负两个方向的有功功率，且以同 简单、精度高、稳定性好等特点，适用于单相两线 一方向计算电能 电力用户的电能计量。 防潜动功能 BL0932B 是 BL0932 的改进型芯片，改善了校 慢速输出脉冲能直接驱动电机工作，快速输出 脉冲可用于计算机数据处理 BL0932 测量负向有功功率的功能。它能精确测量 芯片上带参考电压源-1.25V±8%（温度系数典 表误差跳动比较明显的状况。 BL0932B 保持了 型值 30ppm/℃） 正、负两个方向的有功功率，且以同一方向计算电 能。Pin8 输出较高频率的脉冲，用于计量和计算机 双工作电源±5V 数据处理，Pin13 和 Pin14 输出较低频率的脉冲用 低功耗 25mW（典型值） 于驱动脉冲电机，间接驱动机械字轮计度器积算功 采用 20 脚的双列直插式塑料或陶瓷封装 率，记录用电量。利用 BL0932 系列芯片可以制成 具有真正的反窃电功能的电子电度表，这种电度表 以同一方向计量积算正向或负向的有功功率，累计 用电量，深受供电部门欢迎。 BL0932 系列芯片无论测量正向有功功率或负 向有功功率都有很高的精度(优于 1%)，且在测量负 相关专利申请中 向功率时 Pin9 有负电平输出，用于指示该时的功率 为负方向。 BL0932B 主要针对 BL0932 校表误差跳动问题 进行改进，测量数据表明在 Ib(5A)情况下大信号的 跳动在 0.3%左右，此项性能明显优于 BL0932。 管脚与框图 20 2 19 3 18 4 17 5 6 7 BL0932B 1 16 15 14 8 13 9 12 10 11 电流采样 信号 电压采样 信号 快速脉冲 缓冲放 大器 模拟乘 法器 缓冲放 大器 电压 频率 转换器 32KHz 时钟 计数 电路 驱动 电路 控制 电路 DIP 20 http://www.belling.com.cn -1Total 9 Pages 8/18/2006 慢速脉冲 BL0932B 单相双向功率电能计量芯片 管脚描述 管脚号 1，2 符号 Vi1，Vi2 说明 电流采样信号输入管脚 3 AGND 内部模拟电路的接地点 4，5 Vv 6，7 Vr6，Vr7 8 P8 有功功率计算快速脉冲输出管脚 9 S9 负向有功功率指示信号 10 Tc 测试控制端 11 Vss 负电源（-5V） 12 DGND 13，14 Vm 脉冲电机驱动慢速脉冲输出管脚 15，16 OSC 晶振 17 Vdd 正电源（+5V） 18，19 C1 外接积分电容 C1 输入管脚 19，20 C2 外接积分电容 C2 输入管脚 电压采样信号输入管脚，内部内连 参考电压调整端管脚 内部数字电路的接地点 极限范围 ( Ta = 25℃ ) 项 目 符 号 极 值 单 位 正电源电压 Vdd +6(max) V 负电源电压 Vss -6(min) V 输入电压 Vv Vdd+0.5≤Vv≤Vss-0.5 V 输入电压 Vi Vdd+0.5≤Vi≤Vss-0.5 V 工作温度 Topr -20 ~ +75 ℃ 贮藏温度 Tstr -40 ~ +120 ℃ 常温电参数 （Ta = 25℃，Vdd = 5V，Vss = -5V，Fosc = 32.768KHz，θ(Vi~Vv) = 0，Pin8、9 通过 500Ω接地） 测量项目 正电源电流 符号 Idd 测量条件 Vv, Vi = 0 测量点 Pin17 最小 1.5 典型 2.5 最大 3 单位 mA 负电源电流 Iss Vv, Vi = 0 Pin11 2.5 3.5 4 mA 参考电压 Vr6 Vv, Vi = 0 Pin6 -1.2 -1.25 -1.3 V 参考电压 Vr7 Vv, Vi = 0 Pin7 -0.6 -0.625 -0.65 V 负向有功功率 指示 V9 Vv=0.85V, Vi=1.7mV, Pin9 -4 V 有功功率积算 V8 Pin8 -4 V ϕ=π http://www.belling.com.cn Vv=1V, Vi=7mV -2Total 9 Pages 8/18/2006 BL0932B 单相双向功率电能计量芯片 脉冲 马达驱动电压 Vm Pin13,14 接 400Ω Pin13,14 -4 非线性误差% eNL 不补偿，Vv=0.85, Vi=43µV~12mV Pin8 |±0.85%| 启动电流 ISTAR Ib=5A , C=3200, ϕ=0 Vv=0.85V Pin8 正、负向有功 功率误差% eNP Vv=0.85V, VI=1.7mV, Pin8 V µV 0.2%Ib |±0.5%| ϕ=0 Vv=0.85V, VI=1.7mV, ϕ=π 第 13、14 脚与 第 8 脚输出频 率之比 fm / f8 Vv=0.85V, Vi=1.7mV Pin13,14 Pin8 第 8 脚的漏电 流 I18 Vv,Vi=0V, V8 =0V Pin8 -100 A 第 9 脚的漏电 流 I19 Vv,Vi=0V, V9 =0V Pin9 -100 A 第 13,14 脚的 漏电流 I13,14 Vv,Vi=0V, V13,14=0V -100 A 1:16 指标说明 1） 非线性误差% BL0932B 的 Pin1 和 Pin2 不加补偿，Pin4 与 Pin3 之间的交流电压 Vv 为 0.85V，功率因数 cosϕ=1，Pin1 与 Pin2 之间电压 Vi 在 100µV~12.5mV 范围内， 任何一点相对于 Vi=1.7mV 的测量非线性误差小于|±0.85%|： eNL% ＝ | [ (X 点误差% - 1.7mV 点误差%) / (1 + 1.7mV 点误差%) ] * 100% | 2） 启动电流 在电表常数 C=3200，基本电流 Ib=5A、cosϕ=1、Vv=0.85V、5％Ib 点电度表误差为正的条件下，能使 Pin8 产生脉冲信号的电流回路中的最小交流电流。 3） 正、负向有功功率误差% 在相等的有功功率条件下，在 Vv=0.85V、Vi=1.7mV 点，BL0932B 测得的负向有功功率与正向有功功 率之间的相对误差： eNP% = | [ (eN%-eP%) / (1+eP%) ] * 100% | eP%：正向有功功率误差；eN%：负向有功功率误差。 工作方式 BL0932B 的传递函数： 其中： Fout= G×Vi×Vv×cosφ Vv 电压取样值 Vi 电流取样值 G 芯片增益 (≈594) Fout Pin8 的输出脉冲频率 (CLK = 32768Hz) Fs 输出脉冲频率： Fs=A×Vi×Vv×cosφ/Vref2 http://www.belling.com.cn -3Total 9 Pages 8/18/2006 BL0932B 单相双向功率电能计量芯片 其中： Vref 参考电压 A 频率转换常数 (≈116) Fs 步进马达驱动频率 （Pin13，Pin14 的综合频率） Pin10 是 BL0932 系列芯片的测试管脚，可以通过接不同的电压（+5V、0V 或-5V）来 调整芯片的工作模式，Pin10 输入电压与 Pin8、Pin9 和 Pin13、Pin14 输出脚关系如下表所示： Pin10 (IN) 输入 功率 Pin8(OUT) Pin9(OUT) Pin13(OUT) Pin14(OUT) +5V 正功 快速功率计数 脉冲 快速功率计数 脉冲 宽度为 125mS 的负脉冲， 1/16Pin8 频率 宽度为 125mS 的负脉冲， 1/16Pin8 频率 +5V 负功 快速功率计数 脉冲 快速功率计数 脉冲 宽度为 125mS 的负脉冲， 1/16Pin8 频率 宽度为 125mS 的负脉冲， 1/16Pin8 频率 0V 正功 负向被调制的 功率脉冲 ( 0/-5V ) 0V(DC) 宽度为 125mS 的负脉冲， 1/16Pin8 频率 宽度为 125mS 的负脉冲， 1/16Pin8 频率 0V 负功 负向被调制的 功率脉冲 ( 0/-5V ) -5V(DC) 宽度为 125mS 的负脉冲， 1/16Pin8 频率 宽度为 125mS 的负脉冲， 1/16Pin8 频率 -5V 正功 功率脉冲 ( 0/-5V ) 0V(DC) 宽度为 125mS 的负脉冲， 1/16Pin8 频率 宽度为 125mS 的负脉冲， 1/16Pin8 频率 -5V 负功 功率脉冲 功率脉冲 （频率为 Pin8 的 2 倍） 宽度为 125mS 的负脉冲， 1/16Pin8 频率 宽度为 125mS 的负脉冲， 1/16Pin8 频率 1） 输入功率（正/负） 指 Pin4-Pin3 间的电压采样信号 Vv 与 Pin2-Pin1 间的电流采用信号 Vi 乘积 Vv*Vi*cosϕ 的符号，大于零为正功，小于零为负功。 2） Pin13 和 Pin14 输出脉冲互相在对方周期的中间位置，所以 Pin13,Pin14 的综合输出频率为 1/16 的 Pin8 输出信号频率。 质量保证 质量部对 BL0932 系列芯片采取了以下保证措施： 1） 成品在 125℃条件下作动态电老化 15 小时。 2） 老化结束后，再进行成品测试。 应用举例 用 BL0932 系列芯片做（Ib＝5A，C＝3200P/kwh ) 的电子电度表 1） 计算 Vi 取 Ro=800µΩ，设电度表的计度功率为 1Kw 时 则：流过 Ro 的电流 I＝1000/220＝4.54 (A) http://www.belling.com.cn -4Total 9 Pages 8/18/2006 BL0932B － 单相双向功率电能计量芯片 － 此时 Ro 两端的电压为 Vi＝4.54×5×10 4＝2.27×10 3（V） 2） 计算 Vv 根据 BL0932B 的原理公式 Fout=G×Vi×Vv×COSΦ (G=594±15%) 设电度表计度能量为 1Kwh，COSΦ＝1 时，电度表误差为零，则此电度表在 1 小时内 在 Pin8 发出的功率计数脉冲的频率 Fout 为： 则：Fout=C/3600=3200/3600=0.8 (P/Kws) － Vv=0.8/594×2.27×10 3＝0.658 (V) 实际上电流取样电阻 Rθ的值一般误差较大，芯片的增益呈正态分布，所以在实际电路 中 Vv 的值应有一定的变化范围，由较宽的适应性。 3） 计算调整电阻网络群 R1*范围 参见电度表工作原理图，R1 即原理图中的 R1～R11 UAG/UBG=[R2＋(R4＋R7)/R8] / [(R4+R7)/R8] =[470+(910+5.1)/27] / [(910+5.1)/27] UAG=12.45 (V) RAG=[R2+(R4+R7)/ R8] /R3=491.22/47=42.93 (KΩ) Umin/UAG*=(R12+R1*+RAG)/RAG 220/UAG*=(330+R1*+42.93)/42.93 R1*=9444.6/UAG-372.93 R1*=9444.6/(0.85~1.15)×12.45-372.93=(519~287) (KΩ) 最后确定电阻网络群 R1* 4） 计算小信号时的补偿电阻 R5*、R6* VCG/VBG=R7/(R4+R7) VCG=5.1/915.1×0.658=3.67 (mV) 当在 0.05Ib 时 Vi 作 0.5%的正补偿。 则在 0.05Ib=0.05×5＝0.25 (A) － 此时在 Ro 上的压降为 Vi=0.25×5×10 4＝0.125mA 当补偿 0.5%时则：V 补＝1.25×10 – 4×0.5%=0.625µV VCG/V 补＝R5/R15 R5＝587 (KΩ) 取 610KΩ 同理，当在 0.05Ib 需作负补偿时，R6 也可取 610KΩ http://www.belling.com.cn -5Total 9 Pages 8/18/2006 BL0932B 单相双向功率电能计量芯片 典型应用 印刷电路板制作 在电子电度表中，220V 的高电压和µV 数量级的小信号共集于一块印刷电路板上，只要 在 Pin1、Pin2 之间形成 0.25µV 左右的干扰信号就会明显影响电度表的非线性误差。所以， 该表的印刷电路板的质量、焊接和装配是产品的关键。 11 1） 印刷电路板应具有良好的绝缘 —— 印刷电路板的绝缘电阻应大于 10 Ω，用 1000MΩ 的兆欧表测量印刷电路板上任何两不相连的点（线），表指针不能有明显的摆动。 2） 印刷电路板走线要科学 —— 220V 的高电压走线要尽量短，尽量远离小信号的走线。 R17、R16、C4 和 C5 这些元件要尽量使其靠近电路板边缘。Pin1、Pin2 是主要的小信号输 入端，这两脚的引线要互相靠近、平行走线，使两线所处条件相似，而且要尽量远离其它信 号线。Pin3 是模拟信号零线，应该尽量避免与测量信号无关的杂乱电流流经此线。 3） 印刷电路板单面走线 —— 单面走线，另一面铜箔既作电磁屏蔽用，又作地线用，以降 低地线导通电阻，减少干扰信号。 元器件的选择 1） 晶振质量要求 晶振的质量会影响电子电度表中振荡电路的起振时间和起振可靠性。以下给出两组质量 比较好的晶振参数，特别要注意的是 Rq 不能过大（<35K）。 Lq=11800H、Cq=0.002PF、Rq=15K~35K、C0=0.93PF http://www.belling.com.cn -6Total 9 Pages 8/18/2006 BL0932B 单相双向功率电能计量芯片 Lq=7864H、 Cq=0.003PF、Rq=15K~30K、C0=1.8PF 2） 分压网络中电阻参数要求 BL0932B 电子电度表的电阻分压网络的分压系数一定要稳定，否则会引起电度表精度 的不稳定。要保证一级表的精度，建议使用精度优于 1%、温度系数小于 100ppm/oC 的电阻。 3） 电解电容器 电解电容器的寿命直接影响到电能表的工作寿命。建议使用长寿命高温度系数的电解电 容器。 相位补偿 分压网络中经常需要在电阻 R11 上并联一个小电容来补偿 cosϕ=0.5(L)功率因数。以阻 值为 270K 的 R11 并联一个电容 C14=22～100PF，可以在 cos60o(L)时这点产生-0.1～-0.4% 的误差补偿。根据电度表的外围分布参数的变化，应用中补偿电容 C14 的电容量需要相应 调整。如果功率因数误差较小时，可以不加此部分电路。C14 的耐压要大于等于 200V。 关于 EMC 设计的补充 1） 减小较长引线的干扰 在推荐的应用电路图中，在 BL0932B 的 10 脚和 11 脚之间增加了一个 0Ω的电阻，这 完全是布线的需要；在 BL0932B 的 13、14 脚分别对地增加了 4700p 的滤波电容。由于到计 度器引线脚的线路一般较长，为了提高抗干扰性能，我们设计了四个电容，其间的 0Ω电阻 同样也是布线的需要。 2） 电源布局 将电源部分和光耦放在右边，将 BL0932B 及其外围贴片元件放在左边。这样将使 BL0932B 尽可能地远离电源部分，从而优化了 BL0932B 的工作环境。 图四 3） BL0932B 的外围器件分布 （1）电流采样输入端 将限流电阻 R13、 R14 紧靠电流采样输入端(I＋、I－)，让滤波电容 C8、 C9 靠近 BL0932B。 由于 R13、R14 底下走了一根地线，因此当干扰信号流过 R13、R14 时，其产生的磁场将先 被地线旁路一部分。剩下的再被 C8、C9 滤波一次，这样由该端进入 BL0932B 的干扰信号 就小多了。 （2）电压采样输入端 电压采样输入端(N)信号将流经一连串的网络电阻，将这些网络电阻(R1~R11)尽量分布 成环形，使电流产生的磁场在环形网络电阻区间能相互削弱，从而减少影响 IC 的程度。 （3）计度器输出端 由于从 BL0932B 的 13、14 脚到计度器输出端往往线路较长，所以我们在 13、14 脚和 http://www.belling.com.cn -7Total 9 Pages 8/18/2006 BL0932B 单相双向功率电能计量芯片 计度器输出端分别设计了两个对地电容，使从计度器端进人的干扰信号确保"自始至终"被滤 掉。 图五 4） 整板布线 如图六所示为推荐的整板焊接面布线图。在主要的电阻底下皆走了一根地线，用于吸收 干扰的电磁场信号和旁路流过电阻的电流所产生的电磁场。在元件面和焊接面所有无线路的 部分皆进行了覆铜(光耦付边除外，否则影响绝缘指标)，从而提高了整机的抗 EMC 性能。 图六 BL0932B 基板(版本 020723) Comment Footprint Quantity Designators 0 1206 3 R17 R19 R23 0.1u 0805 4 C2 C3 1.5K 1206 1 R9 100 1206 2 R13 1000u/10V CBA 1 C5 100K 1206 1 R3 http://www.belling.com.cn C10 C11 R14 -8Total 9 Pages 8/18/2006 BL0932B 12K 1206 1 R6 2.7K 1206 1 R15 2200u/10V CBA 1 C4 22p 0805 1 C14 24K 1206 1 R5 270K 1206 3 R1 300K 1206 1 R22 3K 1206 1 R8 4.7K 1206 2 R16 R18 4700p 0805 8 C6 C7 5.1 1206 1 R21 51K 1206 1 R4 6.2K 1206 1 R7 620 1206 1 R20 750 1206 1 R10 BL0932 DIP20 1 U1 CBBn-0.33u CBB 1 C1 CRYSTAL XTAL2 1 XTAL DIODE(IN4007) D 2 V1 LED LED 1 LED NEC2501 DIPP4 1 U2 R11(压敏电阻) Rv 1 Rv RJ14-470 RM 1 R12 ZENER(5.1V) DW 2 V3 R2 单相双向功率电能计量芯片 R11 C8 C9 C12 C13 C16 C15 V2 V4 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。 http://www.belling.com.cn -9Total 9 Pages 8/18/2006