基于90E32芯片的高精度计量电路的设计与应用

查恋池+彭梅

摘 要 本文主要谈论三相电子式电能表，而随着工业化、电子化、智能化的发展，电能表作为用电户与电力部门之间的计量器具，其计量的准确性要求也越来越高。结合实际需求，本文将从计量基本原理和计量电路设计两方面讲述高精度计量芯片90E32在三相电子式电能表的应用，其中包括分压电阻网络、抗混叠滤波器、电流互感器采样电路等。

【关键词】电子式电能表 高精度计量 分压电阻网络 抗混叠滤波器 电流互感器

随着社会发展，工业、农业、商业以及居民生活的用电需求迅速增长，电能的交易日益频繁，因而电能表作为用电户与电力部门之间的计量器具，其计量的准确性要求也越来越高。同时，微电子技术和电子工业化的高速发展，模拟-数字转换技术和高集成度电路的逐步完善，对电能计量精度提出了新的要求，但技术的发展始终离不开其核心基本原理，本文将结合实际运用，重点讲述高精度计量电路在三相电子式电能表上的设计。

1 电子式电能表的基本原理

电子式电能表是以高集成度的电能计量芯片为核心器件的一种电能计量仪表。相比传统的感应式电能表，由于没有转盘、磁铁等机构，电子式电能表具有集成化和智能化程度高、准确度高、体积小、重量轻、功耗低等优点。电子式电能表计量电路原理框图如图1所示。

如上图中电能表中通过电压电流取样电路后，得到较小的模拟电信号，经过∑-Δ模数转换器得到对应的数字信号，便于计量芯片进行运算，乘法器为电能计量的核心器件，将电压和电流信号进行乘法运算，获得瞬时功率，再通过低通滤波器得到平均功率，平均功率通过P-f功率/频率转换器，获得与平均功率成正比的脉冲信号。

其中电压电流采样电路可采用电阻网络取样和互感器取样两种方式，电阻网络取样电路，由于不具有电气隔离特点，一般仅使用在单相表上，三相表前端多为互感器取样电路。互感器取样电路，T1为电压互感器，T2为电流互感器，如图2所示。

2 高精度计量电路的设计与实现

2.1 实现方式

本文叙述的电子式电能表采用高集成度计量芯片90E32AS，集ADC转换器、乘法器、低通滤波器、P-f转换器于一体，相较于高精度ADC+ 软件DSP处理方式来说，集成芯片极大地简化了软件设计和电路设计，提高了电表运行的可靠性和稳定性。

2.2 设计举例

2.2.1 设计要求

电压规格：3*220/380V

电压波动范围为：+20%

额定电流：5A

最大电流：60A

准确度等级：1级

起动电流：≤0.004Ib

2.2.2 计算过程

（1）抗混叠滤波器设计。不管怎样的ADC采样系统，均会引人混叠信号，为消除混叠信号的影响，最简单的方法是串入一级RC低通滤波器，对于传统的互感器方式，推荐此RC低通滤波器截止频率设计为5KHz。电压和电流采样回路均需在计量芯片AD采样输入端设计抗混叠滤波器。假定R=1kΩ，则C=f/2πR≈33nF。

（2）计算电压信号取样范围。90E32 ADC差分输入电压范围：120μVrms～720mVrms；考虑电压+20%调整范围和过电压120%，则电压信号取样范围为：

3 结论

本文介绍了基于高精度计量芯片90E32計量电路的设计，电路结构简单，运用计量芯片自带DSP模块，可简化软件设计，亦能满足高精度计量需求。同时在实际应用中，会经过复杂的校表过程，而达到国网标准计量误差要求，目前的校表方式主要为脉冲校表法，后面出现的功率校表法，由于其大大缩减其校表时间，已逐步替代脉冲校表法。电能表作为一种计量器具，还应不停探索高精度计量方式。

参考文献

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作者单位

武汉盛帆电子股份有限公司 湖北省武汉市 430020