上海贝岭BL0910十相交/直流电能计量芯片：高精度与多功能的完美融合

在电子工程领域，电能计量芯片是实现精准电力测量和监控的关键组件。上海贝岭的BL0910十相交/直流电能计量芯片凭借其卓越的性能和丰富的功能，为5G基站、数据中心等众多应用场景提供了可靠的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款芯片。

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产品简述：高性价比的多通道计量方案

BL0910是一颗内置时钟多路免校准电能计量芯片，最多可实现10相交/直流电能计量，适用于5G基站直流检测模块、数据中心PDU、5G基站宏单元多回路电表、配电柜、多路故障检测等应用。它集成了11路高精度Sigma - Delta ADC，可同时测量11路信号（电流或电压），能够测量电流、电压有效值、有功功率、有功电能量等参数，还具备快速电流有效值输出（用于漏电监控、过流保护等故障检测）、温度检测、波形输出等功能，并通过UART或高速SPI接口输出数据，充分满足物联网大数据采集的需要。此外，芯片出厂通道测量误差校准到<1%，在整机不校准情况下，外部使用高精度采样电阻时，整机测量误差小于2%；若需要满足高精度测量需求（整机误差<0.3%），则需要整机校准。

基本特征：高精度与多功能并存

主要特点

• 多通道计量：支持10路电能计量模式，共用1路电压，分别与10路电流产生10路电能计量。
• 高精度测量：在输入动态范围（5000:1）内，有功电能非线性测量误差小于0.1%；电压和电流的有效值，测量动态范围（2500:1）内，有效值误差小于0.1%。
• 波形处理灵活：对于输入波形，可通过选择不同滤波器，获得全波、基波或直流有效值及功率。
• 直流测量可选：可选直流信号测量，输入动态范围2000:1，测量误差<±1%。
• 免校表设计：批次出厂增益误差小于1%，外围采用高精度电阻、电容可免校表，满足二级表需求。
• 丰富功能集成：内置波形寄存器用于波形分析；具备漏电监控功能，可测量1mA以上漏电，响应时间最快10mS，漏电监控阈值及响应时间可设置；每路过流输出指示，过流阀值可设置，响应时间可设置；内置温度传感器，测量范围 -40℃~85℃，测量精度±2℃，满足产品本身过温监控、室温测量等需求；可分析负载形式；内置有功、能量、电流/电压有效值及夹角寄存器；支持UART /SPI输出；具备防潜动设计，确保无电流时噪声切除；电源掉电监测，低于2.7V时芯片复位；内置基准参考电压源和振荡电路，时钟约8MHz；单工作电源3.3V，低功耗40mW（典型值），采用LQFP48封装。

系统框图与管脚排列

系统框图展示了芯片的内部结构，包括多个PGA Σ - ΔADC、DSP、温度传感器、基准电压源等模块，各模块协同工作实现电能计量和相关功能。管脚排列（LQFP48）详细说明了每个管脚的功能和用途，如温度检测端、基准电压输入输出端、电流和电压通道差分输入端、SPI和UART通讯脚等，为工程师进行硬件设计提供了清晰的参考。

性能指标

电参数性能指标涵盖了有功功率测量误差、无功功率测量误差、通道间相角引起的测量误差、AC和DC电源抑制、电压和电流有效值测量精度、模拟输入和逻辑输入输出的相关参数、电源电压和功耗等方面。极限范围规定了电源电压、模拟输入和输出电压、数字输入和输出电压、工作温度、贮藏温度和功耗的极值，确保芯片在安全可靠的范围内工作。

工作原理：精准计量的核心奥秘

电流电压波形产生原理

芯片共有11路相同结构的高精度ADC，采用双端差分信号输入。输入信号通过模拟模块放大器（PGA）和高精度的模数转换（ADC）转换后的PDM码传输给数字模块，数字模块经过相位校准、降采样滤波器（SINC）、可选高通滤波器（HPF）或基波低通滤波器或取直流低通滤波器后，通过增益及偏置校正等模块，得到需要的电流波形数据和电压波形数据。11通道的PGA增益可调，具体设置见通道PGA增益调整寄存器说明。同时，还涉及相位补偿、通道偏置校正和通道增益校正等环节，以确保波形数据的准确性。

有功功率计算原理

电流和电压波形通过数字乘法，然后依顺序经过低通滤波器、增益和偏差校准、防潜动判断及平均处理后获得功率信号。每个通道都可分别选择有功波形，通过用户模式寄存器MODE1进行设置。对应10路电流分别乘以1路电压，获得10路功率信号，可通过add_sel寄存器设置总有功功率的加法方式（绝对值加或代数和加）。此外，还包括有功功率校准、有功功率的防潜动和有功功率小信号补偿等功能，以提高有功功率测量的准确性。

有功能量计量原理

提供10通道的电能脉冲累计，每个通道的有功功率通过一段时间的积分，获得这段时间有功能量，并进一步把能量转化成对应频率校验脉冲CF。对CF脉冲的计数可以获得能量（用电量），存放在相应的能量累计寄存器中。可通过MODE3寄存器选择CF管脚输出电能脉冲，以及设置总能量的相加方式（代数和加或绝对值加），还可通过CF_DIV寄存器设置能量累计的快慢。

电流电压有效值计算原理

每个通道的原始波形经过平方电路、有效值低通滤波器、开根电路，得到有效值的瞬时值，再经过平均得到每个通道的平均值。有效值输出存于相应的寄存器中，可通过设置MODE2寄存器选择有效值计算输入波形、有效值平均刷新时间。同时，包含有效值校准和有效值的防潜动功能，确保有效值测量的准确性。

快速漏电/过流检测原理

11个通道均有快速有效值寄存器，可检测半周波或周波有效值，用于漏电或过流检测。输入波形通过取绝对值，然后在规定时间内积分，获得快速有效值，该值与预先设定的阈值比较，超出则给出标志。可通过相关寄存器设置快速有效值输入选择、累计时间和阈值、电网频率等参数，还具备快速有效值超限数据保存、过流指示和继电器控制等功能。

无功计算

无功只计算1相，通过寄存器选择需要计算的那一相位（10路和合相），缺省计算基波无功。电流和电压波形通过Hillbert滤波器后，再进行数字乘法，然后依顺序经过低通滤波器、增益和偏差校准、防潜动判断及平均处理后获得无功功率信号，经过积分后获得无功能量脉冲累计。包括无功功率输出、校准、防潜动、小信号补偿、无功能量输出和输入选择等功能。

视在和功率因子计算

视在功率只计算1相，通过寄存器选择需要计算的那一相位（10路），功率因子也只计算一相。电流和电压有效值进行数字乘法，然后依顺序经过增益和偏差校准获得无功功率信号，经过积分后获得无功能量脉冲累计。有功功率除以视在功率可获得功率因子。包括视在功率和能量输出、校准以及功率因子的计算等功能。

温度计量

提供内部测温和片外测温，外部和内部测温读数分别存于TPS1和TPS2两个寄存器中，并给出了内部测温公式和外部测温的相关说明。

电参数计量

包括线周期计量、线频率计量、相角计算和功率符号位等功能。线周期计量具有线周期能量累计计算器，线周期的周期数可通过LINECYC寄存器选择；线频率计量根据电压输入通道信号进行测试；相角计算通过计算电流和电压的正向过零之间的时间差得到相位差；功率符号位指示每个CF的方向，表明对应累计能量的方向（用电或供电）。

故障检测

具备过零检测、峰值超限、线电压跌落、过零超时、电源供电指示和ADC关断等故障检测功能。过零检测可辅助在过零点关断继电器，减少继电器黏连现象；峰值超限可通过编程方式设定电流和电压有效值的门限值；线电压跌落可通过编程指示，当线电压有效值低于某一峰值的时间超过一定半周期数时给出指示；过零超时可检测过零信号超时情况；电源供电指示可连续检测模拟电源，保证设备在电源上电掉电时保持正确操作；ADC关断可通过寄存器控制11个通道ADC的使能，降低功耗。

内部寄存器：配置与控制的关键

电参量寄存器

包含波形寄存器、有效值寄存器、快速有效值寄存器、有功功率寄存器、无功功率寄存器、视在功率寄存器、电能脉冲计数寄存器、波形夹角寄存器、快速有效值保持寄存器、功率因数寄存器和线电压频率寄存器等，用于存储和读取各种电参量数据。

校表寄存器（外部写）

用于对芯片进行校准和设置，包括通道PGA增益调整寄存器、相位校正寄存器、有效值增益调整寄存器、有效值偏置校正寄存器、有功小信号补偿寄存器、无功小信号补偿寄存器、防潜动阈值寄存器、快速有效值相关设置寄存器、过流报警及控制寄存器、ADC使能控制寄存器、能量读后清零设置寄存器、用户写保护设置寄存器和软复位寄存器等。

OTP寄存器

存储一些重要的校准参数，如通道增益调整寄存器、通道偏置调整寄存器、有功功率增益调整寄存器、有功功率偏置调整寄存器、无功功率增益调整寄存器、无功功率偏置调整寄存器、视在功率增益调整寄存器、视在功率偏置调整寄存器、CF缩放比例寄存器等。

模式寄存器

包括模式寄存器1（MODE1）、模式寄存器2（MODE2）和模式寄存器3（MODE3），用于设置芯片的工作模式，如有功波形选择、有效值波形选择、快速有效值选择、无功电流计量通道选择、电能脉冲输出选择等。

中断状态寄存器（STATUS1/STATUS2）

用于记录各种中断状态，如线电压跌落、过零超时、通道过零信号、通道峰值超限信号等。

通讯接口：数据传输的桥梁

SPI接口

采用从模式，半双工通讯，最大通讯速率1.5M，8 - bit数据传输，MSB在前，LSB在后，固定时钟极性/相位（CPOL = 0，CPHA = 1）。介绍了工作模式、帧结构、读出操作时序、写入操作时序和容错机制等内容，确保数据的准确传输。

UART接口

通过管脚SEL选择，通信波特率为4800bps/9600bps/19200bps/38400bps，无校验，停止位1。CS和SCLK管脚作为波特率设置管脚。详细说明了每个字节格式、读取时序、写入时序和保护机制，保证UART通信的可靠性。

典型应用图与封装信息

典型应用图展示了芯片在实际应用中的电路连接方式，对于1U10I应用，每个电流通道外部线路图相同，电压通道需要信号分压。封装信息介绍了芯片的订单信息（LQFP48封装）、湿敏等级（MSL 3）、质保期（两年）、包装方式（盘装）以及封装外观的尺寸参数，为工程师进行硬件设计和选型提供了全面的参考。

上海贝岭的BL0910十相交/直流电能计量芯片以其高精度、多功能和丰富的配置选项，为电子工程师在电能计量和监控领域提供了一个强大而可靠的解决方案。无论是在5G基站、数据中心还是其他电力应用场景中，BL0910都能发挥其优势，帮助工程师实现精准的电力测量和有效的故障检测。在实际设计中，工程师需要根据具体应用需求，合理配置芯片的寄存器和参数，充分发挥其性能优势。你在使用类似电能计量芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。