摘要：詳細敘述了采用PL3223專用數(shù)字電能表芯片設計三相電能表過程中的相關參數(shù)設計計算方法，并結(jié)合具體實例給出了測試驗證結(jié)果。

　　關鍵詞：PL3223 三相電能表 計量設計

0 引言

　　隨著用戶用電負荷的增加，三相電能表的使用范圍得到了擴大；同時對供電質(zhì)量要求的提高，供電部門需要了解用戶的各種用電參數(shù)，如功率、電壓、電流、頻率等，這使得三相電能測量專用IC獲得了快速發(fā)展，從國外的ADI公司到國內(nèi)各芯片廠家，都先后推出了各自的專用三相電能計量IC。專用電能計量IC提供了高精度和高穩(wěn)定的技術指標，簡單的外圍電路設計也大大降低了生產(chǎn)成本。

　　PL3223是一款最新推出的三相數(shù)字電能表集成專用計量芯片，采用專用硬件電路設計實現(xiàn)：包括多路高精度A/D、可編程增益放大器（PGA）、Hilbert濾波器等；具備齊全的多功能電參數(shù)測量，適用于各類多功能三相電能表方案。

1. 芯片計量特性介紹

　　PL3223內(nèi)部集成有二階Σ-Δ ADC, 參考電壓源, 溫度傳感器, 電源檢測，有功/無功電能計量、電壓/電流有效值、頻率測量的數(shù)字信號處理模塊。單5V供電，晶體專配為9.6M。

1.1 PL3223管腳

　　 PL3223支持SPI接口，具有有功、無功功率脈沖輸出, 帶有可自定義分頻比的字輪驅(qū)動脈沖輸出；芯片采用QFP44 引腳封裝，主要管腳見表1（略，詳見《電工儀表與公用表計行業(yè)信息》第3期）。

1.2 計量特性

　　PL3223芯片的計量標準符合IEC678/61036、GB/T 17882有關規(guī)定；主要計量特性如下：

　?。?）在1000:1的動態(tài)范圍內(nèi)，有功電能計量誤差小于0.1%，無功誤差小于0.2%

　　（2） 無功電能計量精確測量至21次諧波

　　通過SPI總線，實現(xiàn)與MCU的接口，芯片內(nèi)部提供電能的多個參數(shù)量，如電網(wǎng)頻率、電壓/電流有效值、斷相/欠壓/過壓告警、三相電壓/電流的實時采樣值。

　　PL3223支持電阻網(wǎng)絡校表；同時提供全數(shù)字的校準功能，配合單片機可以完成高效精密的校準任務。

2 三相電能計量設計方法

　　三相電能表根據(jù)使用條件，分為互感器式、直入式。對于大電流用戶，采用外接一次互感器，按標準其電流輸出為5A；相應三相電能表為最常見的互感器式、電流規(guī)格1.5/6A。

2.1 三相電能計量的設計條件

　?。?）電壓規(guī)格：220V/380V，三相四線

　?。?）電流規(guī)格：1.5/6A，及基本電表為1.5A，最大電流6A

2.2 選擇PL3223作為主計量芯片，根據(jù)設計要求初步選定的條件

　?。?）三相四線模式：TF=0

　?。?）選用各相電能代數(shù)和模式：MOD=0

　　（3）三相電流輸入：最大電流6A時，輸入信號為Vrms=200mv，保證一定的電流過載能力

　　（4）三相電壓輸入：220V時，輸入信號為Vrms=180mv，保證120%Ue時的計量線性度

2.3 三相電流二次互感器選擇

　　電表的二次互感器選擇：1.5-6A/5mA，20歐姆負載，精密度0.1級；電流取樣參考圖1(略，詳見《電工儀表與公用表計行業(yè)信息》第3期)。

　　其中RA1、RA2為電流回路的取樣電阻，必須選擇誤差1%、溫度系數(shù)±100ppm/℃的精密電阻；RA3、RA4為輸入電阻，阻值為1K；CA1、CA2為互感器相差補償電容。取樣電阻值選擇為4.3Ω，計算結(jié)果見表2

表2 電流取樣電路取值