BL0921_datasheet_C_070328

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廉枝鲍
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1 特点 BL091 概述高精度, 在输入动态工作范围 (500:1) 内, 非线性测量误差小于 0.1% 校表过程中高稳定性, 输出频率波动小于 0.1% 精确测量正负两个方向的有功功率, 且以同一方向计算电能有两个电流采样端, 分别采样火线和零线电流, 取两个电流采样端中的较大值作为计量, 即使在错误用电时电流通道增益可变, 在电流通道输入端可以使用小的分流电阻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防窃电功能, 逻辑输出脚 REVP FAULT 用于显示反向用电或者错误用电状况芯片上有电压检测电路, 检测掉电状况具有防潜动功能芯片上带参考电压源.5V±8%( 温度系数典型值 30ppm/ ), 也可以使用外部电压源片上内置时钟晶振单工作电源 5V 低功耗 5mW( 典型值 ) 采用 0.35um CMOS 工艺, 批量的一致性和产品可靠性得到进一步提高 BL091 集成电路是电子电度表的核心芯片, 基于此芯片设计的电子电度表具有外围电路简单精度高稳定性好等特点, 适用于单相两线电力用户的电能计量利用 BL091 可以制成单相反窃电功能的电子电度表, 这种电度表以同一方向计量计算正向或负向的有功功率, 累计用电量 BL091 具有两个电流采样端, 分别采样火线和零线电流, 当电流误差超过 1.5% 时, 表明有窃电行为或错误接线,Pin1(FAULT) 发出指示信号, 并按照两个电流中大的一个电流值计量 BL091 基于数字信号处理, 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 Pin14() 输出较高频率的脉冲, 用于计量和计算机数据处理,Pin16 (F1) 和 Pin15(F) 输出较低频率的脉冲用于驱动脉冲电机, 间接驱动机械字轮计度器, 记录用电量在测量负向功率时 Pin13(REVP) 有负电平输出, 用于指示该时的功率为负方向 BL091 着重考虑了校表过程中读数误差的稳定性的需求, 成品测量数据表明在小信号 5%Ib (Ib=5A) 情况下输出校表脉冲信号的稳定度在 0.1% 以内相关专利申请中管脚与框图 VDD VN VP BL F1 F REVP FAULT 11 G VP VN 电流采样电压采样 VREF 基准电压源模数转换器模数转换器高通滤波器高通滤波器输入控制数字乘法器振荡器 BL091 低通滤波器 VDD 电源检测数字频率转换输出控制 FAULT REVP F1 F VREF 7 10 S0 逻辑控制 GND 8 9 S1 G S0 S1 SOP 16 BL091 系统图

检测掉电状况具有防潜动功能芯片上带参考电压源.5V±8%( 温度系数典型值 30ppm/ ), 也可以使用外部电压源片上内置时钟晶振单工作电源 5V 低功耗 5mW( 典型值 ) 采用 0.

2 管脚描述 BL091 管脚号符号说明 1 VDD 电源电压 (5V), 正常工作时电源电压应该保持在 5V±5% 之间,3, 两路电流采样信号的正输入脚对端的最大差分输入电压分别为 4 电流采样信号的负输入脚 5,6 VN,VP 电压采样信号的负正输入脚最大差分输入电压为 7 VREF 参考电压调整端, 片内基准电压标称值在.5±8%, 温度系数典型值为 30ppm/ C 允许使用外部.5V 电压输入 8 GND 内部电路的接地点 9,10 S1,S0 通过 S1,S0 的组合可以针对不同的电表常数选择不同的输出频率, 为电表设计提供更大的选择范围 11 G 用来选择电流通道的系统增益, 增益选择具体数值见后面 1 FAULT 高电平指示错误用电当和输入信号相差 1.5% 时, 有指示在和恢复平衡后,FAULT 不再指示, 并对输出清零 13 REVP 负向有功功率指示信号, 当电流通道和电压通道输入信号的相位差大于 90 时, 该脚输出高电平 14 高速校验脉冲输出脚, 输出频率正比与瞬时有功功率的大小, 可以有多种选择 16,15 F1,F 低速逻辑脉冲输出脚, 其输出频率正比于平均有功功率的大小,F1 F 为非交叠输出, 可以驱动机电式计度器或两相步进电机输出频率见 BL091 计算公式极限范围 ( T = 5 ) 项目符号极值单位电源电压 VDD VDD 0.3~7(max) V 输入电压 ( 相对于 GND) Vv VSS0.5 Vv VDD0.5 V 输入电压 ( 相对于 GND) Vi VSS0.5 Vi VDD0.5 V 工作温度 Topr 40~75 贮藏温度 Tstr 55~150 功耗 (SOP16) 400 mw 电参数 (T=5,VDD= 5V, 片内振荡器 ) 测量项目符号测量条件测量点最小典型最大单位 1 电源电流 I VDD Pin1 5 ma 逻辑输入脚 G, S0,S1 Pin11,9, 10 输入高电平 V IH VDD=5V V 输入低电平 V IL 1 V

5% 时, 有指示在和恢复平衡后,FAULT 不再指示, 并对输出清零 13 REVP 负向有功功率指示信号, 当电流通道和电压通道输入信号的相位差大于 90 时, 该脚输出高电平 14 高速校验脉冲输出脚, 输出频率正比与瞬时有功功率的大小, 可以有多种选择 16,15 F1,F 低速逻辑脉冲输出脚, 其输出频率正比于平均有功功率的大小,F1 F 为非交叠输出,

3 BL091 输入电容 C IN 10 pf 3 逻辑输出脚 Pin16,15 F1,F 输出高电平 V OH1 I H =10mA 4.4 V 输出低电平 V OL1 I L =10mA 0.5 V 输出电流 I O1 10 ma 4 逻辑输出脚,REVP,FAULT Pin14,13,1 输出高电平 V OH I H =10mA 4.4 V 输出低电平 V OL I L =10mA 0.5 V 输出电流 I O 10 MA 5 基准参考电压 Vref VDD=5V Pin V 温度系数 ppm/ C 6 模拟输入脚,, Pin,3,4, 5,6 VN,VP 最大输入电平 V AIN ±1 V 直流输入阻抗 330 Kohm 输入电容 6 10 pf 7 精度电流通道的非线性测量误差增益为 1 ENL1 电压通道输入 Pin % 增益为 16 ENL16 ; Pin % 电流通道满刻度动态范围 500:1 内两个通道相位误差电流超前 37 Pin % (PF=0.8 容性 ) 电流滞后 60 Pin % (PF=0.5 感性 ) 8 启动电流 I START Ib=5A,C=300, Pin14 0.%Ib A cosϕ=1 电压通道 ±110mV 电流通道增益为 16 9 正负向有功功率 ENP Vv=±110mV, Pin % 误差 % V(I)=mV, cosϕ=1 Vv=±110mV, V(I)=mV, cosϕ=1 10 增益误差 Gain error Pin14 ±5 % 11 增益匹配误差 Pin %

1 % 增益为 16 ENL16 ; Pin14 0.1 % 电流通道满刻度动态范围 500:1 内两个通道相位误差电流超前 37 Pin14 0.1 0.3 % (PF=0.8 容性 ) 电流滞后 60 Pin14 0.1 0.3 % (PF=0.5 感性 ) 8 启动电流 I START Ib=5A,C=300, Pin14 0.

4 1 电源监控电路检测电平 ( 掉电检测电平 ) V down BL091 电源从 3.5V~5V 变 Pin V 化, 电流电压通道满幅输入指标说明 1) 非线性误差 % BL091 的电压通道输入固定 Pin6(VP),Pin5 (VN) 之间交流电压 V(V) 为 ±110mV, 功率因数 cosϕ=1, Pin3() 与 Pin4() 之间电压 V(I) 在对应与 5%Ib~800%Ib 范围内, 任何一点输出频率相对于 Ib 点的测量非线性误差小于 0.1% enl%=[(x 点误差 %Ib 点误差 %)/(1Ib 点误差 %)]*100% ) 启动电流在电表常数 C=300, 基本电流 Ib=5A cosϕ=1 V(V)=±110mV 5%Ib 点电度表误差为正常范围的条件下, 能使 Pin18() 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 V(V)=±110mV V(I) 对应 Ib 点,BL091 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%)/(1ep%)]*100% ep%: 正向有功功率误差 ;en%: 负向有功功率误差 4) 输入功率 ( 正 / 负 ) 指 Pin6(VP) 与 Pin5(VN) 间的电压采样信号 V(V) 与 Pin3() 与 Pin4() 间的电流通道输入信号 V(I) 乘积 V(V)*V(I)*cosϕ 的符号, 大于零为正功, 小于零为负功 5) 增益误差由于工艺偏差造成的芯片与芯片的增益略有不同, 这种偏离相对于标称值的百分比为增益误差 6) 增益匹配误差同一芯片中, 不同增益选择条件下, 输出信号之间的非线性偏差可以看成系统增益的匹配误差 7) 电源监控电路检测电平 ( 掉电检测电平 ) 片内电源监测电路检测电源变化情况, 当电源电压低于 4 伏左右时, 内部电路被复位当电源电压超过该值时, 电路恢复工作在正常状态时序特性 (VDD=5V, GND=0V, 使用片内基准电压源和片内振荡器, 温度 40~85 C) 参数数值说明 t1 144ms F1 和 F 的低电平脉宽, 在低功率时,F1,F 输出定脉宽, 为 144ms 当计量大功率时,F1,F 输出周期小于 550ms 时, F1,F 的脉宽为周期的一半 t F1,F 输出低速脉冲周期, 见 BL091 计算公式 t3 t 周期的一半 F1 下降沿到 F 下降沿之间的时间 t4 71ms 高速输出脉冲的高电平脉宽, 在计量小功率时, 定脉宽为 71ms 当计量大功率时, 输出周期小于 180ms 时, 的脉宽为周期的一半当 S=0,S1=S0=1 的高频模式时, 的脉宽为 0us t5 输出高速脉冲频率, 见与 F1,F 之间关系及 BL091

1% enl%=[(x 点误差 %Ib 点误差 %)/(1Ib 点误差 %)]*100% ) 启动电流在电表常数 C=300, 基本电流 Ib=5A cosϕ=1 V(V)=±110mV 5%Ib 点电度表误差为正常范围的条件下, 能使 Pin18() 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 V(V)=±110mV V(I) 对应

5 BL091 计算公式 t6 CLKIN/4 F1,F 之间的最小时间间隔工作原理电能计量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 Φ) 令 Φ =0 时 : VI p ( t) = (1 cos(wt) 令 Φ 0 时 : p( t) = V cos( wt) I cos( wt Φ) = V cos( wt) [ I cos( wt) cos( Φ) sin( wt)sin( Φ) ] VI = (1 cos(wt))cos( Φ) VI cos( wt)sin( wt)sin( Φ) VI VI = (1 cos(wt))cos( Φ) sin(wt)sin( Φ) p(t) 称为即时功率信号, 理想的 p(t) 只包括两部分 : 直流部分和频率为 ω 的交流部分前者又称为即时实功率信号即时实功率是电能表测量的首要对象电能计量信号流

= V cos( wt) [ I cos( wt) cos( Φ) sin( wt)sin( Φ) ] VI = (1 cos(wt))cos( Φ) VI cos( wt)sin( wt)sin( Φ) VI VI = (1

6 BL091 I V 电电采采电电采采模模转转模模转转高高滤滤高高滤滤模数乘乘乘低高滤滤积积模数频频转转 F1 F 瞬瞬瞬频瞬瞬 p(t) 瞬瞬瞬瞬频瞬瞬 V*I V*I t p(t)=i(t)*v(t) 其其 v(t)=v*cos(wt) i(t)=i*cos(wt) p(t)= V*I {1cos(wt)} V*I t 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, 这就是电子电能表的基本输出信号输出的脉冲信号的频率与能量消耗的大小成正比输出脉冲送到片外的计数马达, 并最终得到能量消耗的大小的计数值可以看出计算出的即时实功率与电压和电流信号的相位差的余弦值 cos(ф) 的有关, 该余弦值被称为这两路信号的功率因子输入的直流成分对测量结果的影响假设电压和电流输入直流成分分别是 Vos 和 Ios, 且功率因子等于 1( Φ =0 度 ) p(t)=(vcos(wt)vos)*(icosios) =V*I/Vos*IosVos*Icos(wt)Ios*Vcos(wt)(V*I)/*cos(wt) 令 Ios=0 p(t)=(vcos(wt)vos)*(icos0) =V*I/Vos*0Vos*Icos(wt)0*Vcos(wt)(V*I)/*cos(wt) =V*I/Vos*Icos(wt)(V*I)/*cos(wt) 从上面的计算看到 : 如果输入的两路信号同时具有直流成分, 会给即时实功率, 即乘积的直流部分带来 Vos*Ios 的误差, 还有在 ω 频率处出现 Vos*IIos*V 的分量, 前者必然引起测量误差, 而后者也会当取直低通滤波器的对 ω 抑制不够时影响即时实功率的输出, 带来大

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, 这就是电子电能表的基本输出信号输出的脉冲信号的频率与能量消耗的大小成正比输出脉冲送到片外的计数马达, 并最终得到能量消耗的大小的计数值可以看出计算出的即时实功率与电压和电流信号的相位差的余弦值

7 BL091 的波动而当电压或电流中的一路经过数字高通滤波器后, 如去掉电流采样信号的直流偏移项这时仅有一路输入有直流成分时, 乘法的结果有了很大的改善 : 没有了直流误差,w 频率处的分量也减少了电压通道输入电压通道允许最大输入差分电压为, 共模电压 100mV 然而, 共模电压为 0V 时效果最好 V1 660mV 最最最最最积电电最 V1 VP VN V V 最最最最最模电电 100mV 660mV 电压通道的典型连接电路如下图所示, 其中, 第一种是用 PT( 电压互感器 ), 第二种是用电阻分压网络提供电压信号 CT VP VN 火火零火 Ra Rb 火火零火 Rv VP 其其 Ra >> RbRv= VN 电流通道输入电流通道有两个电流输入端, 然而, 每一时刻, 只有一个通道用来能量计量电流通道允许最大输入差分电压为, 共模电压 100mV 然而, 共模电压为 0V 时效果最好

660mV 电压通道的典型连接电路如下图所示, 其中, 第一种是用 PT( 电压互感器 ), 第二种是用电阻分压网络提供电压信号 CT VP VN 火火零火 Ra Rb 火火零火 Rv VP 其其

8 BL091 V1 660mV GAIN 最最最最最积电电最 V1 V 最最最最最模电电 100mV V V1 660mV GAIN 电流通道的典型连接电路下图, 其中, 第一种是用两个 CT( 电流互感器 ) 分别采样火线和零线的电流,Rb 作为负载电阻用来产生差分信号 /gain, 第二种是用 PT( 电压互感器 ) 和电阻分压网络提供电压信号 CT Rb GAIN IP IN Rb GAIN CT 火火零火 Ra Rb 其其 Ra >> RbRv= Rv IP IN Rb GAIN CT 火火零火 FAULT 检测 BL091 有两个电流采样端, 对火线和零线同时采样, 当两个电流采样端的误差超过 1.5% 时, 表明有窃电行为或错误接线,Pin1(FAULT) 发出指示信号, 并按照两个中大的一个电流计量上电时,BL091 的输出脉冲与和 V 的乘积成正比, 如果和的误差超过 1.5% 时, FAULT 指示灯在一秒左右变亮, 而且如果比大, 那么 BL091 将会选作为计量当大于时, 作为计量如果不断减小, 当小于 87.5% 时 FAULT 指示会变亮, 此时依然按照进行计量

火火零火 FAULT 检测 BL091 有两个电流采样端, 对火线和零线同时采样, 当两个电流采样端的误差超过 1.

9 0V BL091 FAULT 电电采采模模转转 < 87.5% 如果开始时作为计量, 且不断增加, 当大于 114% 时,FAULT 指示会变亮, 此时将会按照进行计量, 并且只有当大于 114% 时才会重新按照计量, 但是只要与的差值小于 1.5%,FAULT 指示不亮 0V 电电采采 FAULT 模模转转 < 87.5% 工作方式芯片工作计算公式 BL091 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以低电平有效的方式从 F1,F 脚输出与功率相关的频率信号实际功率的输出脉冲 (F1,F) 计算公式 3.5 V ( V ) V ( I) gain F Freq = V REF Z Freq 引脚 F1,F 输出脉冲频率 V(V) 电压通道的输入电压的有效值 V(I) 电流通道的输入电压有效值 Gain 电流通道的系统增益, 由 G 的逻辑输入决定 Vref 基准电压 (.5±8%) Fz 由主时钟分频获得, 分频系数由 S0 和 S1 确定 S1 S0 Fz(Hz) 分频关系 CLKIN/^ CLKIN/^ CLKIN/^ CLKIN/^18 工作模式选择 Pin9(S1),Pin10(S0) 是 BL091 芯片模式选择管脚, 可以通过接不同的电压 (5V, 0V) 来调整芯片的工作模式,Pin14(),Pin16(F1),Pin15(F) 的输出频率与 Pin9(S1), Pin10(S0) 输入脚关系如下表所示 :

5 V ( V ) V ( I) gain F Freq = V REF Z Freq 引脚 F1,F 输出脉冲频率 V(V) 电压通道的输入电压的有效值 V(I) 电流通道的输入电压有效值 Gain 电流通道的系统增益, 由 G 的逻辑输入决定 Vref 基准电压 (.

10 BL091 模式 S1 S0 对 F1,F 的频率比系统增益选择通过选择数字输入端 G 的输入电平 (5V 或 0V), 可以调整电流通道的系统增益, 在增大系统增益的同时, 减小了输入的动态范围, 具体选择见下表 ( 缺省为 0): G1 增益最大输入差分电压 ±41mV 输入及输出范围电流通道允许最大输入差分电压为, 共模电压 100mV 电压通道允许最大输入差分电压为, 共模电压 100mV 对应允许,F1,F 最高输出频率 : S1 S0 Fz F1,F 最高输出频率 (Hz) 最高输出频率 (Hz) 直流交流直流交流 F1,F= F1,F= F1,F= F1,F= F1,F= F1,F= F1,F= F1,F=1.76 封装形式 SOP16 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

S0 Fz F1,F 最高输出频率 (Hz) 最高输出频率 (Hz) 直流交流直流交流 0 0 1.7 0.68 0.34 64 F1,F=43.5 64 F1,F=1.76 0 1 3.4 1.36 0.68 3 F1,F=43.5 3 F1,F=1.

BL0921_datasheet_C_070328

BL0921_datasheet_C_070328 特点 BL091 概述高精度, 在输入动态工作范围 (500:1) 内, 非线性测量误差小于 0.1% 校表过程中高稳定性, 输出频率波动小于 0.1% 精确测量正负两个方向的有功功率, 且以同一方向计算电能有两个电流采样端, 分别采样火线和零线电