摘 要：介绍双向电能计量IC BL0955的管脚功能、内部原理框图，及以BL0955设计的电能表。
关键词：电能表；集成电路；测量
BL0955是上海贝岭股份有限公司生产的专用于功率/电能测量的低成本集成电路。它以数字信号处理技术测量被测电能。在500∶1动态工作范围内，非线性测量误差＜0.1%。精度高，且具有反窃电等功能。
1BL0955管脚功能
BL0955有24条引脚，以DIP和SSOP形式封装。管脚排列和在电子电能表中所处的位置见图1。管脚功能如下：
P1 DVDD，数字电路电源，5(±5%)V；P2 ACDC，数字滤波器选择脚，高电平有效；P3 AVDD，模拟电路电源，5(±5%)V；P4、P19 NC，空脚；P5-P6 V1P-V1N，电流采样信号的正负输入脚，最大差动输入电压为±400mV；P7-P8 V2N-V2P，电压采样信号的负、正输入脚，最大差动输入电压为±600mV；
，复位引脚，低电平有效；P10 VREF，电压基准脚，片上基准为5(±8%)V，可接外部2.5V电压基准；P11 AGND，内部模拟电路的接地点；P12 SCF，高频校准脉冲选择脚，与S1、S0组合起来选择CF的输出频率；P13、P14 S1、S0，输出频率选择脚；P15、P16 G1、G0，电流通道的增益选择脚；P17 CLKIN，外时钟引入脚或接晶振；P18 CLKOUT，时钟驱动脚或接晶振；P20 REVP，负向有功功率指示脚，电压通道输入信号和电流通道输入信号之间的相位差＞90°时输出高电平；P21 DGND，内部数字电路接地点；P22 CF，高速校准脉冲输出脚，输出频率正比于瞬时有功功率的大小；P23、P24 F2、F1，低速脉冲输出脚，输出频率正比于平均有功功率的大小，可用来驱动机电式计度器或两相步进电机。
2BL0955内部原理框图和工作原理
BL0955的内部原理框图如图2所示。它由2只16位模数转换器(电流通道转换器的增益可调)、基准电压源电路、控制电路、数字信号处理电路、数字/频率转换电路等组成。工作原理、控制方式与AD7755/ADE7755大同小异。
电流通道的增益受管脚G1、G0控制，见表1。
管脚F1、F2输出的频率fF1、fF2(Hz)与作用在两个输入通道上的电压有效值的关系为：
式中，U1、U2分别为电流通道和电压通道输入端的rms差动电压(V)，G为电流通道的增益，选择方法见表1；UREF为基准电压值(V)；fZ为以S1、S0逻辑输入选择的频率(Hz)，选择方法见表2。
电表的工作模式选择见表3。CF脚的输出频率用管脚SCF、S1、S0的逻辑输入选择。
fCF=KfF1
式中，K为CF相对F1、F2输出的频率比。由表3知，CF端输出的频率能高达fF1的2048倍。
3以BL0955设计的电能表
图1是以BL0955设计的一种单相低成本电能表电路图。负载电流经分流器转变为电压，接V1P和V1N。线路电压经电阻分压器分压，降到允许的最大输入电压范围之内，接V2P和V2N。
由图知，G1=1，G0=0，SCF=1、S1=1、S0=0，因此，电流通道的增益为8，最大差动输入电压为±50mV，fZ=6.8Hz，K=32。F1、F0管脚输出的最高脉冲频率为
CF经光耦NEC2501隔离输出，用于校准和借助于计算机进行数据处理。F1和F2低频输出用来驱动步进电机和机械字轮计度器，记录用电量。BL0955是基于数字信号处理的电能计量芯片，具有测量负向有功功率的功能。它能把负向有功功率转换成与正向有功功率方向一致的脉冲输出，制成具有反窃电功能的电子电能表。
图1中，电压通道输入端的一串电阻用于分压。R25为保护电阻。电容C1、C2、C8、C14和电阻R1、R2、R10、R22等，构成抗混叠滤波器。BL0955的供电电压由8V稳压器、电容分压器、二极管(整流)、RC滤波和7805 IC稳压产生。7805的输出以C15(10μF)和C6(0.1μF)退耦，接BL0955的DVDD。DVDD再经R21(10Ω)、C13(0.1μF)滤波，接BL0955的模拟电路电源管脚AVDD。
BL0955的CLKIN和CLKOUT管脚接3.58MHz晶体和2只22pF陶瓷电容。
图3是BL0955接微控制器测量电能的原理框图。CF管脚接MCU的计数器或I/O口。虽然fCF随时间波动，甚至在稳态情况下也如此(这种变化主要是由有功功率信号中的cos2ωt分量引起的)。但在实际应用中没有影响。测量时，计数器在MCU内部定时器规定的时间内累计脉冲数；计数所得值与计数时间之比等于平均频率，它与平均功率成正比。
式中，K为比例系数。
